JP2000073874A

JP2000073874A - 筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置

Info

Publication number: JP2000073874A
Application number: JP10247597A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Saito; 智明齊藤; Katsuaki Yasutomi; 克晶安富; Hideo Hosoya; 英生細谷; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】実空気過剰率が目標空気過剰率となるよう
に、排気還流制御弁を適正にフィードバック制御して排
気中に含まれる黒煙や未燃焼燃料等のパティキュレート
成分およびＮＯｘ成分を低減する。【解決手段】実空気過剰率に関する値を検出し、この
実空気過剰率が目標空気過剰率となるように、排気還流
制御弁５をフィードバック制御する排気還流制御手段２
６を有する筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置にお
いて、上記排気還流制御弁６の前後差圧に関する値を検
出する吸気圧力センサ１２等からなる検出手段を設ける
とともに、この検出手段によって検出された前後差圧が
大きい程、上記排気還流制御弁５の作動速度を遅くする
ように制御する作動速度制御部を有するフィードバック
制御部３０を上記排気還流制御手段２６に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平８−１４４８６７号
公報に示されるように、ディーゼルエンジンの排気ガス
を吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路（排気還流通路）
と、このＥＧＲ通路に設けられた上記排気ガスの還流量
を調節するＥＧＲ弁（排気還流制御弁）と、このＥＧＲ
弁を駆動するＥＧＲ弁駆動手段とを有するディーゼルエ
ンジン用排気ガス再還流装置において、ディーゼルエン
ジンの排気中に含まれる黒煙や未燃焼燃料等のパティキ
ュレート成分およびＮＯｘ成分を低減するため、排気ガ
スの目標空気過剰率と実空気過剰率との偏差をなくすよ
うに、上記ＥＧＲ弁駆動手段を制御することが行われて
いる。

【０００３】すなわち、運転状態検出手段により検出さ
れた上記エンジンの運転状態に対応する目標空気過剰率
をそれぞれ設定するとともに、上記排気通路に設けられ
たリニア空燃比センサ（Ｏ₂センサ）からなる実空気過
剰率検出手段により、排気通路を流通する排気ガスの実
空気過剰率を検出し、この実空気過剰率が上記目標空気
過剰率よりも大きくなると、ＥＧＲ弁を開いて排気還流
量を増加させることにより、実空気過剰率を小さくし、
逆に実空気過剰率が目標空気過剰率よりも小さくなる
と、上記ＥＧＲ弁を閉じて排気還流量を低下させ、ある
いはカットすることにより、実空気過剰率を大きくする
制御を実行して、過剰な排気還流による黒煙の発生等を
伴わずに排気ガス中のＮＯｘ成分を低減できるようにす
ることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように実空気過
剰率検出手段により検出された実空気過剰率と、エンジ
ンの運転状態に応じて設定された目標空気過剰率との偏
差をなくすように、上記排気還流制御弁をフィードバッ
ク制御する場合、この排気還流制御弁を一定の作動速度
で作動させるように構成されているため、以下のように
エンジンの運転状態が変化した場合等に、排気還流制御
弁の前後差圧が変動することに起因して制御性が悪化す
るという問題がある。

【０００５】すなわち、エンジンのアイドル運転時に、
上記フィードバック制御の制御ゲインが最適値になるよ
うに設定した場合には、エンジンの高回転、高負荷時
に、上記前後差圧が大きくなって排気還流量が急激に変
化することにより、排気還流制御弁の制御時にオーバシ
ュートや、ハンチングが生じて実空気過剰率が目標空気
過剰率からずれるという問題がある。逆にエンジンの高
回転、高負荷時に、上記フィードバック制御の制御ゲイ
ンが最適値になるように設定した場合には、エンジンの
アイドル運転時に、上記前後差圧が小さくなって排気還
流量の変化が緩慢となり、目標値への収束が遅れてその
間に実空気過剰率が目標空気過剰率からずれるという問
題がある。

【０００６】また、目標空気過剰率の大きさによっても
排気還流制御弁の開度が変化するので、この排気還流制
御弁の前後差圧が変化し、上記と同様の問題が生じる。
これは、排気還流制御弁の前後における圧力差に応じて
吸気通路に還流される排気ガス量が変化し、排気還流制
御弁の作動速度が同じでも、エンジンの燃焼室に吸入さ
れる実吸入新気量が変化することに起因していると考え
られる。

【０００７】特に、ターボ過給機付エンジンでは、この
ターボ過給機の作動状態によっても上記排気還流制御弁
の前後差圧が変動するため、排気還流制御弁の作動に応
じて排気ガスの還流量および実吸入新気量の変化度合に
顕著な差が生じることが避けられない。

【０００８】したがって、従来の排気還流制御装置で
は、排気ガス中のパティキュレート成分と、ＮＯｘ成分
との両方を適正に低減できる値に設定された目標空気過
剰率に、実空気過剰率を一致させることが困難であると
いう問題があった。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、特に、
排気中に含まれる黒煙や未燃焼燃料等のパティキュレー
ト成分およびＮＯｘ成分を低減するための排気還流制御
弁のフィードバック制御を、オーバシュートや、ハンチ
ング等を招くことなく適正に実行できる筒内噴射式エン
ジンの排気還流制御装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
実空気過剰率に関する値を検出し、この実空気過剰率が
目標空気過剰率となるように、排気還流制御弁をフィー
ドバック制御する排気還流制御手段を備えた筒内噴射式
エンジンの排気還流制御装置において、上記排気還流制
御弁の前後差圧に関する値を検出する検出手段と、この
検出手段によって検出された前後差圧が大きい程、上記
排気還流制御弁の作動速度を遅くするように制御する作
動速度制御部とを備えたものである。

