JP4877272B2 - Ｅｇｒ流量制御装置及びｅｇｒ流量制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラが備えられたエンジンに適用された、ＥＧＲ流量制御装置及びＥＧＲ流量制御システムに関する。

従来より、エンジンから排出される排ガスの一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとしてエンジンの吸気系に再循環させることで、燃焼温度を低下させて排ガス中のＮＯＸ低減を図ったＥＧＲシステムが知られている。

そして、エンジンの運転状態に応じて流量調整弁によりＥＧＲ流量を調整することで、排ガスのエミッション悪化抑制を図っている。例えば、エンジン運転状態が急加速等の高負荷の場合には、燃料噴射量に見合った酸素量を確保すべく、ＥＧＲ流量を低減させることで新気流量を増大させる。これにより、混合気のリッチ化を回避してＨＣ及びＣＯ増大の抑制を図っている。

また、ＥＧＲシステムによるＮＯＸ低減の効果を十分に発揮させるには、ＥＧＲガスの温度を最適値に制御することが効果的である。そこで従来では、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラを迂回させるバイパス配管とを設け、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラへ流通させる流量と、バイパス配管により迂回させる流量との流量割合を、温度調整弁により調整することでＥＧＲガス温度を制御している（特許文献１等参照）。
特開昭５４−２３８２５号公報

ところで、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを流通する時の圧力損失は、バイパス配管を流通する時の圧力損失よりも大きい。つまり、ＥＧＲガスが排気系から分岐して吸気系に至るまでの循環流通経路において、その経路全体としての圧力損失（以下「全体圧損」と呼ぶ）は、温度調整弁によりバイパス配管を閉塞させるほど大きくなる。したがって、流量調整弁の開度が同じであっても、温度調整弁によりバイパス配管を閉塞させるほど全体圧損が大きくなるためＥＧＲ流量は少なくなる。すなわち、温度調整弁を作動させてＥＧＲ温度を調整しようとすると、全体圧損が変化することに起因してＥＧＲ流量も変化してしまう。

なお、流量調整弁によりＥＧＲ流量を制御するにあたり、ＥＧＲ流量と相関の高い吸気流量を検出し、その検出結果に基づき流量調整弁をフィードバック制御することで、ＥＧＲ流量を目標値に対して精度良く制御することが従来より知られている。これによれば、上述の如く全体圧損変化に起因してＥＧＲ流量が目標値に対してずれたとしても、前記フィードバック制御により前記ずれは結果的に解消されることとなる。

しかしながら、このようなフィードバック制御では、温度調整弁の開度変更によりＥＧＲ流量が目標値に対してずれてから、吸気流量の検出値に変化が生じるまでに時間がかかる。そのため、前記ずれは即座に解消されるものではなく、このようなフィードバック遅れを解消することは困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度調整弁作動時に生じるＥＧＲ流量ずれを即座に解消するＥＧＲ流量制御装置及びＥＧＲ流量制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、
エンジンから排出される排ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の流路面積を調整することで前記ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）を調整する流量調整弁と、前記ＥＧＲ配管に設けられ前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲ配管に設けられ前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに対して迂回させるバイパス配管と、前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラへ流通させる流量と前記バイパス配管により迂回させる流量との流通割合を調整することで前記ＥＧＲガスの温度を調整する温度調整弁と、を備えるエンジンに適用され、
前記流量調整弁の作動を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記流量調整弁により調整された前記ＥＧＲガスの流量が前記温度調整弁の開度を変更した前後で変化しないように、前記温度調整弁の開度、その開度と相関のある物理量（例えばＥＧＲ温度等）、及びその開度の目標値の少なくとも１つ（以下、単に「温度調整弁の開度等」と呼ぶ）に基づいて、前記流量調整弁の開度を開ループ制御するオープン制御手段を有することを特徴とする。

ここで、ＥＧＲ配管、ＥＧＲクーラ及びバイパス配管により構成され、ＥＧＲガスが排気系から分岐して吸気系に至るまでの循環流通経路において、先述したように、その経路全体としての全体圧損は温度調整弁の開度に応じて変化する。

この点に鑑みてなされた上記請求項１記載の発明によれば、温度調整弁の開度等に基づき流量調整弁の開度を制御するので、ＥＧＲガスの温度を調整すべく温度調整弁が開度変更した場合において、その開度変更に伴い生じる前記全体圧損の変化に応じて流量調整弁の開度が修正される。よって、流量調整弁により調整されたＥＧＲ流量が、温度調整弁を開度変更することに伴い所望の値からずれてしまうことを抑制できる。

しかも、流量調整弁の開度を、温度調整弁の開度等に基づき開ループ制御するので、前記全体圧損の変化に対する流量調整弁の開度修正を即座にでき、従来のフィードバック制御によるフィードバック遅れを解消することができる。

