JP2519338Y2 - ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はディーゼルエンジンの排
気還流制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気還流量を精度
よく目標値に制御するために、排気還流に伴って変化す
る吸入空気量を測定しながら排気還流制御弁の開度をフ
ィードバック制御する装置がある（特開昭６１−２１５
４２６号公報等）。

【０００３】エンジンに吸入される新気の流量は、排気
還流時には排気還流しないときに比べて還流量の相当分
だけ減る。したがってその運転状態での排気還流率が求
まると、全吸気量に対する排気還流量は新気の吸入量か
ら推定でき、目標とする排気還流量に制御するには、そ
のときの新気の吸入量を測定し、この測定値が目標とす
る新気の吸入量と一致するように排気還流制御弁の開度
を制御すればよい。

【０００４】つまり、予め排気還流をしないときの吸入
空気量（全吸気量）の特性を求めておき、これに基づい
て運転状態に応じての排気還流率から排気還流量を算出
すると、そのときの全吸気量からこの排気還流量を差し
引いたものが目標とする新気の吸入量となり、新気の吸
入量が目標値と一致するように排気還流制御弁の開度を
フィードバック制御することにより、運転状態に応じて
排気還流量を精度よく制御することができる。

【０００５】還流排気中には煤等が含まれ、新気の吸入
量を測定するのに比較して、還流排気量を精度よく測定
することが難しく、このため、間接的に排気還流量を測
定しながら制御するようにしている。

【０００６】また、このようにして、吸入空気量を計測
しながら排気還流量の制御を行うことができるのである
が、エンジン個々によって、あるいは経時変化によって
吸入空気量特性にバラツキを生じることがあるため、排
気還流を停止させた運転領域での実測吸入空気量に基づ
いて、吸入空気量特性を学習、補正し、排気還流の制御
精度を高めるようにした装置が本出願人により提案され
ている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】ところで、この場合、
エアクリーナの目詰まりや、エンジン吸気ポートへの煤
やスラッジの堆積等により吸気抵抗の増加が進んでいく
と、吸入空気量が次第に減少していく。エンジンに供給
された燃料を燃焼させるのに必要な空気量に対して、実
際にエンジンに吸入される新気量の比率を空気過剰率と
いうが、この空気過剰率が一定値以下になると、排気中
のスモークが増加する問題がある。

【０００８】一般に排気還流率は、そのときの運転状態
においてエンジン性能の悪化やスモークの増大を招くこ
となく、ＮＯｘを効果的に低減することのできるように
適切に設定されるが、エンジン供給燃料に対して吸入さ
れる新気の量が一定値以下になると、排気還流率そのも
のは変わらなくても、スモークの発生量が増加していく
現象があり、とくに燃料が急激に増量されるエンジンの
過渡時等に相対的に新気量が不足し、スモークが一時的
に急増する傾向がある。

【０００９】本考案は、空気過剰率を判断しながら、空
気過剰率が一定値以下になることのないように排気還流
率を制御し、もってスモークの排出量が許容限界を越え
ることのないように抑制することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本考案は、図１に
示すように、エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶ排
気還流通路に介装した排気還流制御弁５０と、運転状態
を検出する手段５１と、運転状態に応じて排気還流率を
設定する手段５２と、排気還流位置よりも上流の吸気通
路の新気の吸入量を測定する手段５３と、目標とする排
気還流率のときに吸入される新気の目標吸入量を演算す
る手段５４と、測定した新気吸入量が目標新気吸入量と
一致するように前記排気還流制御弁５０の開度をフィー
ドバック制御する手段５５とを備えたディーゼルエンジ
ンの排気還流制御装置において、スモーク排出限度のリ
ミット空気量を運転状態に応じて設定した手段５６と、
排気還流時の目標新気吸入量とそのときのリミット空気
量とを比較する手段５７と、目標新気吸入量がリミット
空気量を下回らないように前記排気還流制御弁の開度を
補正する手段５８とを備える。

【００１１】

【作用】リミット空気量はそのときのエンジン負荷（燃
料供給量）との関係に基づいて設定され、これ以下のと
きには空気過剰率が小さくなってスモークの発生量が許
容限界を越える。

【００１２】排気還流量との相対関係により新気の吸入
量が決まるが、この目標新気吸入量がリミット空気量に
近づいたときは、これを下回ることのないように、排気
還流が制御、つまり、排気還流量が減らされて新気の吸
入量を確保するので、スモークの排出が抑制される。