【００１１】上記構成によれば、排気還流制御弁の前後
差圧に応じて排気還流制御弁の作動速度が制御されるこ
とにより、吸気通路に還流される排気ガス量が適正に調
節されてエンジンの燃焼室に吸入される実吸入新気量の
変化が抑制され、排気ガス中のパティキュレート成分
と、ＮＯｘ成分との両方を適正に低減できるように設定
された目標空気過剰率に、実空気過剰率を一致させる制
御が適正に実行されることになる。

【００１２】請求項２に係る発明は、排気還流制御弁の
前後差圧に関する値として吸気圧力を検出する検出手段
を備えた請求項１記載の筒内噴射式エンジンの排気還流
制御装置において、上記検出手段によって検出された吸
気圧力が高いほど、排気還流制御弁の作動速度を遅くす
るように制御するものである。

【００１３】上記構成によれば、排気還流制御弁の前後
差圧に対応して変化する吸気圧力に応じて排気還流制御
弁の作動速度を制御することにより、吸気通路に還流さ
れる排気ガス量を適正に調節することができる。

【００１４】請求項３に係る発明は、上記請求項２記載
の筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、エ
ンジンの運転状態と、吸気圧力とに基づいて排気還流制
御弁の作動速度を制御し、同一の吸気圧力でも排気ガス
量が少ないほど、上記排気還流制御弁の作動速度を遅く
するように制御するものである。

【００１５】上記構成によれば、同一の吸気圧力状態
で、排気ガス量の多いエンジンの高回転、高負荷時に
は、上記排気還流制御弁の作動速度が速く設定され、逆
に排気ガス量の少ないエンジンの低回転、低負荷時に
は、上記排気還流制御弁の作動速度が遅く設定されるこ
とになり、目標空気過剰率に、実空気過剰率を一致させ
る制御が適正に実行されることになる。

【００１６】請求項４に係る発明は、上記請求項１〜請
求項３のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの排気還
流制御装置において、加速の初期時に、排気還流制御弁
の閉作動速度を速くするように制御するものである。

【００１７】上記構成によれば、排気還流制御弁が閉止
状態となる加速の初期時に、この排気還流制御弁が開放
状態から閉止状態に迅速に移行し、必要な実吸入新気量
が得られることにより、吸気量制御の応答性が向上して
加速性が確保されるとともに、実空気過剰率が目標空気
過剰率からずれることに起因したスモークの発生等が効
果的に防止されることになる。

【００１８】請求項５に係る発明は、エンジンの排気を
利用して過給を行うターボ過給機を備えた請求項１〜請
求項４のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの排気還
流制御装置において、少なくとも上記ターボ過給機の過
給開始時には、上記排気還流制御弁の前後差圧に対応さ
せて、前後差圧が小さくなるほど排気還流制御弁の開度
を大きく設定したものである。

【００１９】上記構成によれば、ターボ過給機の過給開
始時には、排気圧力が低下するとともに、吸気圧力が増
大して排気還流制御弁の前誤差圧が小さくなることで、
排気還流制御弁が迅速に開作動されてエンジンの運転状
態に対応した開度に設定されることになり、実吸入新気
量が必要以上に多くなることを抑制して実空気過剰率が
目標空気過剰率からずれるのを効果的に防止することが
できる。

【００２０】請求項６に係る発明は、アクセル開度を検
出するアクセル開度検出手段を備えた請求項１〜請求項
５のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの排気還流制
御装置において、上記アクセル開度検出手段によって検
出されたアクセル開度に基づいて目標トルクを設定する
とともに、この目標トルクに基づいて目標燃料噴射量を
設定するように構成したものである。

【００２１】上記構成によれば、アクセルペダルの踏込
状態が変化してエンジンの運転状態が変化した場合等
に、排気還流制御弁の前後差圧が変動することに起因し
て制御性が悪化することが効果的に防止されることにな
る。

【００２２】請求項７に係る発明は、上記請求項６記載
の筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、実
空気過剰率に関する値として実吸入新気量を使用すると
ともに、目標空気過剰率に関する値して目標吸入新気量
を使用し、この目標吸入新気量を、アクセル開度に応じ
て設定された目標トルクから求められた目標燃料噴射量
と目標空燃比とに基づいて設定するように構成したもの
である。

【００２３】上記構成によれば、アクセルペダルの踏込
状態が変化して上記目標トルクが変化した場合に、排気
還流制御弁の前後差圧が変動することに起因して制御性
が悪化することが効果的に防止されることになる。

【００２４】請求項８に係る発明は、請求項１〜請求項
７のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの排気還流制
御装置をディーゼルエンジンに適用したであるものであ
る。

【００２５】上記構成によれば、ガソリンエンジンに比
べて目標空燃比がリーン（希薄）状態に設定され、ＮＯ
ｘ成分が排出され易い傾向にあるディーゼルエンジンに
おいて、実空気過剰率が目標空気過剰率となるように、
排気還流制御弁をフィードバック制御することにより、
上記ＮＯｘ成分の排出等が効果的に抑制されることにな
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る筒内噴射式
エンジンの排気還流制御装置の実施形態を示している。
この排気還流制御装置は、自動車に搭載されるディーゼ
ルエンジンのエンジン本体１に接続された吸気通路２に
排気通路３から導出された排気ガスを供給する排気還流
通路４と、この排気還流通路４に設けられたダイヤフラ
ム式の排気還流制御弁５と、この排気還流制御弁５を駆
動する駆動手段６とを有している。

【００２７】上記吸気通路２には、その上流側から順に
エアフローセンサ７と、ターボ過給機８のブロア９と、
インタークーラ１０と、吸気絞り弁１１と、吸気圧力セ
ンサ１２とが配設されている。また、上記排気通路３に
は、ターボ過給機８のタービン１３と、触媒コンバータ
１４とが配設されている。上記ターボ過給機８は、ター
ビン１３のノズル角度を調節することによってタービン
効率を制御するように構成されたＶＧＴ（バリアブルジ
オメトリーターボ）からなっている。