請求項２記載の発明では、前記制御手段は、前記エンジンの負荷と相関のある物理量、及び前記排ガス中の酸素濃度の少なくとも１つをパラメータとして、前記流量調整弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有することを特徴とする。これによれば、制御手段は、前記流量調整弁の開度を制御するにあたり、開ループ制御及びフィードバック制御による２自由度制御を実行することとなる。ここで、前記ＥＧＲガスの温度を調整すべく前記温度調整弁が開度変更した場合において、前記開度変更に伴い前記パラメータに変化が生じた後に開ループ制御を開始させていたのでは、上述した速応性の効果が十分に発揮されない。

これに対し請求項３記載の発明では、前記開度変更に応じて前記流量調整弁の開度を前記開ループ制御することを、前記開度変更に伴い前記パラメータに変化が生じるまでの間に開始させることを特徴とする。また、請求項４記載の発明では、前記開度変更に応じて前記流量調整弁の開度を前記開ループ制御することを、前記開度変更と同時に開始させることを特徴とする。よって、これらの発明によれば上述の速応性の効果が十分に発揮される。

ここで、温度調整弁の開度が同じであっても、ＥＧＲガス流量が多い場合、吸入圧が高い場合、ＥＧＲ温度が高い場合等、エンジンの運転状態によって先述した全体圧損の大きさは変化する。この点を鑑みた上記請求項５記載の発明では、前記温度調整弁の開度等に加え、前記エンジンの運転状態に基づいて前記流量調整弁の開度を開ループ制御することを特徴とするので、前記全体圧損の変化に対する流量調整弁の開度修正を精度良く行うことができる。

また、先述した循環流通経路がデポジット堆積等により経年劣化すると、温度調整弁の開度等に対する全体圧損の大きさが変わってくる。特に、ＥＧＲクーラにはデポジットが堆積しやすいためＥＧＲクーラの圧力損失は経年劣化により大きくなっていく。これに対し請求項６記載の発明では、前記運転状態には、前記ＥＧＲガスの圧力のうち前記ＥＧＲクーラの上流側及び下流側の差圧、又はその差圧と相関のある物理量（例えばＥＧＲ温度や吸気量）が少なくとも含まれていることを特徴とする。よって、ＥＧＲクーラの圧力損失の増大分を、ＥＧＲクーラの上流側及び下流側の差圧等に基づき開ループ制御するので、前記全体圧損の変化に対する流量調整弁の開度修正を精度良く行うことができる。

請求項７記載の発明は、上記ＥＧＲ流量制御装置と、ＥＧＲ配管、流量調整弁、ＥＧＲクーラ、バイパス配管、及び温度調整弁の少なくとも１つと、を備えることを特徴とするＥＧＲ流量制御システムである。このＥＧＲ流量制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明にかかるＥＧＲ流量制御装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本実施形態にかかるＥＧＲ流量制御装置が搭載されるエンジン（内燃機関）の概略について、簡単に説明する。本実施形態では、４輪自動車用ディーゼルエンジンを対象にしており、燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射供給（直噴供給）する方式のエンジンである。また、当該エンジンは、多気筒（例えば直列４気筒）の４ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジンを想定している。

次に、エンジンの吸排気系システムの構成について図１を用いて説明する。

当該エンジンは、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管１０を備えており、排気の一部を吸気管１１に戻すことで、燃焼室１２における燃焼温度を下げて排ガス中のＮＯＸ低減等を図っている。ＥＧＲ配管１０には、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）を調整するＥＧＲ流量調整装置１３が備えられている。ＥＧＲ流量調整装置１３は、ＥＧＲ配管１０の流路断面開度を調整するＥＧＲ弁１３ａ（流量調整弁）と、ＥＧＲ弁１３ａを駆動させる電動モータ１３ｂと、を備えて構成されている。そして、ＥＧＲ弁１３ａを全開作動させるとＥＧＲ流量は最大となり、全閉作動させるとＥＧＲ流量はゼロとなる。

ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲ弁１３ａの下流側部分には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４が備えられている。このようにＥＧＲガスを冷却することで、ＥＧＲガスの体積減少（密度上昇）を図り、これによって燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。ちなみに、ＥＧＲクーラ１４の内部には、冷却液が循環する冷却液通路と、ＥＧＲガスが流通するガス通路１４ａとが形成されており、ガス通路を流通するＥＧＲガスは冷却液通路を循環する冷却液と熱交換して冷却される。なお、前記冷却液にはエンジン冷却水が適用されており、冷却液は図示しないラジエータにより外気と熱交換して冷却される。

ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲ弁１３ａの下流側部分には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４に対して迂回させるバイパス配管１５が設けられている。また、ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲクーラ１４の上流側部分であり、バイパス配管１５が分岐する部分には、ＥＧＲガスの流れをＥＧＲクーラ１４とバイパス配管１５とに切り替える切替装置１６が備えられている。切替装置１６は、ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲクーラ１４への流入口１０ａとバイパス配管１５への流入口１０ｂとを切替開閉する切替弁１６ａと、切替弁１６ａを駆動させる電動モータ１６ｂと、を備えて構成されている。