【００１３】

【実施例】図２、図３は本考案の実施例であり、図２に
おいて、１はＶ８型のディーゼルエンジン、２は吸気通
路、３は排気通路を示す。吸気通路２には新気の吸入量
を測定するエアフローセンサ４と、その下流に吸気シャ
ッタ６が設けられる。吸気シャッタ６は制御バルブ５を
介して導かれるバキュームポンプ３５からの負圧により
駆動される。

【００１４】排気通路３には排気ブレーキシャッタ８が
設けられ、制御バルブ７を介して導入されるエアタンク
３６からの圧縮空気によって作動する。排気ブレーキシ
ャッタ８の下流の排気通路３と、前記吸気シャッタ６の
下流に吸気通路２を結ぶ排気還流通路（ＥＧＲ通路）９
が設けられ、このＥＧＲ通路９には前記吸気シャッタ６
と協働して排気還流量（ＥＧＲ量）をコントロールする
ために排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）１１が介装される。
ＥＧＲ弁１１は制御バルブ１０を介して導かれるバキュ
ームポンプ３５からの負圧に応じて作動する。

【００１５】そして、前記各制御バルブ５、７、１０を
制御するためのコントロールユニット１２が備えられ
る。コントロールユニット１２には、運転状態を代表す
る信号として、前記エアフローセンサ４からの新気吸入
量信号、エンジン回転センサ１３からの回転数信号、燃
料噴射ポンプラック位置センサ１４からの負荷信号、冷
却水温センサ１５からの水温信号、大気圧センサ１６か
らの大気圧信号、排気ブレーキスイッチ１７等からの各
種操作スイッチ信号が入力し、これらに基づいて後述す
るようにして、排気還流制御を行う。

【００１６】コントロールユニット１２は図３に示すよ
うに、エンジンの標準吸入空気量を演算して記憶する手
段１８、実際の吸入空気量を学習する手段１９、学習結
果に基づいて標準吸入空気量の補正率を記憶する手段２
０、運転状態に応じて設定ＥＧＲ率を記憶する手段２
１、ＥＧＲ率に基づいて目標新気吸入量を演算する手段
２２、運転状態に応じてのスモーク限界の空気過剰率か
らラムダリミット空気量を決定する手段３０、目標新気
吸入量とラムダリミット空気量との大小を比較する判定
手段３１、目標新気吸入量と実際の新気吸入量との偏差
に応じた信号を制御出力演算手段２４に出力する比較手
段２３、制御出力演算手段２４からの制御デューティに
基づいてＥＧＲ弁１１の開度を制御する駆動信号を出力
する手段２５等から構成される。

【００１７】前記標準吸入空気量記憶手段１８はエンジ
ン回転速度演算手段２６からのエンジン回転速度信号
と、マルチプレクサ２７、Ａ／Ｄ変換器２８を介しての
ラック位置信号に基づいて、エンジン標準吸入空気量を
演算してマップに記憶する。学習手段１９は吸入空気量
学習領域判定手段３３からの信号と各種運転状態検出信
号に基づいて、ＥＧＲを停止する運転領域（例えばアイ
ドルと全負荷）において、エアフローセンサ４からの新
気吸入量信号に基づいて吸入空気量を測定し、この結果
を学習吸入空気量補正率記憶手段２０に出力する。

【００１８】学習吸入空気量補正率記憶手段２０は前記
エンジン回転数と負荷に基づいて標準吸入空気量マップ
からのデータと、このＥＧＲ停止時の実測吸入空気量の
学習データとにより、吸入空気量の補正率を求め、これ
を学習補正率マップに記憶する。

【００１９】つまり、予め設定された回転数と負荷に基
づいて設定されたエンジンの標準吸入空気量と、実際に
測定した吸入空気量との相違量に基づいて、それぞれ運
転状態における補正率を算出することにより、エンジン
の個々の吸入空気量特性のバラツキや経時変化を補償す
る。

【００２０】設定ＥＧＲ率記憶手段２１は図５にも示す
ように、運転状態に応じての排気還流率をマップに記憶
するもので、これら標準吸入空気量記憶手段１８と、学
習吸入空気量補正率記憶手段２０と、設定ＥＧＲ率記憶
手段２１からの各出力が目標新気吸入量演算手段２２に
入力する。

【００２１】目標吸入空気量演算手段２２はそのときの
標準吸入空気量を補正率に基づいて補正した吸入空気量
と、目標ＥＧＲ率とから、ＥＧＲ時の新気の目標新気吸
入量を演算するものである。排気還流するとその分だけ
新気の吸入量が減り、全吸入空気量からＥＧＲ流量を差
し引いたものが新気の吸入量となり、このため、そのと
きの補正標準吸入空気量からＥＧＲ率にしたがったＥＧ
Ｒ流量を引くと、目標とする新気吸入量が求められ、実
際の新気吸入量がこの目標新気吸入量と一致するように
ＥＧＲ弁１１の開度を制御することにより、精度のよい
ＥＧＲ制御が実現するのである。