【００２８】上記排気還流通路４は、その一端部が排気
通路３のタービン１３の上流側部に接続されるととも
に、他端部が上記吸気通路２の集合部に接続されてい
る。また、上記排気還流制御弁５の駆動手段６は、連結
管１５を介して排気還流制御弁５の負圧室に連結された
バキュームポンプ等からなる負圧源１６と、上記連結管
１５に設けられた第１電磁弁１７とを有している。この
第１電磁弁１７は、エンジンコントロールユニットＥＣ
Ｕから出力される制御信号に応じてデューティ制御され
ることにより、上記連結管１５を負圧源１６側または大
気側に切り替えて上記排気還流制御弁５を開作動または
閉作動させるように構成されている。

【００２９】上記負圧源１６は、第２電磁弁１８が設け
られた連結管１９を介して上記吸気絞り弁１１のアクチ
ュエータに接続されるとともに、第３電磁弁２０が設け
られた連結管２１を介して上記ターボ過給機８のタービ
ン効率を制御するためのアクチュエータに接続されてい
る。また、上記エンジン本体１には、燃焼室内に燃料を
噴射する燃料噴射弁２２が設けられるとともに、この燃
料噴射弁２２はコモンレール（共通管）２３を介して燃
料噴射ポンプ２４に接続されている。なお、上記タービ
ン１３をバイパスするバイパス通路を排気通路３に設
け、このバイパス通路に設けられたウエストゲートを開
閉駆動することによって上記タービン効率を制御するよ
うにしてもよい。

【００３０】そして、エンジンコントロールユニットＥ
ＣＵから出力される制御信号に応じて上記第２電磁弁１
９がデューティ制御されることにより、上記吸気絞り弁
１１が駆動されて吸気通路２からエンジン本体１の燃焼
室内に吸入される新気量が調節されるようになってい
る。また、エンジンコントロールユニットＥＣＵから出
力される制御信号に応じて上記第３電磁弁２０がデュー
ティ制御されることにより、ターボ過給機８のタービン
効率が制御されるように構成されている。

【００３１】上記エンジンコントロールユニットＥＣＵ
には、図２に示すように、燃料噴射弁２２から噴射され
る燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段２５と、
実空気過剰率が目標空気過剰率となるように、排気還流
制御弁５をフィードバック制御する排気還流制御手段２
６と、コモンレール２３内の燃料圧力を制御するコモン
レール圧制御手段２７と、ターボ過給機８による過給圧
を制御する過給圧制御手段２８とが設けられ、上記排気
還流制御手段２６は、エンジン本体１の燃焼室に吸入さ
れる新気量の目標値を演算する目標新気量演算部２９
と、エンジンの実空気過剰率を目標空気過剰率に一致さ
せるように制御するフィードバック制御部３０とを有し
ている。

【００３２】そして、上記燃料噴射量制御手段２５は、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段３１によ
って検出されたアクセル開度ａｃｃｅｌと、エンジン本
体１の出力軸の回転数を検出するエンジン回転数検出手
段３２によって検出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づ
き、予め設定された二次元マップ３３からエンジンの目
標トルクｔｒｑｓｏｌを読み出すとともに、この目標ト
ルクｔｒｑｓｏｌと、上記エアフローセンサ７によって
検出された実吸入新気量ＦＡｉｒとに基づき、予め設定
された三次元マップ３４から目標燃料噴射量Ｆｓｏｌを
読み出し、この目標燃料噴射量Ｆｓｏｌと、コモンレー
ル圧力センサ３６によって検出されたコモンレール２３
内の燃料圧力ＣＲＰとに基づいて燃料噴射弁２２の励磁
時間を調節することにより、燃料噴射量を制御するよう
に構成されている。

【００３３】また、上記排気還流制御手段２６の目標新
気量演算部２９は、上記二次元マップ３３から読み出さ
れた目標トルクｔｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに
基づき、予め設定された二次元マップ３５から読み出さ
れた目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌと、上記三次元マップ３４
から読み出された目標燃料噴射量Ｆｓｏｌとに基づいて
エンジン本体１の燃焼室に吸入される新気の目標吸入新
気量ＦＡｓｏｌを演算し、この目標吸入新気量ＦＡｓｏ
ｌの演算値を上記フィードバック制御部３０に出力する
ように構成されている。

【００３４】上記排気還流制御手段２６のフィードバッ
ク制御部３０は、上記目標新気量演算部２９において求
められた目標吸入新気量ＦＡｓｏｌと、上記エアフロー
センサ７によって検出された実吸入新気量ＦＡｉｒと、
上記吸気圧力センサ１２によって検出された吸気圧力Ｂ
ｓｔとに基づいて排気還流制御弁５を所定の作動速度で
ＰＩ（比例積分）制御する制御信号を上記駆動手段６に
出力することにより、エンジンの実空気過剰率を目標空
気過剰率に一致させるフィードバック制御を実行するよ
うに構成されている。

【００３５】すなわち、上記フィードバック制御部３０
は、図３に示すように、目標吸入新気量演算部２９によ
って求められた目標吸入新気量ＡＦｓｏｌと、エアフロ
ーセンサ７によって検出された実吸入新気量ＦＡｉｒと
の差をなくすように排気還流制御弁５の作動量を制御す
るＰＩ制御部３６と、排気還流制御弁５の作動速度を制
御する作動速度制御部３７とを有している。