また、切替弁１６ａ（温度調整弁）は、両流入口１０ａ，１０ｂを単に切替開閉するのみならず、両流入口１０ａ，１０ｂを開口させた中間開度位置においてその開度を調整することで、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４へ流通させる流量とバイパス配管１５により迂回させる流量との流通割合を調整している。これにより、ＥＧＲクーラ１４の下流側にてバイパス配管１５と合流した部分における、ＥＧＲガスの温度が調整されることとなる。これによれば、ＥＧＲガスの温度を最適値に調整して、ＥＧＲガスを還流させることによるＮＯＸ低減の効果を向上させることができる。

吸気管１１のうち、ＥＧＲ配管１０が接続される部分の上流側には、燃焼室１２に流入する吸気のうち新気の流量を調整するスロットル弁１７ａが備えられている。スロットル弁１７ａは電動モータ１７ｂにより開閉作動し、全開作動時に新気量は最大となり、全閉作動時に新気量はゼロとなる。

吸気管１１と排気管１８との間にはターボチャージャ１９（過給機）が配設されている。ターボチャージャ１９は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ１９ａと、排気管１８に設けられたタービンホイール１９ｂとを有し、それらがシャフト１９ｃにて連結されている。ターボチャージャ１９では、排気管１８を流れる排気によってタービンホイール１９ｂが回転し、その回転力がシャフト１９ｃを介してコンプレッサインペラ１９ａに伝達される。そして、コンプレッサインペラ１９ａにより、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ１９には、排気の流体エネルギをシャフト１９ｃの回転駆動力に変換する割合を設定変更可能にする容量可変型のターボチャージャが採用されている。具体的には、タービンホイール１９ｂには、吹き付けられる排気の流速を可変とするための複数の可変ベーン１９ｄが設けられている。これらの可変ベーン１９ｄは互いに同期した状態で開閉動作する。そして、隣り合う可変ベーン１９ｄ間の隙間の大きさ、すなわち可変ベーン１９ｄの開度を変化させることで、前記排気流速を調整し、これによりタービンホイール１９ｂの回転速度が調整される。そして、タービンホイール１９ｂの回転速度が調整されることにより、燃焼室１２に強制的に供給される空気の量、すなわち過給圧が調整される。

ターボチャージャ１９にて過給された空気は、インタークーラ２０によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ２０によって吸入空気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。

吸気管１１のうちコンプレッサインペラ１９ａの上流側、かつ、エアクリーナ２１の下流側には、単位時間あたりに流入する吸入空気の質量流量ＭＡＦ（以下、単に吸入空気量又は吸気量と呼ぶ）を検出するエアフロメータ２２（吸気量センサ）が取り付けられている。本実施形態に係るエアフロメータ２２には、吸気流量に応じて発熱体から奪われる熱量の変化を検出することで吸気量を間接的に検出するホットワイヤ式エアフロメータが採用されている。

排気管１８のうちタービンホイール１９ｂの下流側には、排気を浄化する浄化装置２３が取り付けられている。浄化装置２３の具体例としては、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒や排気中のＨＣやＣＯを浄化する酸化触媒等が挙げられる。

排気管１８のうち浄化装置２３の下流側には、排気中の酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ２４が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ２４は、時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号Ｏ２を出力する酸素濃度センサである。Ａ／Ｆセンサ２４のセンサ出力としての酸素濃度検出信号は、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。なお、Ａ／Ｆセンサ２４に替えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する起電力出力型のＯ２センサを採用してもよい。

吸気管１１のうち、ＥＧＲ配管１０が接続される部分でありスロットル弁１７ａの下流側部分には、吸気圧Ｐ１（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ２５が備えられている。排気管１８のうち、ＥＧＲ配管１０が分岐する部分でありタービンホイール１９ｂの上流側部分には、排気圧P2を検出する排気圧センサ２６が備えられている。

ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲクーラ１４及びバイパス配管１５の下流側部分には、ＥＧＲクーラ１４により冷却されたＥＧＲガス及びバイパス配管１５により迂回されたＥＧＲガスが合流した後のＥＧＲガスについて、その合流後のＥＧＲガスの温度TEを検出するＥＧＲ温度センサ２７が備えられている。なお、吸気管１１のうちＥＧＲ配管１０が接続される部分に配置されて吸気温度を検出する吸気温センサ（図示せず）を、前記ＥＧＲ温度センサ２７として兼用するようにしてもよい。

上述した各種センサ２２，２４，２５，２６，２７及びクランク角センサ２８から出力される検出信号は、エンジンＥＣＵ２９（電子制御ユニット）に入力される。ＥＣＵ２９はこれらの検出信号に基づき、以下の如く燃料噴射量、過給圧、ＥＧＲ弁１３ａの開度、スロットル弁１７ａの開度、及び切替弁１６ａの開度等を制御することでエンジン制御を行う。

ＥＣＵ２９に備えられたマイコン２９ａは、クランク角センサ２８から入力される検出信号に基づき、エンジンの出力軸（クランク軸）の回転速度（エンジン回転速度NE）を算出する。また、図示しないアクセルセンサから入力される検出信号に基づき、運転者によるアクセルペダルの操作量（踏込み量）が算出される。そしてマイコン２９ａは、時々のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度NE）やアクセルペダル操作量等に基づき燃料の目標噴射量Qfinを算出し、その目標噴射量Qfinとなるようインジェクタ３０の作動を制御する。