【００２２】ラムダリミット空気量決定手段３０には、
エンジンに供給される燃料を燃焼させるのに必要最小限
の空気量に対する実際の吸入空気量との比率である空気
過剰率（λ）が、その運転状態でのスモーク排出量の許
容限界値となるリミット吸入空気量が設定されており、
そのときの大気圧に基づいて補正されたリミット吸入空
気量と前記目標新気吸入量とを大小判定手段３１におい
て比較し、リミット吸入空気量よりも目標新気吸入量が
小さいときは、ＥＧＲ時の目標新気吸入量の代わりにリ
ミット空気量を比較手段２３に出力する。

【００２３】図６にも示すように、その運転状態におけ
る目標新気吸入量に基づく空気過剰率が、リミット吸入
空気量よりも小さくなると新気が不足し、排出されるス
モークが許容限界を越えて増加するので、この場合には
目標となる新気吸入量として、このリミット吸入空気量
に置き換えることにより、スモークの発生を抑制するの
である。なお、スモーク透過率はＰＨＳであらわされ、
数値が小さくなるほどスモーク濃度は高い。

【００２４】図７はラムダリミット空気量の特性を示す
もので、エンジン回転速度と燃料噴射ポンプラック位置
（燃料供給量）に基づいて決まり、許容できるスモーク
リミットの関係にしたがってリミット空気量（Ｋｇ／ｍ
ｉｎ）を選択すればよい。

【００２５】また、このリミット空気量の大気圧による
補正は、図８の補正特性にしたがって行われる。大気圧
の低下に比例して空気濃度が下がるので、リミット空気
量の体積流量としては増加する。

【００２６】制御出力演算手段２４は目標新気吸入量と
実際の新気吸入量とを比較して、その偏差に対応した制
御デューティ比をマップから読み取り、あるいは偏差に
対応して演算処理して、出力切換手段３２を介してＥＧ
Ｒバルブ駆動信号出力手段２５に出力する。

【００２７】なお、出力切換手段３２はＥＧＲ制御領域
の判定手段２９からの信号により、ＥＧＲ領域ではこの
制御出力演算手段２４からの信号をとるが、ＥＧＲ停止
領域では制御デューティが０を取り出し、ＥＧＲ制御バ
ルブを全閉する。

【００２８】次に、コントロールユニット１２で実行さ
れる制御動作を図４のフローチャートにしたがって説明
する。

【００２９】まず、ステップ１〜５において、そのとき
の運転状態を代表する各種センサ出力、並びに各種運転
操作スイッチからの作動指令出力を読み込み、ステップ
６でＥＧＲマップからＥＧＲ率Ｒｅｇｒを検索し、ステ
ップ７でＥＧＲ領域にあるかどうかを判断する。

【００３０】ＥＧＲ領域にないときは、ＥＧＲ制御デュ
ーティを０に設定し、ＥＧＲ弁１１を全閉にすると共
に、吸気シャッター６を全開する。そして、冷却水温が
所定値（たとえば５０度Ｃ）以上であることを条件にし
て、吸入空気量の学習が可能かどうかを判定する（ステ
ップ８〜１１）。もし、学習可能領域ならば、エアフロ
ーセンサの測定した吸入空気量と、ＥＧＲ停止時の標準
吸入空気量マップから求めた標準吸入空気量との偏差か
ら、吸入空気量の補正率ＬＮＣＯを算出し、補正マップ
に格納する（ステップ１２，１３）。

【００３１】これに対して、学習可能領域にないとき
は、ＥＧＲ弁１１を全閉にすると共に、吸気シャッタ６
を全開のまま、元に戻る。

【００３２】前記ステップ７においてＥＧＲ領域にある
と判定されたときは、ステップ１４，１５に移行して、
標準吸入空気量マップから非ＥＧＲ時の吸入空気量Ｇ’
ｏと吸入空気量の補正率ＬＮＣＯを検索し、これらとＲ
ｅｇｒから目標新気吸入量Ｇａｓを求める。そして、ス
テップ１７でラムダリミットマップからリミット空気量
Ｇａｌを検索し、大気圧データに基づいてこのＧａｌを
補正したＧ’ａｌを算出する。

【００３３】ステップ１９において、それぞれ補正後の
目標新気吸入量とリミット空気量とを比較し、もし、目
標新気吸入量が小さいときには、目標新気吸入量として
リミット空気量に置換する（ステップ２０）。

