专利名称：内燃机的egr控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及要求大量排气再循环(EGR)的内燃机的EGR控制装置。
背景技术：
在这种装置中，排气的一部分经由EGR用通路(EGR通路)返回至进气通路而向燃烧室供给。并且，通过反馈控制该排气再循环量(EGR量)，实现确保良好的燃烧状态及促进排气净化。
在这里，在现有的装置中，仅对控制EGR通路内的流量的EGR阀进行开度控制。但是，在近年来的内燃机中，要求在大量EGR(高EGR率)下的运转。所以，除了上述EGR阀之外，也对控制进气通路内的流量的进气节流阀进行开度调整(参照日本国特开2001-152879号公报)。由此，例如可以利用由不完全燃烧产生的一氧化碳的排出而应对缸内浓混合比的要求。另外，还实现NOx(氮氧化物)的抑制和排气净化催化剂的升温。
在上述现有技术中，同时使用EGR阀和进气节流阀进行各开度的连续控制，在要得到更多EGR量的情况下，在向全开方向控制EGR阀的开度之后，将该开度固定于全开状态，缩小进气节流阀的开度。即，进行从EGR阀向节流阀的控制的切换，向全闭方向控制节流阀的开度。
但是，本发明的发明人认识到，在上述进气节流阀的全开状态和全闭状态之间存在不敏感区域。该不敏感区域是由于进气通路和排气通路之间的压力差的变化小而产生的。更详细地说，EGR量并不会相对于节流阀开度的变化而以固定的变化率进行追随，而是随着节流阀的开度接近全开状态而几乎不变化。该EGR量的变化很小、相对于节流阀的开度而略微增加的区域为不敏感区域。
而且，在例如节流阀的开度达到其全闭状态的大约20％～40％时，EGR量急剧增加。该EGR量的变化较大、急剧增加的区域为反应区域。另一方面，与节流阀开度的变化相比，EGR量线性地追随EGR阀开度的变化。
这样，即使为了得到更多EGR量以在上述大量EGR下运转，而进行从EGR阀向节流阀的控制切换，也由于在上述不敏感区域中EGR量的变化较小，因此产生即使节流阀的开度达到大致全闭状态，也无法得到期望的EGR量的问题。
只要将节流阀的操作量、即对节流阀的控制增益，在不敏感区域中设定为较大值就能够解决该问题。但是，这样就必须对涉及不敏感区域及反应区域这两个区域的控制增益进行匹配，而且，由于该匹配自身也很困难，所以难以实现系统的简化。因此，需要对EGR阀和节流阀之间的控制的切换采取一些措施，但是在上述现有技术中，并没有特别地考虑这一点。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题点而提出的，其目的在于，提供一种内燃机的EGR控制装置，可以得到期望的EGR量，而且可以实现系统的简化。
为了实现上述目的，本发明的内燃机的EGR控制装置，包含进气节流阀，其配置在上述内燃机的进气通路中；以及EGR阀，其配置在连接上述进气通路和排气通路的EGR通路中，分别连续控制该EGR阀的开度及上述进气节流阀的开度，以反馈控制EGR量，具有EGR控制单元，其在要求大量EGR的情况下，向全开方向连续控制上述EGR阀的开度，并且向全闭方向连续控制上述进气节流阀的开度，上述控制单元，在EGR量相对于上述进气节流阀开度变化小的不敏感区域中，限制由该进气节流阀对EGR量的反馈控制，另一方面，实施由上述EGR阀对EGR量的反馈控制，以补足被限制的由上述进气节流阀进行的上述反馈控制。
如上所述，在进气节流阀的全开状态和全闭状态之间存在不敏感区域，即EGR量的变化较小而无法得到期望的EGR量的区域。但是，该情况下，由于控制单元限制由进气节流阀对EGR量的反馈控制，执行由EGR阀对EGR量的反馈控制，从而补足上述限制量，所以即使存在不敏感区域也能得到期望的EGR量。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的EGR控制装置的整体结构图。