ＥＣＵ２９のマイコン２９ａは、容量可変型ターボチャージャ１９の容量を調整することで過給圧を制御する。すなわち、前述の目標噴射量Qfin、及びエンジン回転速度NE等をパラメータとして、マップ等を用いて可変ベーン１９ｄの目標開度を算出する。そして、目標開度となるよう図示しないアクチュエータを駆動制御することにより、可変ベーン１９ｄが目標開度となるよう制御する。なお、エンジン回転速度NEが高いほど、或いは目標噴射量Qfinが多いほど目標開度は大きく設定され、ひいては過給圧が増加する。さらにＥＣＵ２９は、吸気圧センサ２５により検出した過給圧Ｐ１の値、或いは排気圧センサ２６により検出した排気圧Ｐ２の値が目標値に近づくよう、可変ベーン１９ｄの開度をフィードバック制御する。

ＥＣＵ２９のマイコン２９ａはＥＧＲ弁１３ａの開度を制御することで、排気管１８からＥＧＲ配管１０に流入して還流するＥＧＲ流量を制御する。すなわち、前述の目標噴射量Qfin及びエンジン回転速度NE等をパラメータとして、マップ等を用いて排気中の酸素濃度（排気酸素濃度）の目標値（目標排気酸素濃度）を算出する。そして、Ａ／Ｆセンサ２４により検出された排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう目標ＥＧＲ流量を設定し、その目標ＥＧＲ流量となるようＥＧＲ弁１３ａの基本ＥＧＲ開度EGRPBを算出する。

つまり、排気酸素濃度及び目標排気酸素濃度の偏差に基づき基本ＥＧＲ開度EGRPB（つまりＥＧＲ弁開度）をフィードバック制御していると言える。そして、この基本ＥＧＲ開度EGRPBを、後に詳述するＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRPで補正（流量ずれ補正）することでＥＧＲ弁開度指令値EGRFを算出し、ＥＧＲ弁開度指令値EGRFに基づき電動モータ１３ｂを駆動させてＥＧＲ弁１３ａの開度を制御する。つまり、ＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRPに基づきＥＧＲ弁開度指令値EGRF（つまりＥＧＲ弁開度）を開ループ制御していると言える。上記フィードバック制御を実行している時のマイコン２９ａは特許請求の範囲に記載のフィードバック制御手段に相当し、上記開ループ制御を実行している時のマイコン２９ａはオープン制御手段に相当する。

ちなみに、ＥＧＲ流量が過小の場合には十分なＮＯｘ低減効果が得られず、ＥＧＲ流量が過大の場合には、気筒内の酸素が不足してパティキュレート（特にスモーク）が増加する。これを回避するためには、スモーク発生限界ぎりぎりまでＥＧＲ流量を増やし、スモークの発生なしでＮＯｘを低減させることが要求される。そこで、上記ＥＧＲ弁開度の制御により、パティキュレート、特にスモーク発生量と相関が強い排気酸素濃度を所定値以上とすることでスモーク発生ぎりぎりまでＥＧＲ流量を増やすよう、上述の目標排気酸素濃度は設定されている。また、浄化装置２３の状態に応じて目標排気酸素濃度は設定される。

ところで、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１４のガス通路１４ａを流通する時の圧力損失は、バイパス配管１５を流通する時の圧力損失よりも大きい。つまり、ＥＧＲ配管１０、ＥＧＲクーラ１４及びバイパス配管１５により構成され、ＥＧＲガスが排気管１８から分岐して吸気管１１に至るまでの循環流通経路において、その経路全体としての圧力損失（全体圧損）は、切替弁１６ａの開度を小さくしてＥＧＲガスのＥＧＲクーラ１４への流通割合を多くするほど大きくなる。つまり、切替弁１６ａの開度に応じて全体圧損は変化してしまう。そのため、ＥＧＲ弁１３ａの開度が同じであっても、切替弁１６ａを作動させてＥＧＲ温度を調整しようとすると、全体圧損が変化することに起因してＥＧＲ流量も変化してしまう。具体的には、基本ＥＧＲ開度EGRPBに基づきそのままＥＧＲ弁開度指令値EGRFを算出してしまうと、前述した目標ＥＧＲ流量に対して実際のＥＧＲ量がずれるといった流量ずれが生じることとなる。

そこで本実施形態では、切替弁１６ａの開度変更に応じてＥＧＲ弁１３ａの開度を補正（流量ずれ補正）している。以下、基本ＥＧＲ開度EGRPBをＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRPで補正する流量ずれ補正処理について、切替弁１６ａの開度の制御と併せて図２を用いて説明する。図２に示す一連の処理は、所定周期（例えばマイコン２９ａが有するＣＰＵの演算周期）又は所定のクランク角度毎に、ＥＣＵ２９のマイコン２９ａが繰り返し実行する処理である。なお、ＥＧＲクーラ１４への流通割合と切替弁開度との関係は図３に示す通りであり、流入口１０ｂを全閉とするよう切替弁開度を０％にすると、ＥＧＲクーラ１４への流通割合は１００％となる。