【００３６】上記作動速度制御部３７は、図４に示すよ
うに、エンジン回転数検出手段３２によって検出された
エンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度検出手段３１によ
って検出されたアクセル開度ａｃｃｅｌに対応したエン
ジン負荷とに基づいて排気還流制御弁５の前後差圧に関
する特性を選定する特性選定手段３８と、この特性選定
手段３８によって選定された特性から、上記吸気圧力セ
ンサ１２によって検出された吸気圧力Ｂｓｔに対応した
排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰを推定する前後差圧推
定手段３９と、この前後差圧推定手段３９によって推定
された上記前後差圧ΔＰに基づいて排気還流制御弁５の
作動速度係数を設定する速度係数設定手段４０とを有
し、この速度係数設定手段４０によって設定された作動
速度係数に基づいて上記排気還流制御弁５の作動速度を
制御するように構成されている。

【００３７】すなわち、エンジン回転数Ｎｅおよびエン
ジン負荷が同一であれば、上記吸気圧力Ｂｓｔと、排気
還流制御弁５の前後差圧ΔＰとの間には、図５に示すよ
うに比例関係があり、かつこの比例関係式は、図６に示
すように、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷に応
じて増減する排気ガス量に対応して変化し、排気ガス量
が多いほど、上記排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰが大
きくなる傾向がある。このため、運転状態に対応して変
化する排気ガス量に応じて設定された比例関係式を上記
特性選定手段３８において選定し、この比例関係式と、
吸気圧力Ｂｓｔの検出値とに基づいて排気還流制御弁５
の前後差圧ΔＰを推定する。

【００３８】そして、上記排気還流制御弁５の前後差圧
ΔＰが、吸気通路２内に還流される排気ガス量に影響す
るため、前後差圧推定手段４０において推定された排気
還流制御弁５の前後差圧ΔＰに基づき、図７に示すマッ
プから上記前後差圧ΔＰに対応した前後差圧係数Ｋｐｄ
を読み出した後、この値に基づいて排気還流制御弁５の
作動速度係数Ｋｓｐを設定し、この作動速度係数Ｋｓｐ
に応じて排気還流制御弁５の駆動手段６を制御すること
により、上記前後差圧ΔＰが大きい程、上記排気還流制
御弁５の作動速度を遅くするように制御が実行されるこ
とになる。

【００３９】また、過給圧制御手段２８は、上記二次元
マップ３３から読み出されたエンジンの目標トルクｔｒ
ｑｓｏｌと、上記エンジン回転数検出手段３２によって
検出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定さ
れた二次元マップ４１から目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌを読
み出し、この目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと、上記吸気圧力
センサ１２によって検出された吸気圧力Ｂｓｔとの差を
なくすように、上記タービン効率を調節する制御信号を
上記第３電磁弁２０に出力するように構成されている。

【００４０】上記排気還流制御装置の基本制御動作を、
図８および図９に示すフローチャートに基づいて説明す
る。上記制御動作がスタートすると、まず上記エアフロ
ーセンサ７、エンジン回転数検出手段３２およびアクセ
ル開度検出手段３１によって吸気通路２内に吸入された
実吸入新気量ＦＡｉｒと、エンジン回転数Ｎｅと、アク
セル開度ａｃｃｅｌとを検出した後（ステップＳ１〜Ｓ
３）、上記アクセル開度ａｃｃｅｌと、エンジン回転数
Ｎｅとに基づき、上記二次元マップ３３からエンジンの
目標トルクｔｒｑｓｏｌを読み出す（ステップＳ４）。

【００４１】次いで、上記二次元マップ３５から目標空
燃比Ａ／Ｆｓｏｌを読み出すとともに（ステップＳ
５）、上記目標トルクｔｒｑｓｏｌと、エアフローセン
サ７によって検出された実吸入新気量ＦＡｉｒとに基づ
き、上記三次元マップ３４から目標燃料噴射量Ｆｓｏｌ
を読み出した後（ステップＳ６）、この目標燃料噴射量
Ｆｓｏｌと、上記目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌとを掛け合わ
せることにより、目標吸入新気量ＦＡｓｏｌ（＝Ｆｓｏ
ｌ×Ａ／Ｆｓｏｌ）を演算によって求める（ステップＳ
７）。さらに、後述するようにエンジンの実空気過剰率
を目標空気過剰率に一致させるフィードバック制御に使
用する制御値ＦＢＥを求めて設定する制御を実行する
（ステップＳ８）。

【００４２】そして、上記フィードバック制御値ＦＢＥ
に対応した制御信号を排気還流制御弁５の駆動手段６に
出力して上記排気還流制御弁５を開閉駆動した後（ステ
ップＳ９）、上記目標トルクｔｒｑｓｏｌとエンジン回
転数Ｎｅとに基づき、上記二次元マップ４１から目標過
給圧Ｂｓｔｓｏｌを読み出す（ステップＳ１０）。次い
で、上記目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと、吸気圧力センサ１
２によって検出された吸気圧力Ｂｓｔとの差をなくため
のフィードバック制御値ＦＢＴを求めて設定し（ステッ
プＳ１１）、このフィードバック制御値ＦＢＴに対応し
た制御信号を、上記ＶＧＴ制御用の第３電磁弁２０に出
力することにより、タービン効率を調節する（ステップ
Ｓ１２）。

【００４３】次に、上記基本制御動作のステップＳ８に
おいて実行されるフィードバック制御値ＦＢＥの演算制
御動作を、図１０および図１１に示すフローチャートに
基づいて説明する。この演算制御動作がスタートする
と、まず上記基本制御動作のステップＳ７において求め
た目標吸入新気量ＦＡｓｏｌを読み込んだ後（ステップ
Ｓ２１）、上記エアフローセンサ７およびアクセル開度
検出手段３１によって検出された実吸入新気量ＦＡｉｒ
およびアクセル開度ａｃｃｅｌを読み込み（ステップＳ
２２，Ｓ２３）、さらにアクセル開度ａｃｃｅｌの時間
変化率αを算出する（ステップＳ２４）。

