JP2586028B2 - 排気ガス再循環制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排気ガスを排気系から吸気系へ
再循環する排気ガス再循環制御方法に関し、詳しくは、
再循環する排気ガスの量を、再循環制御弁にて調節する
排気ガス再循環制御方法に関する。

［従来の技術］ 近年、自動車等の内燃機関の排気ガスに含まれるNOx
を低減する方法の一つとして、排気ガスの再循環が行わ
れている。この排気ガスの再循環とは、排気ガスの一部
を吸入混合気に導きいれ、シリンダ内に送り込むことに
より、シリンダ内での燃料の最高燃焼温度を下げ、排気
ガス中のNOxを低減するものである。そしてこの排気ガ
スの再循環を制御する方法や装置としては、運転の諸条
件によって、再循環の実行または停止を判定して制御す
るものがある（実開昭51−59718号公報参照）。また排
気ガスの再循環が実行される場合には、再循環される排
気ガスの量（以下再循環量と称す）は、吸気管の負圧に
応じて開度がきめられる再循環制御弁によって調整され
ていた。

更に、上記再循環量に応じて、NOxの低減、ノッキン
グの防止，ドライバビリティの向上及び燃費の改善のた
めに、点火時期の進角や燃料噴射量の制御が行われてい
た。その例として、例えば、基本燃料噴射量に対する補
正値の算出に、再循環の実行時と停止時の状態におけ
る、排気ガス中のO₂の量を、別々に積算して用いるもの
がある（特開昭58−2209332号公報参照）。

上記のように、吸気管負圧に応じて開度が決められる
再循環制御弁によって、排気ガスの再循環量が調節され
るが、その再循環制御弁の開弁特性を、縦軸に再循環制
御弁の開口面積、横軸に吸気管負圧をとった第８図に表
す。図においてグラフAJは、設計値を表しており、グラ
フBJ及びグラフCJは製造時のバラツキによって生じた再
循環制御弁の開弁特性を表している。このグラフBJで示
される再循環制御弁は、設計値の開弁圧OPJに達する前
に開き始めて、設計値の全開圧FOPJに達する前に全開に
なる。一方グラフCJで示される再循環制御弁は、設定値
の開弁圧OPJになっても開かず、設計値の全開圧FOPJに
達しても全開にならない。即ち同じ吸気管負圧でも各々
の再循環制御弁によって再循環量が異なる場合があるこ
とを示している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが再循環時における点火時期や燃料噴射量等の
制御は、グラフAJで示される開弁特性の設定値に基づい
て行われているので、設定値に従って吸気管負圧から再
循環量を求めて上記の制御を行うと、特にそのバラツキ
が大きい範囲、即ち再循環制御弁が開き始める開弁圧OP
Jから全開になる全開圧FOPJの範囲では、実際の再循環
量に基づかない制御を行ってしまうことがあり、その結
果、ノッキングを生じたり、空燃比が安定しないことに
よってNOxが増加することがあり、また燃費やドライバ
ビリティを良好に保つことができないことがあった。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、第１
図に例示するように、 内燃機関の運転状態に応じて排気ガスの再循環量を、
再循環制御弁によって調整するとともに、再循環の状態
に応じて内燃機関の運転条件を変更する排気ガス再循環
制御方法であって、 上記内燃機関の運転状態が、排気ガス再循環を許可す
る所定範囲内のときには（S1）上記再循環制御弁を全開
にし（S2）、その範囲外のときには（S1）再循環制御弁
を全閉にすることにより（S4）、該再循環制御弁の中開
度領域を使用せずに、該再循環制御弁の全開または全閉
の状態に応じて内燃機関の運転条件の変更を行う（S3,S
5）ことを特徴とする排気ガス再循環制御方法を要旨と
する。