処理の概略を説明すると、まずステップＳ１０〜Ｓ１６において、ＥＧＲ温度センサ２７により検出された実際のＥＧＲガス温度TEが目標ガス温度TTEに近づくよう、切替弁開度をフィードバック制御する。その後、ステップＳ２０〜Ｓ２３（オープン制御手段）において、ステップＳ１０〜Ｓ１６にてフィードバック制御された切替弁開度に基づきＥＧＲ弁開度を補正する流量ずれ補正処理を実行する。

より詳細に説明すると、まずステップＳ１０において、エンジン回転速度NE、目標噴射量Qfin、及びエンジン状態に基づき、目標ガス温度TTEを算出する。例えば、エンジン回転速度NE及び目標噴射量Qfinの値が大きいほど目標ガス温度TTEを低くして、燃焼室１２に流入する吸気の充填効率を高める。また、暖機運転時には目標ガス温度TTEを高くして早期暖機を図る。

続くステップＳ１１では、ステップＳ１０にて算出した目標ガス温度TTE及びエンジン状態に基づき、切替弁１６ａの基本開度Vpbを算出する。なお、ステップＳ１０，Ｓ１１における上記エンジン状態の具体例としては、吸気温度、エンジン冷却水温度、吸気圧P1、外気温度等が挙げられる。本実施形態では、切替弁基本開度Vpbを次の算出式（１）に基づき算出している。

Vpb＝map(NE,Qfin)×CTA1×CTW1×CP1…（１）
式（１）中のmap(NE,Qfin)の項は、図４（ａ）に示す領域マップを用いて、エンジン回転速度NE及び目標噴射量Qfinに基づき算出される。例えば、領域マップ中におけるNE，Qfinの位置が１００％を示す実線よりも左下側の領域にあれば、切替弁基本開度Vpbのベース値となるmap(NE,Qfin)の値を１００％とし、０％を示す実線よりも右上側の領域にあればmap(NE,Qfin)の値を０％とし、１００％を示す実線及び０％を示す実線の間においては、複数に分割された領域に応じた中間開度となるようmap(NE,Qfin)の値を決定する。要するに、エンジン回転速度NE及び目標噴射量Qfinの値が大きいほど切替弁基本開度Vpbのベース値map(NE,Qfin)を大きくする。

式（１）中のCTA1の項は図４（ｂ）に示す吸気温補正係数であり、吸気温度が高いほどベース値map(NE,Qfin)を大きくするよう補正する。式（１）中のCTW1の項は図４（ｃ）に示す水温補正係数であり、エンジン冷却水温度が低いほどベース値map(NE,Qfin)を大きくするよう補正する。式（１）中のCP1の項は図４（ｄ）に示す吸気圧補正係数であり、吸気圧P1が低いほどベース値map(NE,Qfin)を大きくするよう補正する。

続くステップＳ１２では、このようにして算出した目標ガス温度TTEと、ＥＧＲ温度センサ２７により検出された実際のＥＧＲガス温度TEとの偏差ΔTEを算出する。そして、算出したガス温度偏差ΔTEがマイナスの値となった場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、実ガス温度TEを低下させるべく、ステップＳ１４において切替弁開度の補正値VPCを小さくしてＥＧＲクーラ１４への流通割合を多くする。具体的には、切替弁開度の前回値VPC(i-1)に補正量ΔVPCを加算することで切替弁開度の今回値VPC(i)を算出する。

一方、ガス温度偏差ΔTEがプラスの値となった場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、実ガス温度TEを上昇させるべく、ステップＳ１５において切替弁開度の補正値VPCを大きくしてＥＧＲクーラ１４への流通割合を少なくする。具体的には、切替弁開度の前回値VPC(i-1)から補正量ΔVPCを減算することで切替弁開度の今回値VPC(i)を算出する。なお、ステップＳ１４，Ｓ１５で用いる補正量ΔVPCはガス温度偏差ΔTEの値に応じて可変設定されており、ガス温度偏差ΔTEの絶対値が大きいほど補正量ΔVPCの値を大きく設定している。

続くステップＳ１６では、ステップＳ１１にて算出された切替弁基本開度Vpb、及びステップＳ１４，Ｓ１５にて算出された補正値VPCに基づき、切替弁開度指令値VPF(i)を算出する。そして、後述するステップＳ２３において、切替弁開度指令値VPF(i)に基づき電動モータ１６ｂを駆動させて切替弁１６ａの開度を制御する。これにより、実ガス温度TEが目標ガス温度TTEに近づくよう切替弁開度がフィードバック制御されることとなる。

次に、ステップＳ２０において、切替弁開度指令値VPF(i)が変化することに伴い生じる前記流量ずれの推定値ΔEGRFを算出する。流量ずれ推定値ΔEGRFは、切替弁開度指令値の前回値VPF(i-1)、ステップＳ１４，Ｓ１５で用いた補正量ΔVPC及びエンジン状態に基づき算出される。本実施形態では、流量ずれ推定値ΔEGRFを次の算出式（２）に基づき算出している。