【００４４】次いで、車両が加速の初期状態にあるか否
かの判定基準となる基準値αＣを、エンジンの運転状態
に応じて予め設定されたマップから読み出した後（ステ
ップＳ２５）、上記アクセル開度ａｃｃｅｌの時間変化
率αが上記基準値αＣよりも大きいか否かを判定する
（ステップＳ２６）。この判定結果がＹＥＳとなって車
両が加速の初期状態にあることが確認された場合には、
加速の初期状態にあることを示す加速判定フラグＦａｃ
ｃを１にセットし（ステップＳ２７）、上記ステップＳ
２６でＮＯと判定された場合には、上記加速判定フラグ
Ｆａｃｃを０にセットする（ステップＳ２８）。

【００４５】次に、上記目標吸入新気量ＦＡｓｏｌから
実吸入新気量ＦＡｉｒを減算することにより、吸入新気
量の差分量Ｑｅｒｒ（＝ＦＡｓｏｌ−ＦＡｉｒ）を算出
した後（ステップＳ２９）、上記加速判定フラグＦａｃ
ｃが１にセットされているか否かを判定する（ステップ
Ｓ３０）。このステップＳ３０でＹＥＳと判定され、車
両が加速の初期状態にあることが確認された場合には、
上記排気還流制御弁５の作動速度係数Ｋｓｐを最大値で
ある１に設定する（ステップＳ３１）。また、上記ステ
ップＳ３０でＮＯと判定され、車両が加速の初期状態に
ないことが確認された場合には、上記作動速度制御部３
７において、後述するように排気還流制御弁５の作動速
度係数Ｋｓｐを演算して設定する制御を実行する（ステ
ップＳ３２）。

【００４６】そして、上記ステップＳ２９で算出した吸
入新気量の差分量Ｑｅｒｒに、上記ステップＳ３１また
はＳ３２で設定された排気還流制御弁５の作動速度係数
Ｋｓｐと、予め設定された比例係数Ｋｐとを掛け合わせ
ることにより、フィードバック制御用の比例制御値Ｐｑ
（＝Ｑｅｒｒ×Ｋｓｐ×Ｋｐ）を算出するとともに（ス
テップＳ３３）、上記吸入新気量の差分量Ｑｅｒｒに、
上記ステップＳ３１またはＳ３２で設定された排気還流
制御弁５の作動速度係数Ｋｓｐと、予め設定された比例
係数Ｋｓとを掛け合わせた値を、前回の積分制御値Ｓｑ
´に加算することにより、上記フィードバック制御用の
積分制御値Ｓｑ（＝Ｓｑ´＋Ｑｅｒｒ×Ｋｓｐ×Ｋｓ）
を算出する（ステップＳ３４）。

【００４７】その後、上記ステップＳ３３で算出した比
例制御値Ｐｑと、ステップＳ３４で算出した積分制御値
Ｓｑとを加算した値（Ｐｑ＋Ｓｑ）と、上記駆動手段６
の特性に応じて予め設定された駆動係数Ｋｖとを掛け合
わせることにより、最終的なフィードバック制御値ＦＢ
Ｅ（＝（Ｐｑ＋Ｓｑ）×Ｋｖ）、つまり上記排気還流制
御弁５の開閉制御量を算出する（ステップＳ３５）。

【００４８】次に、上記フィードバック制御値ＦＢＥの
演算制御動作のステップＳ３２において実行される上記
作動速度係数Ｋｓｐの演算制御動作を、図１２に示すフ
ローチャートに基づいて説明する。上記演算制御動作が
スタートすると、まず図１３に示すように、燃料噴射量
およびエンジン回転数Ｎｅをパラメータとして予め設定
されたマップから、現時点における燃料噴射量およびエ
ンジン回転数Ｎｅに対応した速度基本係数Ｋａを読み出
して設定した後（ステップＳ４１）、上記吸気圧力セン
サ１２によって検出された吸気圧力Ｂｓｔに対応した排
気還流制御弁５の前後差圧ΔＰを、上記前後差圧推定手
段３９によって推定する（ステップＳ４２）。

【００４９】そして、上記図７に示すように、排気還流
制御弁５の前後差圧ΔＰをパラメータとして設定された
マップから、ステップＳ４２で推定された前後差圧ΔＰ
に対応した前後差圧係数Ｋｐｄを読み出して設定した後
（ステップＳ４３）、上記ステップＳ４１で設定された
速度基本係数Ｋａから、上記ステップＳ４３で設定され
た前後差圧係数Ｋｐｄを減算することにより、１以下の
範囲内で上記排気還流制御弁５の作動速度係数Ｋｓｐ
（＝Ｋａ−Ｋｐｄ）を算出する。

【００５０】上記のように実空気過剰率に関する値を検
出し、この実空気過剰率が目標空気過剰率となるよう
に、排気還流制御弁５をフィードバック制御する排気還
流制御手段２６を有する筒内噴射式エンジンの排気還流
制御装置において、上記排気還流制御弁５の前後差圧Δ
Ｐを推定する前後差圧推定手段３９からなる検出手段
と、この検出手段によって検出された前後差圧ΔＰが大
きい程、上記排気還流制御弁５の作動速度を遅くするよ
うに制御する作動速度制御部３７とを設けたため、常に
エンジンの運転状態に適合した制御ゲインで上記排気還
流制御弁５の作動制御を実行し、上記実空気過剰率が目
標空気過剰率からずれることに起因して排気ガス中のパ
ティキュレート成分またはＮＯｘ成分が増大することを
効果的に防止することができる。