ここで運転状態とは、例えば吸気管負圧であり、この
吸気管負圧を用いることにより、再循環制御弁の開閉の
制御や、シリンダに吸入される空気量の算出が行われ
る。再循環制御弁とは、例えば内燃機関の排気系から吸
気系への通路に設けられ、吸気管負圧に応じて、排気ガ
スの再循環量を調節する弁である。運転条件とは、例え
ば点火時期や燃料噴射量であり、排気ガスの再循環が実
行されるときには、点火時期の進角や燃料噴射量の減量
が行われる。所定範囲とは、例えば吸気管負圧が、再循
環制御弁の全開圧、即ち第８図のグラフAJで示される設
計値の全開圧FOPJ以上の範囲であり、この範囲内であれ
ば、排気ガスの再循環が実行されるとともに、それに応
じた運転条件の変更、すなわち点火時期の進角や燃料噴
射量の減量が行われる。また上記範囲外とは、吸気管負
圧が再循環制御弁を全開にする負圧より小なる（大気圧
に近い）領域であり、この領域では、排気ガスの再循環
が停止され、さらに運転条件の変更、即ち、点火時期の
遅角や燃料噴射量の増量が行われる。

次に上記の制御を行うことによって、排気ガスの再循
環の制御を行う際に、ノッキングが生じたり、空燃比が
安定しないことによってNOxが増加することがなく、ま
た燃費やドライバビリティを良好に保つことができる理
由を説明する。第２図において、グラフＡは、再循環制
御弁の設計値としての開弁特性を示しており、グラフＢ
及びグラフＣは製造時のバラツキによって生じた再循環
制御弁の開弁特性を示している。開弁圧OPから全開圧FO
Pの間は、吸気管負圧に対する再循環量のバラツキが大
きいが、全開圧FOPより負圧が大きくなると、バラツキ
は小さくなる。従ってそのバラツキが小さい、即ち吸気
管負圧が全開圧FOP以上のときに、排気ガスの再循環を
行うとともにそれに応じた点火時期や燃料噴射量等の制
御を行う、一方そのバラツキが大きい、即ち吸気管負圧
が全開圧FOPより小なるときには、再循環を停止するも
のである。つまり、本発明は、バラツキの大きな中開度
領域をあえて使用せずに、再循環制御弁を開閉の２位置
に制御し、その開又は閉の状態に応じて内燃機関の運転
条件の変更を行なうものである。これによって再循環時
には適切な点火時期や燃料噴射量の制御が行えるので、
ノッキングが生じたり、空燃比が安定しないことによっ
てNOxが増加することがなく、また燃費やドライバビリ
ティを良好に保つことができる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

まず第３図は本発明が適用された一実施例の内燃機関
２及びその周辺装置を示す構成図である。

図に於て、４はエアクリーナ６を介して空気を吸入す
る吸気管で、この吸気管４には、吸気温度を検出する吸
気温センサ8,スロットルバルブ10,及びスロットルバル
ブ10の開度を検出するスロットル開度センサ12が備えら
れている。また吸気管４には、吸気の脈動を抑えるため
に、サージタンク14が形成され、このサージタンク14に
は吸気管４の負圧Vmを検出する吸気圧センサ16が備えら
れている。

一方、18は排気管で、排気ガス中の酸素濃度から空燃
比を検出する空燃比センサ20や、排気ガスを浄化するた
めの三元触媒コンバータ22が備えられている。またこの
排気管18には、排気ガスをサージタンク14に戻して排気
ガスの再循環（以下EGRと称す）を行う排気ガス再循環
装置（以下EGR装置と称す）24が設けられている。

EGR装置24は、排気管18とサージタンク14とを結ぶ排
気通路を開閉する再循環量制御弁（以下EGRバルブと称
す）26,このEGRバルブ26に加える負圧を調整してEGRの
動作を制御するバキュームモジュレータ（以下調圧弁と
称す）28,及びこの調圧弁28で調整されEGRバルブ26に加
えられる負圧の通路を開閉し、EGRバルブ26のEGR動作を
禁止或は許可するバキュームスイッチングバルブ（以下
EGR許可バルブと称す）30から構成されている。

即ち、EGRバルブ26の定圧室26aと排気管18,及び弁室2
6bとサージタンク14がそれぞれ連通されるとともに、弁
室26bとダイヤフラム室26dが、EGR許可バルブ30を介し
て調圧弁28の上部室28aに接続される。これによって、
定圧室26aと弁室26bとの間に設けられ、ダイヤフラム26
cと接続された弁対26eが、EGR許可バルブ30を介して調
圧弁28から伝達される負圧に応じて図中上下方向に移動
して、排気管18とサージタンク14との間の排気通路を開
閉するよう構成されている。