ΔEGRF＝map(VPF(i-1),ΔVPC)×CTA2×CEGT×CP2…（２）
式（２）中のmap(VPF(i-1)の項は、図５（ａ）に示す領域マップを用いて、切替弁開度指令値の前回値VPF(i-1)及び補正量ΔVPCに基づき算出される。要するに、切替弁開度指令値の前回値VPF(i-1)及び補正量ΔVPCの値が大きいほど、つまり切替弁開度指令値を大きく変更させるほど、流量ずれ推定値ΔEGRFのベース値map(VPF(i-1)を大きくする。

式（２）中のCTA2の項は図５（ｂ）に示す吸気温補正係数であり、吸気温度が高いほどベース値map(VPF(i-1)を大きくするよう補正する。式（２）中のCEGTの項は図５（ｃ）に示すＥＧＲガス温度補正係数であり、ＥＧＲガス温度TEが高いほどベース値map(VPF(i-1)を大きくするよう補正する。式（２）中のCP2の項は図５（ｄ）に示す吸気圧補正係数であり、吸気圧P1が高いほどベース値map(VPF(i-1)を大きくするよう補正する。

続くステップＳ２１では、流量ずれ推定値ΔEGRF及びエンジン状態に基づきＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRPを算出する。本実施形態では、開度ずれ推定値ΔEGRPを次の算出式（３）に基づき算出している。

ΔEGRP＝ΔEGRF×CTDP…（３）
式（３）中のCTDPの項は、図６に示すＥＧＲクーラ差圧補正係数であり、ＥＧＲクーラ１４の上流側及び下流側の差圧ΔPが高いほど弁開度ずれ推定値ΔEGRPを小さくするよう補正する。なお、この差圧ΔPは、排気圧センサ２６による検出値P2から吸気圧センサ２５による検出値P1を減算することで取得できる。

ここで、排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう目標ＥＧＲ流量を設定し、その目標ＥＧＲ流量となるようＥＧＲ弁１３ａの基本開度EGRPBを算出することは先述した通りである。そして、続くステップＳ２２では、このように算出した基本開度EGRPBに、ステップＳ２１にて算出した開度ずれ推定値ΔEGRPを加算するよう補正することで、ＥＧＲ弁開度指令値EGRFを算出する。

続くステップＳ２３では、先述の通り切替弁開度指令値VPF(i)に基づき切替弁１６ａの開度を制御するとともに、ステップＳ２２にて算出したＥＧＲ弁開度指令値EGRFに基づき電動モータ１３ｂを駆動させてＥＧＲ弁１３ａの開度を制御する。

図７は、図２の流量ずれ補正処理を実行したことによる効果を説明するタイミングチャートであり、目標ＥＧＲ流量が変化しない場合、かつ、暖機運転による冷却水温の上昇に伴い目標ガス温度TTEが低下する場合における、切替弁１６ａ及びＥＧＲ弁１３ａ等の各種挙動を示す図である。

図７（ａ）はエンジン冷却水温の変化を示す。（ｂ）中の実線は、本実施形態の流量ずれ補正処理により開ループ制御が実行された場合の実ＥＧＲ流量の挙動を示す。（ｂ）中の一点鎖線は、排気酸素濃度及び目標排気酸素濃度の偏差に基づき基本ＥＧＲ開度EGRPBをフィードバック制御するものの、流量ずれ補正が実行されなかった場合における実ＥＧＲ流量の挙動を示す。（ｂ）中の点線は目標ＥＧＲ流量を示す。図７（ｃ）は実際のＥＧＲガス温度TEの変化を示す。図７（ｄ）は切替弁１６ａの開度挙動を示す。図７（ｅ）中の実線は、前記開ループ制御が実行された場合のＥＧＲ弁１３ａの開度挙動を示す。図７（ｅ）中の一点鎖線は、前記フィードバック制御するものの流量ずれ補正が実行されなかった場合におけるＥＧＲ弁１３ａの開度挙動を示す。

暖機運転を開始して時間が経過することに伴って、図７（ａ）に示す如く冷却水温は徐々に上昇する。冷却水温が所定値に達するｔ１時点までは、暖機運転促進を図るため目標ガス温度TTEを高く設定している。そのため、ｔ１時点までは切替弁１６ａの開度は１００％となっており、ＥＧＲガスの全てがバイパス配管１５を流通してＥＧＲクーラ１４による冷却を禁止している。そして、冷却水温が所定値に達したｔ１時点以降は、目標ガス温度TTEを徐々に低下させる。そのため、ｔ１時点以降は切替弁１６ａの開度が徐々に小さくなり（図７（ｄ）参照）、ＥＧＲクーラ１４による冷却度合いが大きくなる。よって、ＥＧＲガス温度TEも徐々に小さくなる（図７（ｃ）参照）。

その後、切替弁１６ａの開度が徐々に小さくなって０％に達したｔ２時点以降は、ＥＧＲクーラ１４による冷却度合いが最大となり、また、冷却水温度も十分に上昇しているため、ＥＧＲガス温度TEは変化することなく安定する。ここで、ｔ１時点からｔ２時点までの期間中は、切替弁開度を変更させることに伴い先述の流量ずれが生じることが懸念される。