图2是与图1的EGR控制装置中的EGR阀和进气节流阀之间的切换相关的时序图。
图3是表示图1的EGR控制装置中的进气节流阀的开度与EGR量的特性及控制增益之间的关系的图。
具体实施例方式
下面，根据
本发明的实施方式。
图1是具体化为柴油发动机用的EGR控制装置。如该图所示，在发动机2的进气通路4中设置增压器6。从未图示的空气滤清器取得的吸入空气由压缩机8增压后，经由中冷器10导入至燃烧室16。
另外，在通路4的适当位置上设置进气节流阀12。该节流阀12具有由有刷电动机驱动的蝶形阀体14，利用该阀体14的开闭动作而控制吸入空气的流量，也控制如后述所示的排气的再循环量(EGR量)。这样，在本实施方式的节流阀12中，在使用电刷而产生磁场的线图中流过电流。
在发动机2的排气通路20中设有涡轮机22，该涡轮机22与压缩机8同轴地结合，压缩机8及涡轮机22由燃烧后的排气旋转驱动。
另外，通路4和通路20由EGR通路24连结，在该通路24的适当位置上设置EGR阀26。该阀26具有由无刷电动机驱动的提升阀体28，利用该阀体28的开闭动作控制EGR量。这样，本实施方式的EGR阀26不使用电刷而在线圈中流过电流。
在车室内设置ECU 40，其具有未图示的输入输出装置、用于存储控制程序和对应图等的存储装置(ROM、RAM、BURAM等)、中央处理装置(CPU)、定时计数器等。该ECU 40进行发动机2的集中控制，包括连续控制节流阀12或EGR阀26的开度。
在ECU 40的输入侧连接气流传感器30、进气压力传感器32、进气温度传感器34、旋转速度传感器36及加速器踏板传感器38等各种类型的传感器。由该传感器30输出与发动机2的吸入空气量对应的电压，由传感器32检测进气压力，由传感器34检测进气温度。另外，由传感器36检测发动机2的旋转速度，由传感器38检测由驾驶者控制的加速器踏板开度。另一方面，在ECU 40的输出侧，连接上述的节流阀12和EGR阀26，此外还连接燃料喷射阀18等各种类型的设备。
在这里，ECU 40具有喷射控制部42，其以燃料喷射阀18为控制对象；以及EGR控制部(EGR控制单元)44，其以节流阀12及EGR阀26为控制对象。而且，在ECU 40中，在要求更多EGR量、即大量EGR的情况下，为了达到目标空气过剩率，连续控制节流阀12的阀体14的开度及EGR阀26的阀体28的开度，实施EGR量的反馈控制。
具体地说，在控制部42中，根据例如来自传感器36的旋转速度和来自传感器38的加速器踏板开度，设定燃料喷射量等，基于这些设定值，驱动控制燃料喷射阀18，使发动机2运转。
另外，在控制部44中，基于上述旋转速度及燃料喷射量，由上述对应图设定目标空气过剩率，计算目标EGR量。另一方面，在该控制部44中，基于来自传感器30的每秒新气量、每秒的燃料喷射量、理论空燃比以及来自通路24的排气中的空气相当量，计算实际的空气过剩率，以计算实际的EGR量。此外，该来自通路24的排气中的空气相当量，由于例如可以基于来自传感器32的进气压力及来自传感器34的进气温度，求出每秒送入燃烧室16的全部吸入量，从该全部吸入量减去上述新气量就可以求出每秒被供给的EGR量，所以能够根据该EGR量和上次计算出的实际的空气过剩率求出。
然后，在本实施方式中，反馈上述计算出的目标EGR量和实际EGR量之间的偏差。然后，从在PID控制部46中设定的控制增益得到指示值，根据该指示值，连续控制节流阀12的阀体14的旋转量及EGR阀26的阀体28的升程量。其结果，得到所要求的EGR量，接近目标空气过剩率。