また内燃機関２には、その運転状態を検出する手段と
して、上記の各センサ8,12,16,20の外、ディストリビュ
ータ32のロータ32aの回転から内燃機関２の回転数を検
出する回転数センサ34,同じくディストリビュータ32の
回転に応じて内燃機関２のクランク軸２回転に１回の割
でパルス信号を出力する気筒判別センサ36,及び内燃機
関２の冷却水温を検出する水温センサ38,が備えられて
いる。

そして上記各センサからの検出信号は、マイクロコン
ピュータを中心とする論理演算回路として構成された電
子制御装置44に入力され、燃料噴射弁46及びイグナイタ
47が駆動されて、内燃機関２への燃料噴射量及び点火時
期が制御される。またEGR許可バルブ30を駆動して、EGR
の実行（オン）及び停止（オフ）の制御に用いられる。

即ち電子制御装置44は、制御プログラムに従って、内
燃機関２の制御のための各種演算処理を実行するセント
ラルプロセッシングユニット（以下CPUと称す）50,CPU5
0で各種演算処理を実行するための制御プログラムや初
期データが記録されたリードオンリメモリ（以下ROMと
称す）52,CPU50で各種演算処理を実行するための各デー
タが一時的に読み書きされるランダムアクセスメモリ
（以下RAMと称す）54,CPU50で演算処理を実行するのに
必要なクロック信号発生回路56,上記各種センサからの
検出信号を入力するための入力ポート58,及びEGR許可バ
ルブ30や燃料噴射弁46或はイグナイタ47に駆動信号を出
力する出力ポート60等から構成されている。

この電子制御装置44により、上記各種センサからの検
出信号を用いて、内燃機関２の運転状態が排気ガスを再
循環させる条件に該当するか否かを判断し、その結果に
応じて、EGR許可バルブ30を駆動しEGRをオンまたはオフ
させる制御が実行される。また検出される内燃機関２の
運転の状態に応じて、燃料噴射弁46からの燃料噴射量、
即ち燃料噴射弁46の開弁時間を求めて燃料噴射量の制御
が行われる。さらにイグナイタ47の高電圧発生タイミン
グ、即ち点火時期を求め、それに応じてイグナイタ40を
駆動制御して点火時期の制御が行われる。

次にこの電子制御装置44で実行される本発明にかかわ
る主要な処理、即ち吸気管負圧Vmに応じてEGRをオンま
たはオフする処理について、第４図のフローチャートに
基づいて説明する。

図に示すように、まずステップ100では、吸気圧セン
サ16からのデータを読み込み吸気管負圧Vmを算出し、ス
テップ110にてその吸気管負圧Vmが所定値以上、即ちEGR
バルブ26の全開圧FOP以上であるか否かを判定し、肯定
判断されるとステップ120に進み、一方否定判断される
とステップ130に進む。ステップ120では、EGR許可バル
ブ30を駆動しダイアフラム室26dと吸気管４を連通し
て、排気管18から吸気管４への通路を開け、EGRをオン
にする。即ち吸気管負圧Vmが、EGRバルブ26の開弁圧OP
ではなく全開圧FOPに達した時に、EGRバルブ26を全開に
してEGRをオンにするものである。そして一旦本処理を
終了する。ステップ130では、EGR許可バルブ30を大気側
に開放して、EGRバルブ26のダイアフラム室26dを大気圧
にし、排気管18から吸気管４への通路を閉ざしてEGRを
オフにする。即ち吸気管負圧VmがEGRバルブ26の全開圧F
OPより小なるときは、EGRを停止するものである。そし
て一旦本処理を終了する。

次に上記処理に続いて行う時間遅れ処理について、第
５図のフローチャートに基づいて説明する。この時間遅
れ処理とは、吸気管負圧Vmが全開圧FOPに達し、EGRバル
ブ26が開かれてEGRがオンになってから、排気ガスが再
循環して燃焼室に達するまでの時間遅れを調整するため
のものであり、この処理によってタイミングよく点火時
期や燃料噴射量の制御を行うことができる。