この懸念に対し、前記フィードバック制御によれば、ＥＧＲ弁開度は図７（ｅ）中の一点鎖線に示すように挙動することで前記流量ずれを解消しようとするものの、実ＥＧＲ流量は図７（ｅ）中の一点鎖線に示すように挙動して、点線に示す目標ＥＧＲ流量からずれてしまう。これに対し、切替弁開度に基づきＥＧＲ弁開度を補正する前記開ループ制御を実行した場合には、ＥＧＲ弁開度は図７（ｅ）中の実線に示すように挙動することで前記流量ずれが解消され、その結果、図７（ｂ）中の実線に示す実ＥＧＲ流量は、点線に示す目標ＥＧＲ流量とほぼ一致する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）切替弁１６ａを作動させてＥＧＲ温度を調整することに起因して全体圧損が変化しても、切替弁開度指令値VPF（切替弁開度）に基づきＥＧＲ弁基本開度EGRPBを補正して、ＥＧＲ弁開度指令値EGRF（ＥＧＲ弁開度）を修正するので、図７（ｂ）に示すように実ＥＧＲ流量を目標ＥＧＲ流量に対してほぼ一致させることができる。

（２）しかも、ＥＧＲ弁開度を切替弁開度に基づき開ループ制御するので、全体圧損の変化に対するＥＧＲ弁開度の開度修正を即座にでき（図７（ｅ）中の実線参照）、フィードバック制御によるフィードバック遅れ（図７中の一点鎖線参照）を解消することができる。

（３）切替弁開度指令値VPFを変更すると同時に、ＥＧＲ弁基本開度EGRPBを補正してＥＧＲ弁開度指令値EGRFを修正するので、全体圧損の変化に対するＥＧＲ弁開度の開度修正を即座にできるといった速応性の効果が十分に発揮される。

（４）切替弁開度指令値VPFに基づきＥＧＲ弁基本開度EGRPBを補正するにあたり、その補正量（ＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRP）を、エンジン状態（例えば吸気温補正係数CTA2、ＥＧＲガス温度補正係数CEGT、吸気圧補正係数CP2）に応じて変更して設定するので、実ＥＧＲ流量を目標ＥＧＲ流量に一致させることを精度良くできる。

（５）切替弁開度指令値VPFに基づきＥＧＲ弁基本開度EGRPBを補正するにあたり、その補正量（ＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRP）を、ＥＧＲクーラ１４の上流側及び下流側の差圧ΔPに応じて変更して設定する。そのため、ＥＧＲクーラ１４のガス通路１４ａにおけるデポジットの堆積が進行する等、経年劣化により差圧ΔPが大きくなっても、実ＥＧＲ流量を目標ＥＧＲ流量に一致させることを精度良くできる。

（６）ＥＧＲ弁開度を制御するにあたり、切替弁開度に基づきＥＧＲ弁開度を修正する上記開ループ制御に加え、排気酸素濃度及び目標排気酸素濃度の偏差に基づき基本ＥＧＲ開度EGRPB（つまりＥＧＲ弁開度）をフィードバック制御するので、開ループ制御により開度修正を即座にできるといった上記効果（速応性の効果）に加え、各種部品の経年変化や外乱等によりＥＧＲ流量にオフセットずれが生じることを抑制できるといった効果（高精度性の効果）が発揮される。

（他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下の各特徴をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・流量ずれ推定値ΔEGRFを算出するにあたり、上記実施形態では切替弁開度指令値の前回値VPF(i-1)及び補正量ΔVPCに基づき算出しているが、切替弁開度指令値の今回値VPF(i)に基づき算出してもよい。

・上記実施形態では、ＥＧＲ弁開度をＡ／Ｆセンサ２４でフィードバック制御しているが、吸気量ＭＡＦでフィードバック制御するようにしてもよい。すなわち、エアフロメータ２２により検出された吸気量ＭＡＦとＥＧＲ流量とは相関があるため、当該吸気量ＭＡＦから想定されるＥＧＲ流量と目標ＥＧＲ流量との偏差がゼロになるようＥＧＲ弁開度をフィードバック制御してもよい。

・上記実施形態では、切替弁開度指令値VPFを変更すると同時に、ＥＧＲ弁基本開度EGRPBを補正してＥＧＲ弁開度指令値EGRFを修正しているが、切替弁開度指令値VPFを変更した後、所定時間が経過してからＥＧＲ弁開度指令値EGRFを修正するようにしてもよい。ただし、酸素濃度偏差又は吸気量偏差に基づきＥＧＲ弁開度をフィードバック制御する場合において、切替弁１６ａの開度変更に伴いこれらの酸素濃度又は吸気量に変化が生じるまでの間にＥＧＲ弁開度指令値EGRFの修正を実行させることが望ましい。

・上記実施形態では、切替弁開度指令値VPFを変更することに伴いＥＧＲ弁開度指令値EGRFを修正しているが、切替弁１６ａの開度を検出するセンサを備え、切替弁１６ａの実際の開度に応じてＥＧＲ弁開度指令値EGRFを修正するようにしてもよい。