【００５１】すなわち、上記前後差圧推定手段３９によ
って推定された前後差圧ΔＰが大きい場合には、この前
後差圧ΔＰが小さい場合に比べて上記排気還流制御弁５
の作動速度を設定するための作動速度係数Ｋｓｐを小さ
な値に設定し、この作動速度係数Ｋｓｐに基づくフィー
ドバック制御を実行することにより、上記排気還流制御
弁５の作動速度を遅くするように構成したため、排気還
流制御弁５の前後差圧ΔＰに応じて吸気通路２に還流さ
れる排気ガス量が目標値から大きくずれるのを防止し、
常に運転状態に適合した排気還流制御を実行することが
できる。

【００５２】したがって、エンジンのアイドル運転時
に、上記フィードバック制御の制御ゲインが最適値にな
るように設定した場合のように、エンジンの高回転、高
負荷時に、上記前後差圧が大きくなって排気還流量が急
激に変化して排気還流制御弁５の制御時にオーバシュー
トや、ハンチングが生じることにより実空気過剰率が目
標空気過剰率からずれたり、逆にエンジンの高回転、高
負荷時に、上記フィードバック制御の制御ゲインが最適
値になるように設定した場合のように、エンジンのアイ
ドル運転時に、上記前後差圧が小さくなって排気還流量
の変化が緩慢となり、実空気過剰率が目標空気過剰率か
らずれたりする等の事態が生じることがなく、排気ガス
中のパティキュレート成分およびＮＯｘ成分の両方を適
正に低減することができる値に設定された目標空気過剰
率に、実空気過剰率を常に正確に一致させることができ
る。

【００５３】また、上記実施形態では、吸気通路２内の
吸気圧力Ｂｓｔと、排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰと
の間に、一定の比例関係があることに着目し、吸気圧力
センサ１２によって検出された吸気圧力Ｂｓｔに応じて
上記前後差圧ΔＰの値を推定するように構成したため、
この前後差圧ΔＰを簡単な構成で適正に検出し、この前
後差圧ΔＰに対応した排気還流制御を実行することがで
きる。

【００５４】特に、上記実施形態では、エンジンの運転
状態と、吸気圧力センサ１２によって検出された吸気圧
力Ｂｓｔとに基づいて排気還流制御弁５の作動速度を制
御するように構成された排気還流制御装置において、上
記吸気圧力Ｂｓｔと、排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰ
との比例関係式が、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン
負荷に対応して増減する排気ガス量に対応して変化する
ことに着目し、上記特性選定手段３８において上記排気
ガス量に対応した特定の比例関係式を選定してこの比例
関係式から、上記吸気圧力Ｂｓｔに対応した排気還流制
御弁５の前後差圧ΔＰを上記前後差圧推定手段４０にお
いて推定することにより、同一の吸気圧力Ｂｓｔでも排
気ガス量が少ないほど、上記排気還流制御弁の作動速度
を遅くする制御を実行するように構成したため、上記前
後差圧ΔＰを正確に推定し、この前後差圧ΔＰに基づい
て上記排気還流制御弁５の作動速度を適正に制御するこ
とができる。

【００５５】なお、上記構成に代え、排気還流制御弁５
の前後差圧ΔＰを直接検出する差圧検出手段を設けた構
造としてもよく、また上記排気還流制御弁５の上流側部
および下流側部の吸気圧力を検出する一対のセンサ、あ
るいは吸気圧力センサ１２と排気圧力センサとを設け、
これらのセンサの検出値に基づいて上記前後差圧ΔＰを
検出するように構成してもよい。

【００５６】さらに、図１４に示すフローチャートのよ
うに、上記排気還流制御弁の前後差圧ΔＰに関する値と
して吸気圧力Ｂｓｔを使用し、上記吸気圧力センサ１２
によって検出された吸気圧力Ｂｓｔが高いほど、上記排
気還流制御弁５の作動速度を遅くする制御を実行するよ
うに構成にしてもよい。すなわち、図１５に示すよう
に、燃料噴射量およびエンジン回転数Ｎｅをパラメータ
として予め設定された第１マップから、現時点における
燃料噴射量およびエンジン回転数Ｎｅに対応した第１速
度基本係数Ｋａを読み出して設定した後（ステップＳ５
１）、図１６に示すように、燃料噴射量およびエンジン
回転数Ｎｅをパラメータとして予め設定された第２マッ
プから、現時点における燃料噴射量およびエンジン回転
数Ｎｅに対応した第２速度基本係数Ｋｂを読み出して設
定する（ステップＳ５２）。

【００５７】次いで上記吸気圧力センサ１２によって吸
気圧力Ｂｓｔを検出した後（ステップＳ５３）、図１７
に示すように、吸気圧力Ｂｓｔをパラメータとして設定
されたマップから、ステップＳ５３で検出された吸気圧
力Ｂｓｔに対応した吸気圧力係数Ｋｉｎを読み出して設
定した後（ステップＳ５４）、上記ステップＳ５１で設
定された第１速度基本係数Ｋａから、上記ステップＳ５
２で設定された第２速度基本係数Ｋｂと上記ステップＳ
５４で設定された吸気圧力係数Ｋｉｎとを掛け合わせた
値を減算することにより、１以下の範囲内で上記排気還
流制御弁５の作動速度係数Ｋｓｐ（＝Ｋａ−Ｋｂ×Ｋｉ
ｎ）を算出する。

【００５８】上記のように吸気圧力Ｂｓｔの検出値を、
上記排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰに関する値として
使用する場合、エンジンの運転状態に応じて上記作動速
度係数Ｋｓｐの傾きおよびオフセット量の両方が変化す
るため、この傾きに関する第１速度基本係数Ｋａと、オ
フセット量に関する第２速度基本係数Ｋｂとからなる２
つの速度基本係数が必要である。