但是，利用控制部44，在要求更多EGR量的情况下，在向全开方向控制EGR阀26的开度后，进行从EGR阀26向节流阀12的控制的切换。在这里，鉴于在节流阀12从全开状态向全闭方向的过程中存在不敏感区域，具体地说，存在EGR量的变化小的区域，该控制部44在该不敏感区域中限制由节流阀12对EGR量的控制而实施开环控制，另一方面，为了补足该限制量，实施由EGR阀26对EGR量的反馈控制。
更具体地说，在要求EGR量增加的情况下，控制部44判断当EGR阀的26的开度与上述要求对应而达到全开状态(100％)时，EGR量仍然不足。但是，如图2所示，在该时刻，节流阀12的开度为全开状态(100％)，对节流阀12来说是不敏感区域(参照期间I)。所以限制节流阀12的开度的连续控制，即，将节流阀12的开度瞬间缩小至规定开度A(参照期间I)。该规定开度A，是指对EGR的影响较小的开度，相当于例如相对于节流阀12的全闭状态(0％)约20～40％的程度的开度。这样，对节流阀12来说，立刻从不敏感区域转换至反应区域(EGR量相对于节流阀12的开度变化大的区域)，避开不敏感区域。
然后，将节流阀12的开度固定为上述规定开度A(参照期间II)。由此，通过将节流阀12的开度从全开状态(100％)瞬间地缩小且固定，排气处于易于由进气通路4导入的状态。其原因在于，虽然节流阀12的动作与连续控制时的动作不同，并不连续，但是避开了不敏感区域。在该动作的同时，执行EGR阀26的开度的连续控制。具体地说，将EGR阀26的开度从全开状态(100％)逐渐地关闭至规定开度C(参照期间II)。这是为了补足由节流阀12对EGR量的反馈控制的限制量，即，抑制伴随将节流阀12的开度缩小至规定开度A而瞬间增大的EGR量。其结果，在达到该规定开度C的时刻的EGR量，以与EGR阀26最初达到全开状态(100％)的时刻相同的比例增加。
然后，将EGR阀26的开度再次向全开状态(100％)逐渐地打开(参照期间II)。由此，进一步补足由上述规定开度A的固定而产生的EGR量的抑制量，EGR量以相同的比例顺滑地增加。上述期间I及期间II成为由EGR阀26对EGR量的反馈控制的期间。
如果如上所述EGR阀26的开度再次达到全开状态(100％)，则限制EGR阀26的开度的连续控制，即，将EGR阀26的开度固定为全开状态(100％)(参照期间III)。与该动作同时地，实施节流阀12的开度的连续控制，使其向全闭状态(0％)逐渐缩小直至达到进气节流限制值(参照期间III)。该限制值是用于防止不点火的值。于是，EGR量以相同比例继续增长，如果达到期望的EGR量则结束EGR量增加时的动作。而且，该期间III成为由节流阀2对EGR量反馈控制的期间。
与之相对，在要求EGR量减少的情况下，利用控制部44，使EGR阀26的开度保持全开状态(100％)，实施节流阀12的开度的连续控制，使其向全开状态(100％)逐渐打开直至达到上述规定开度A(参照期间IV)。这样，EGR量减少。这样，该期间IV成为由节流阀12对EGR量的反馈控制的期间。
然后，如果再次达到该规定开度A，则限制节流阀12的开度的连续控制，即，将节流阀12的开度固定于规定开度A(参照期间V)。与该动作同时地，实施EGR阀26的开度的连续控制。具体地说，将EGR阀26的开度从全开状态(100％)逐渐地关闭直至规定开度B(另一规定开度)(参照期间V)。这样，EGR量以相同的比例顺滑地减少。
另外，该规定开度B也可以是EGR阀26的全闭状态(0％)。但是，如图所示，如果规定开度B设定为大于该全闭状态的开度，则可以防止节流阀12的下游侧压力伴随着向燃烧室16供给排气而急剧下降，以可以抑制扭矩变动。但是，该规定开度B不能设定为大于或等于上述期间III中的规定开度C的开度。其原因在于，如果将规定开度B设定为大于规定开度C的开度，则在如后述所示EGR阀26达到该开度的时刻，节流阀12恢复为全开状态(100％)，这样就导致节流阀12和EGR阀26之间的控制切换频繁。