・切替弁１６ａを作動させる期間（図７中のｔ１〜ｔ２期間）においては、酸素濃度偏差に基づきＥＧＲ弁開度をフィードバック制御することを中止して、上記開ループ制御のみを実行するようにしてもよい。これによれば、切替弁１６ａの作動時においてはフィードバック制御の処理負担分を軽減できる。一方、切替弁１６ａの作動時において上記フィードバック制御及び開ループ制御の両制御を行う２自由度制御を実行して、実ＥＧＲ流量を目標ＥＧＲ流量に精度良く一致させることを図ってもよい。

・上記実施形態では、切替弁１６ａを中間開度で制御することでＥＧＲガス温度を微調整する場合に本発明を適用させているが、切替弁１６ａを両流入口１０ａ，１０ｂを切替開閉するよう開閉制御する場合にも本発明は適用可能である。

・上記実施形態では、ＥＧＲクーラ１４の差圧ΔPを、排気圧センサ２６による検出値P2及び吸気圧センサ２５による検出値P1の両検出値P1，P2に基づき算出しているが、いずれか一方の検出値に基づき差圧ΔPを推定するようにしてもよい。また、エンジンの運転時間に基づき差圧ΔPを推定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、補正量ΔVPCをガス温度偏差ΔTEに応じて可変設定しているが、ガス温度偏差ΔTE等に拘わらず固定した値に設定してもよい。

・上記実施形態では本発明を自己着火式のディーゼルエンジンに適用させているが、点火式のガソリンエンジンに適用させてもよい。

本発明の一実施形態にかかるＥＧＲ流量制御装置が適用された、エンジンの吸排気系システムの構成図。 図１のＥＣＵが実行する流量ずれ補正処理の手順を示すフローチャート。 ＥＧＲクーラへの流通割合と切替弁開度との関係を示す図。 図２の処理において切替弁基本開度Vpbを算出する算出式（１）を説明する図。 図２の処理において流量ずれ推定値ΔEGRFを算出する算出式（２）を説明する図。 図２の処理においてＥＧＲ弁開度ずれ推定値ΔEGRPを算出する算出式（３）を説明する図。 図２の流量ずれ補正処理を実行したことによる効果を説明するタイミングチャート。

符号の説明

１０…ＥＧＲ配管、１３ａ…ＥＧＲ弁（流量調整弁）、１４…ＥＧＲクーラ、１５…バイパス配管、１６ａ…切替弁（温度調整弁）、Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２…オープン制御手段、２９ａ…マイコン（フィードバック制御手段、オープン制御手段）、

Claims (7)

1. エンジンから排出される排ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲ配管と、
   前記ＥＧＲ配管の流路面積を調整することで、前記ＥＧＲガスの流量を調整する流量調整弁と、
   前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに対して迂回させるバイパス配管と、
   前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラへ流通させる流量と前記バイパス配管により迂回させる流量との流通割合を調整することで、前記ＥＧＲガスの温度を調整する温度調整弁と、
   を備えるエンジンに適用され、
   前記流量調整弁の作動を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記流量調整弁により調整された前記ＥＧＲガスの流量が前記温度調整弁の開度を変更した前後で変化しないように、前記温度調整弁の開度、その開度と相関のある物理量、及びその開度の目標値の少なくとも１つに基づいて、前記流量調整弁の開度を開ループ制御するオープン制御手段を有することを特徴とするＥＧＲ流量制御装置。
2. 前記制御手段は、前記エンジンの負荷と相関のある物理量、及び前記排ガス中の酸素濃度の少なくとも１つをパラメータとして、前記流量調整弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ流量制御装置。
3. 前記ＥＧＲガスの温度を調整すべく前記温度調整弁が開度変更した場合において、
   前記オープン制御手段は、前記開度変更に応じて前記流量調整弁の開度を前記開ループ制御することを、前記開度変更に伴い前記パラメータに変化が生じるまでの間に開始させることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲ流量制御装置。
4. 前記ＥＧＲガスの温度を調整すべく前記温度調整弁が開度変更した場合において、
   前記オープン制御手段は、前記開度変更に応じて前記流量調整弁の開度を前記開ループ制御することを、前記開度変更と同時に開始させることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ流量制御装置。
5. 前記オープン制御手段は、前記温度調整弁の開度、その開度と相関のある物理量、及びその開度の目標値の少なくとも１つに加え、前記エンジンの運転状態に基づいて前記流量調整弁の開度を開ループ制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のＥＧＲ流量制御装置。
6. 前記運転状態には、前記ＥＧＲガスの圧力のうち前記ＥＧＲクーラの上流側及び下流側の差圧、又はその差圧と相関のある物理量が少なくとも含まれていることを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲ流量制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のＥＧＲ流量制御装置と、
   ＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲ配管、前記ＥＧＲガスの流量を調整する流量調整弁、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却するＥＧＲクーラ、前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに対して迂回させるバイパス配管、及び前記ＥＧＲクーラを流通して冷却される冷却流量と前記バイパス配管を流通して迂回されるバイパス流量との流通割合を調整することで前記ＥＧＲガスの温度を調整する温度調整弁の少なくとも１つと、
   を備えることを特徴とするＥＧＲ流量制御システム。

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