【００５９】また、上記実施形態では、アクセル開度検
出手段３１によってアクセル開度ａｃｃｅｌの時間変化
率αと上記判定基準値αＣとを比較することにより、車
両が加速の初期状態にあるか否かを判定し、加速の初期
状態にあることが確認された場合に、排気還流制御弁５
の閉作動速度を速くする制御を実行するように構成した
ため、エンジンの無負荷状態等の定常運転状態から加速
状態に移行する際に、黒煙の発生を防止しつつ、吸気量
制御の応答性を向上させて加速性を確保することができ
る。

【００６０】すなわち、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うに、アクセルペダルが踏み込まれた加速の開始時点Ｔ
１からエンジン回転数Ｎｅが徐々に増大し始めるととも
に、これに対して図１８（Ｃ），（Ｄ）に示すように所
定の時間差を持って吸気圧力Ｂｓｔおよび実吸入新気量
ＦＡｉｒが徐々に増大し始める。

【００６１】そして、図１８（Ｅ）に示すように、上記
加速の開始時点Ｔ１で排気還流制御弁５の開度ＥＶが一
旦０となった後に、上記開度ＥＶが増大して排気還流制
御弁５が開放状態に移行するため、この排気還流制御弁
５の閉止動作の開始時点Ｔ１から閉止動作の終了時点Ｔ
２までの期間に相当する加速初期時に、上記実施形態に
示すように、上記作動速度係数Ｋｓｐを最大値である１
に設定して排気還流制御弁５の閉作動速度を速くするよ
うに制御することにより、この排気還流制御弁５を迅速
に閉止状態に移行させて必要な実吸入新気量ＦＡｉｒを
確保することができる。したがって、上記加速の初期時
に、吸気量制御の応答性を向上させて加速性を確保する
ことができるとともに、実空気過剰率が目標空気過剰率
からずれることに起因したスモークの発生等を効果的に
防止することができる。

【００６２】また、エンジンの排気を利用して過給を行
うターボ過給機８を備えた筒内噴射式エンジンの排気還
流制御装置では、少なくとも上記ターボ過給機８の過給
開始時には、上記排気還流制御弁５の前後差圧に対応さ
せて、前後差圧が小さくなるほど、排気還流制御弁５の
開度を大きく設定するように制御することが望ましい。
このように構成した場合には、図１８（Ｅ）に示すよう
に、排気還流制御弁５の閉止動作の終了時点Ｔ２からエ
ンジンの運転状態に対応した開度に開放される時点Ｔ３
までの期間を効果的に短くして、この排気還流制御弁５
を早期に適正開度ＥＶに設定することができる。したが
って、上記過給開始時には、前後差圧が低下するととも
に、吸気圧力が増大して排気還流制御弁５の前後差圧が
小さくなることで、排気還流制御弁５を迅速に作動させ
てエンジンの運転状態に対応した開度に設定することが
でき、実吸入新気量ＦＡｉｒが必要以上に多くなること
を抑制して、実空気過剰率が目標空気過剰率からずれる
ことに起因したＮＯｘ成分の増大を防止することができ
るとともに、トルクショックの発生を防止することがで
きる。

【００６３】また、上記実施形態では、アクセル開度検
出手段３１によって検出されたアクセル開度ａｃｃｅｌ
に基づいて目標トルクｔｒｓｏｌを設定するとともに、
この目標トルクｔｒｓｏｌに基づいて目標燃料噴射量Ｆ
ｓｏｌを設定するように構成され、アクセルペダルの踏
込時に応じてエンジンの運転状態が変化した場合等に、
排気還流制御弁５の前後差圧ΔＰが変動することに起因
して制御性が悪化し易い傾向にあるエンジンに上記構成
を採用したため、実空気過剰率が目標空気過剰率からず
れることに起因して排気中に含まれる黒煙や未燃焼燃料
等のパティキュレート成分およびＮＯｘ成分が増大する
ことを効果的に防止することができる。

【００６４】さらに、上記実施形態では、実空気過剰率
に関する値として実吸入新気量ＦＡｉｒを使用するとと
もに、目標空気過剰率に関する値して目標吸入新気量Ｆ
Ａｓｏｌを使用し、この目標吸入新気量ＦＡｓｏｌを、
上記アクセル開度ａｃｃｅｌに応じて設定された目標ト
ルクｔｒｑｓｏｌから求められた目標燃料噴射量Ｆｓｏ
ｌと、上記目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌとに基づいて設定
し、エンジンの運転状態が変化した場合等に、排気還流
制御弁５の前後差圧ΔＰが変動することに起因して制御
性が悪化し易い傾向にあるエンジンに上記構成を採用し
たため、実空気過剰率が目標空気過剰率からずれること
に起因して排気中に含まれる黒煙や未燃焼燃料等のパテ
ィキュレート成分またはＮＯｘ成分が増大することを、
さらに効果的に防止することができる。

【００６５】なお、本発明は、ディーゼルエンジンに限
定されることなく、いわゆるリーンバーンエンジン等の
筒内噴射式のガソリンエンジンについても適用可能であ
り、この場合には、燃焼悪化を避けつつ、ＮＯｘ成分を
低減させるように排気ガスの還流量を制御すればよい。
これに対して上記ディーゼルエンジンでは、ガソリンエ
ンジンに比べて空燃比が大幅にリーン（希薄）状態に設
定され、触媒によるＮＯｘ成分の低減作用を高めること
が困難であるため、上記構成を作用することによる効果
が顕著である。