然后，在EGR阀26的开度达到上述规定开度B时，将节流阀12的开度瞬间地打开至全开状态(100％)(参照期间V)。其原因在于，为了使EGR量进一步减少，需要将节流阀12的开度设定为大于上述规定开度A，但是大于上述规定开度A的开度对节流阀12来说是不敏感区域。
然后，与该动作同时地，将EGR阀26的开度从规定开度B逐渐地打开(参照期间VI)。这是为了补足由节流阀12对EGR量的反馈控制的限制量，即，抑制伴随将节流阀12的开度打开至全开状态(100％)而瞬间地减小的EGR量。其结果，达到该规定开度B之后的EGR量也以相同的比例减少。然后，将EGR阀26的开度再次向全闭状态(0％)逐渐地关闭(参照期间VI)。这样，EGR量以同样的比例顺滑地减少，如果达到期望的EGR量则结束EGR量减少时的动作。另外，上述期间V及期间VI成为由EGR阀26对EGR量的反馈控制的期间。
如上所示，本实施方式的主要着眼点在于，减少由有刷电动机驱动的进气节流阀12的动作次数，另一方面，增加由无刷电动机驱动的EGR阀26的动作次数，并且进行EGR量的反馈控制。
而且，通过控制部44将节流阀12的开度瞬间打开或关闭而避开不敏感区域。特别地，在EGR量增加时，只要将节流阀12的开度从全开状态瞬间地关闭至规定开度A，就达到反应区域，处于排气易于通过进气通路4内导入的状态。所以，只要从该时刻开始执行由EGR阀26对EGR量的反馈控制，就可以补足没有进行开度连续控制的节流阀12的动作。由此，即使存在不敏感区域，也可以在直到节流阀12的开度达到上述节流限制值之前的期间内得到期望的EGR量，构筑高精度、高响应的系统。
而且，节流阀12的开度在上述期间II及V中被固定，仅上述期间III和IV成为由节流阀12对EGR量反馈控制的期间。即，成为与现有的由进气节流阀对EGR量反馈控制的期间相比，短了上述期间II及V部分的短期间。因此，节流阀12的开闭动作变少，实现节流阀12的耐久性的提高。特别地，在如本实施方式所示的以有刷电动机驱动节流阀12的情况下，显著抑制滑动面的磨损，大幅提高耐久性。
进而，在不敏感区域中，在EGR量增加时使节流阀12的开度从全开状态(100％)至规定开度A的情况下，以及在EGR量减少时使节流阀12的开度从规定开度A至全开状态(100％)的情况下，判断阈值存在差量。换句话说，在EGR量增加时，将EGR阀26达到最初的全开状态(100％)的时刻作为阈值，与之相对，在EGR量减少时，将EGR阀26达到规定开度B的时刻作为阈值，从而使用于避开不敏感区域的控制切换的阈值不同。由此，即使在EGR阀26的开度对于节流阀12而言不敏感区域的开度间持续变动的情况下，也可以避开节流阀12在固定于全开状态(100％)的情况和固定于规定开度A(大致20～40％)的情况之间频繁地切换控制。其结果，抑制节流阀12的频繁动作，这一点也有助于提高节流阀12的耐久性。
另外，由于使节流阀12的开度瞬间地打开或关闭而避开不敏感区域，所以不需要在该不敏感区域中设定对节流阀12的控制增益。其结果，实现系统的简化。
详细地说，如图3所示，对节流阀12的控制增益，只要将限制了由EGR阀26对EGR量反馈控制的情况，即位于规定开度A的右侧的反应区域作为目标来设定控制增益(图中以实线表示)即可，不需要设定针对不敏感区域的控制增益(图中以虚线表示)。进而，针对该反应区域设定的控制增益为小的值即可。
而且，由于不需要匹配(图中以带有箭头的虚线表示)从不敏感区域至反应区域的整个区域的控制增益，所以实现系统的进一步简化。