【００３４】次いでエアフローセンサにより計測した新
気吸入量Ｇａｉと、この目標新気吸入量Ｇａｓとの偏差
を算出し、この偏差がゼロとなるようにフィードバック
制御をかけるための、ＥＧＲ制御バルブの制御デューテ
ィを演算し、これに応じてＥＧＲ弁１１の開度を制御
し、また、吸気シャッタ６を所定の開度に絞る。

【００３５】このようにして、排気還流制御時はＥＧＲ
に伴って減少する新気の吸入量の目標値を定め、実測さ
れた新気吸入量が目標値と一致するようにＥＧＲ量をフ
ィードバック制御することにより、実際のＥＧＲ量を計
測することなしに、精度よく目標とするＥＧＲ率に収束
させることができる。

【００３６】また、エアクリーナの目詰まりや、吸気ポ
ートに対するデポジットの堆積等に起因して吸気系の通
路抵抗が増加し、エンジンに吸入される新気の流量が減
少していくと、図９、図１０にも示すように、ＥＧＲ率
そのものはその運転状態における適性な値を維持したと
しても、空気過剰率の低下に伴って次第にスモークの排
出量が増加していくが、その運転状態での目標とする新
気吸入量がスモーク限界との関係に基づいて予め設定さ
れたリミット空気量よりも少ないときは、フィードバッ
ク制御の目標値として、目標新気吸入量の代わりにこの
リミット吸入空気量を用いるため、これ以上には排気還
流量が増加せず、スモークの排出量が限界値を越えるこ
とのないように抑制することができるのである。

【００３７】なお、前記ラムダリミット空気量は大気圧
による補正を行っているが、空気過剰率を算出するの
に、燃料温度に基づいて供給燃料流量（重量）も補正す
ることにより、スモークの排出抑制になお一層精度の高
いＥＧＲ制御が実現できる。

【００３８】

【考案の効果】以上のように本考案によれば、空気過剰
率を判断しながらスモークの排出が許容限界を越えるこ
とのないように排気還流量を制御するので、スモークの
排出量を所定の基準以下に抑制しつつＮＯｘを効果的に
低減でき、とくに経時変化等による吸気系の抵抗増加に
起因して新気吸入量が減少し、とくに燃料が急に増量さ
れる過渡的運転時に一時的に空気過剰率が低下したよう
なときでも、スモークが許容限界を越えるのを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示す構成図である。

【図２】本考案の実施例を示す概略構成図である。

【図３】コントロールユニットのブロック図である。

【図４】コントロールユニットで実行される制御動作を
示すフローチャートである。

【図５】排気還流率の特性を回転数と負荷に基づいて示
す特性図である。

【図６】空気過剰率とスモーク排出濃度の関係を示す説
明図である。

【図７】ラムダリミット空気量の特性を回転数と負荷に
基づいて示す特性図である。

【図８】ラムダリミット空気量の大気圧による補正特性
を示す説明図である。

【図９】同一の排気還流率を維持したときのエンジン吸
入空気量の変動と新気吸入量の変化を示す説明図であ
る。

【図１０】運転状態に応じての空気過剰率（λ）とスモ
ーク濃度の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ２ 吸気通路 ３ 排気通路 ４ エアフローセンサ ９ ＥＧＲ通路 １１ ＥＧＲ弁 １２ コントロールユニット １３ エンジン回転数センサ １４ ラック位置センサ ５０ 排気還流制御弁 ５１ 運転状態検出手段 ５２ 排気還流率設定手段 ５３ 新気吸入量測定手段 ５４ 目標新気吸入量演算手段 ５５ フィードバック制御手段 ５６ リミット空気量設定手段 ５７ 比較手段 ５８ 補正手段

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶ
   排気還流通路に介装した排気還流制御弁と、運転状態を
   検出する手段と、運転状態に応じて排気還流率を設定す
   る手段と、排気還流位置よりも上流の吸気通路の新気の
   吸入量を測定する手段と、目標とする排気還流率のとき
   に吸入される新気の目標吸入量を演算する手段と、測定
   した新気吸入量が目標新気吸入量と一致するように前記
   排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段と
   を備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置におい
   て、スモーク排出限度のリミット空気量を運転状態に応
   じて設定した手段と、排気還流時の目標新気吸入量とそ
   のときのリミット空気量とを比較する手段と、目標新気
   吸入量がリミット空気量を下回らないように前記排気還
   流制御弁の開度を補正する手段とを備えたことを特徴と
   するディーゼルエンジンの排気還流制御装置。