【００６６】また、上記実施形態では、実空気過剰率に
関する値として上記エアフローセンサ７によって検出さ
れた実吸入新気量ＦＡｉｒを使用したが、これに代えて
排気通路に設けられたＯ₂センサの検出信号に応じて実
空気過剰率を検出するように構成してもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、実空気
過剰率に関する値を検出し、この実空気過剰率が目標空
気過剰率となるように、排気還流制御弁をフィードバッ
ク制御する排気還流制御手段を有する筒内噴射式エンジ
ンの排気還流制御装置において、上記排気還流制御弁の
前後差圧に関する値を検出する検出手段と、この検出手
段によって検出された前後差圧が大きい程、上記排気還
流制御弁の作動速度を遅くするように制御する作動速度
制御部とを設けたため、常にエンジンの運転状態に適合
した制御ゲインで上記排気還流制御弁の作動制御を実行
し、上記実空気過剰率が目標空気過剰率からずれること
に起因した排気ガス中のパティキュレート成分またはＮ
Ｏｘ成分の増大を効果的に防止できる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内噴射式エンジンの排気還流制
御装置の実施形態を示す説明図である。

【図２】エンジンの制御ユニットの具体的構成を示すブ
ロック図である。

【図３】排気還流制御手段のフィードバック制御部の具
体的構成を示すブロック図である。

【図４】排気還流制御手段の作動速度演算部の具体的構
成を示すブロック図である。

【図５】吸気圧力と前後差圧との関係を示すグラフであ
る。

【図６】吸気圧力と排気ガス量と前後差圧との関係を示
すグラフである。

【図７】前後差圧と排気還流制御弁の前後差圧係数との
関係を示すグラフである。

【図８】排気還流制御装置の基本制御動作の前半部を示
すフローチャートである。

【図９】排気還流制御装置の基本制御動作の後半部を示
すフローチャートである。

【図１０】フィードバック制御値の演算制御動作の前半
部を示すフローチャートである。

【図１１】フィードバック制御値の演算制御動作の後半
部を示すフローチャートである。

【図１２】作動速度係数の演算制御動作を示すフローチ
ャートである。

【図１３】速度基本係数を設定するためのマップの具体
例を示すグラフである。

【図１４】作動速度係数の演算制御動作の別の例を示す
フローチャートである。

【図１５】第１速度基本係数を設定するための第１マッ
プの具体例を示すグラフである。

【図１６】第２速度基本係数を設定するための第２マッ
プの具体例を示すグラフである。

【図１７】吸気圧力係数を設定するためのマップの具体
例を示すグラフである。

【図１８】アクセル開度に対応したエンジン回転数およ
び吸気圧力等の変化状態を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

５排気還流制御弁８ターボ過給機１２吸気圧力センサ（検出手段）２６排気還流制御手段３１アクセル開度検出手段３７作動速度制御部

フロントページの続き (72)発明者細谷英生広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者荒木啓二広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA00 AA01 AA05 AA06 BA02 BA04 CA03 CA08 EA04 EB16 EC02 FA05 FA06 FA08 GA00 GA01 GA02 GA04 GA05 GA14 GA21 GA23 3G301 HA02 HA04 HA11 HA15 JA24 JA25 KA07 KA09 KA12 KA25 LA03 LB00 LB04 LB06 LC01 MA12 NA03 NA04 NA06 NA07 NA08 NC04 ND07 ND41 PA01A PA07Z PA16A PB03A PB08A PD00Z PD02Z PD15A PE01Z PE06A PF03Z PF04Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実空気過剰率に関する値を検出し、この
実空気過剰率が目標空気過剰率となるように、排気還流
制御弁をフィードバック制御する排気還流制御手段を備
えた筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、
上記排気還流制御弁の前後差圧に関する値を検出する検
出手段と、この検出手段によって検出された前後差圧が
大きい程、上記排気還流制御弁の作動速度を遅くするよ
うに制御する作動速度制御部とを備えたことを特徴とす
る筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置。
【請求項２】排気還流制御弁の前後差圧に関する値と
して吸気圧力を検出する検出手段を備えた請求項１記載
の筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、上
記検出手段によって検出された吸気圧力が高いほど、排
気還流制御弁の作動速度を遅くするように制御すること
を特徴とする筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置。
【請求項３】エンジンの運転状態と、吸気圧力とに基
づいて排気還流制御弁の作動速度を制御し、同一の吸気
圧力でも排気ガス量が少ないほど、上記排気還流制御弁
の作動速度を遅くするように制御することを特徴とする
請求項２記載の筒内噴射式エンジンの排気還流制御装
置。
【請求項４】加速の初期時に、排気還流制御弁の閉作
動速度を速くするように制御することを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれかに記載の筒内噴射式エンジン
の排気還流制御装置。
【請求項５】エンジンの排気を利用して過給を行うタ
ーボ過給機を備えた請求項１〜請求項４のいずれかに記
載の筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、
少なくとも上記ターボ過給機の過給開始時には、上記排
気還流制御弁の前後差圧に対応させて、前後差圧が小さ
くなるほど排気還流制御弁の開度を大きく設定したこと
を特徴とする筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置。
【請求項６】アクセル開度を検出するアクセル開度検
出手段を備えた請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、上記
アクセル開度検出手段によって検出されたアクセル開度
に基づいて目標トルクを設定するとともに、この目標ト
ルクに基づいて目標燃料噴射量を設定するように構成し
たことを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気還流制御
装置。
【請求項７】実空気過剰率に関する値として実吸入新
気量を使用するとともに、目標空気過剰率に関する値し
て目標吸入新気量を使用し、この目標吸入新気量を、ア
クセル開度に応じて設定された目標トルクから求められ
た目標燃料噴射量と目標空燃比とに基づいて設定するよ
うに構成したことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射
式エンジンの排気還流制御装置。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置において、上記
筒内噴射式エンジンがディーゼルエンジンであることを
特徴とする筒内噴射式エンジンの排気還流制御装置。