以上，结束本发明的一个实施方式的说明，但本发明并不限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，使用EGR控制部44根据传感器30等的值计算实际的EGR量，但是也可以取代该计算值，使用实际的EGR量检测值实施EGR量的反馈控制。
另外，在上述实施方式中，连续控制节流阀12及EGR阀26而实施EGR量的反馈控制，以达到目标空气过剩率，但并不限定于该例子，只要是反映EGR控制的值，也可以连续控制节流阀12及EGR阀26的开度而实施EGR量的反馈控制，以达到例如目标进气O2浓度。
进而，在上述实施方式中对柴油发动机2用的EGR控制装置进行了说明，但也可以是例如汽油发动机用的EGR控制装置，其可以通过不考虑来自EGR通路24的排气中的空气相当量等实现功能。
权利要求
1.一种内燃机的EGR控制装置，其特征在于，包含进气节流阀，其配置在上述内燃机的进气通路中；以及EGR阀，其配置在连接上述进气通路和排气通路的EGR通路中，分别连续控制该EGR阀的开度及上述进气节流阀的开度，以反馈控制EGR量，具有EGR控制单元，其在要求大量EGR的情况下，向全开方向连续控制上述EGR阀的开度，并且向全闭方向连续控制上述进气节流阀的开度，上述控制单元，在EGR量相对于上述进气节流阀开度变化小的不敏感区域中，限制由该进气节流阀对EGR量的反馈控制，另一方面，实施由上述EGR阀对EGR量的反馈控制，以补足被限制的由上述进气节流阀进行的上述反馈控制。
2.如权利要求1所述的内燃机的EGR控制装置，其特征在于，上述控制单元在上述不敏感区域中，将上述进气节流阀的开度从全开状态立刻缩小并固定为规定开度，另一方面，实施由上述EGR阀对EGR量的反馈控制，该规定开度是向EGR量相对于该进气节流阀开度变化大的反应区域转换的开度。
3.如权利要求2所述的内燃机的EGR控制装置，其特征在于，上述控制单元，在上述进气节流阀的开度缩小至上述规定开度之后，上述EGR阀的开度处于全开状态的情况下，将该EGR阀的开度固定为全开状态，另一方面，实施由上述进气节流阀对EGR量的反馈控制。
4.如权利要求3所述的内燃机的EGR控制装置，其特征在于，上述控制单元，在上述进气节流阀的开度因实施由该进气节流阀进行的上述反馈控制而再次达到上述规定开度的情况下，将该进气节流阀的开度固定为该规定开度，另一方面，执行由上述EGR阀对EGR量的反馈控制。
5.如权利要求4所述的内燃机的EGR控制装置，其特征在于，上述控制单元，在上述EGR阀的开度因实施由该EGR阀进行的上述反馈控制而达到大于该EGR阀的开度的全闭状态的另一规定开度的情况下，将上述进气节流阀的开度瞬间地从上述规定状态打开并固定为全开状态，另一方面，进一步实施由该EGR阀对EGR量的反馈控制。
6.如权利要求5所述的内燃机的EGR控制装置，其特征在于，上述控制单元在上述不敏感区域中，在为了增加上述EGR量而使上述进气节流阀的开度从上述全开状态至上述规定状态的情况下，和为了减少上述EGR量而使上述进气节流阀的开度从上述规定开度至上述全开状态的情况下，使用于避开上述不敏感区域的切换阈值具有差量而不同。
全文摘要
具有EGR控制单元(44)，其在要求大量EGR的情况下，向全开方向连续控制EGR阀(26)的开度，进而向全闭方向连续控制进气节流阀(12)的开度，控制单元在EGR量相对于进气节流阀开度变化小的不敏感区域中，限制由进气节流阀对EGR量的反馈控制，另一方面，实施由EGR阀对EGR量的反馈控制，从而补足被限制的由进气节流阀进行的反馈控制。
文档编号F02M25/07GK101065564SQ20058004055
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年12月2日
发明者琴冈正二郎, 纐缬晋, 横村仁志 申请人:三菱扶桑卡客车株式会社