まずステップ200にて、EGRがオンであるか否かを判定
し、肯定判断されるとステップ210に進み、一方否定判
断されるとステップ220に進む。ステップ210では、カウ
ンタCntをインクリメントし、次のステップ230では、カ
ウンタCntが所定値Ａより大であるかを判定して、肯定
判断されるとステップ240に進み、一方否定判断される
と一旦本処理を終了する。ステップ240では、フラグFL
を１に設定し、次のステップ250では、カウンタCntを所
定値Ａに設定して一旦本処理を終了する。またステップ
200でEGRがオフと判断されて、ステップ220に進むとカ
ウンタCntがデクリメントされる。次のステップ260で
は、カウンタCntが０以下であるか否かが判定され、肯
定判断されるとステップ270に進み、一方否定判断され
ると一旦本処理を終了する。ステップ270ではフラグFL
を０に設定し、ステップ280ではカウンタCntを０に設定
して一旦本処理を終了する。即ち本処理によって、EGR
のオンやオフの場合、所定時間後にEGRのオン、オフに
応じて行う点火時期や燃料噴射量の制御のタイミングを
示すフラグFLを立てて、このフラグFLが１の時に、以下
に示す点火時期や燃料噴射量の調整を行えば、適切なタ
イミングで制御を行うことができる。

次に上記時間遅れ処理に続いて行われる燃料噴射量制
御処理について、第６図のフローチャートに基づいて説
明する。この燃料噴射量制御処理は、基本燃料噴射量を
EGRのオン、オフに応じてマップから算出し、それに他
の諸条件も加味して燃料噴射量を求めるものである。ま
ずステップ300にてフラグFLが１であるか０であるかを
判定し、１であればEGRがオンであるので、ステップ310
に進み、一方フラグFLが０であればEGRがオフであるの
で、ステップ320に進む。

ステップ310では、基本燃料噴射量τＢを、EGRオンに
応じて設定された機関回転数Neと吸気管圧力Pmのマップ
M1から求め、ステップ330に進む。一方ステップ320で
は、同様にして基本燃料噴射量τＢを、EGRオフに応じ
て設定された機関回転数Neと吸気管圧力PmのマップM2か
ら求め、ステップ330に進む。ステップ330では、ステッ
プ310またはステップ320で求めた基本燃料噴射量τＢ
に、水温による補正FTHWやその他の補正τＶ等を加え
て、燃料噴射量τを求める。次にステップ340にて燃料
噴射量τを出力し一旦本処理を終了する。即ち、EGRを
実行すると排気ガスが吸入されて新規の空気量が減少す
るために、本処理によってEGRのオン、オフに応じて基
本燃料噴射量τＢを算出するマップM1,M2を切り換え
る。そしてマップM1,M2より求めた基本燃料噴射量τＢ
に補正を加えて燃料噴射量τを求めるものである。

次に上記燃料噴射量制御処理に続いて行う、点火時期
制御処理について、第７図のフローチャートに基づいて
説明する。この点火時期制御とは、EGRのオン，オフに
応じて点火時期を進角または遅角させて、適切な燃焼を
行うものである。まずステップ400にて、フラグFLが１
であるか０であるかを判定し、フラグFLが１であればス
テップ410に進み、一方フラグFLが０であればステップ4
20へ進む。ステップ410では、EGRオンに対する進角補正
量θEGRを、EGRオンに応じて設定された機関回転数Neと
吸気管負圧VmのマップM3から求め、ステップ430に進
む。一方ステップ420では、EGRオフであるので進角補正
量θEGRを０に設定し、ステップ430に進む。ステップ43
0では、基本進角量θＢを機関回転数Neと吸気管圧力Pm
のマップM4から求める。次にステップ440では、基本進
角量θＢにEGRオンに対する進角補正量θEGRを加え、更
に水温の補正θTH等を加えて点火時期の進角量θを求め
る。ステップ450では、進角量θを出力して一旦本処理
を終了する。即ち本処理によって、点火時期の基本進角
量θＢにEGRオンに対する補正を加えて進角量θを求め
ることができるので、適切な点火時期を選択できる。

上記の各処理によって、まず吸気管負圧VmがEGRバル
ブ26の全開圧FOP以上であるか否かが判定され、全開圧F
OP以上であればEGRバルブ26を全開にし、そう出なけれ
ばEGRバルブ26を全閉にする。そして所定時間後に、EGR
のオンとオフの各々の状態に応じて点火時期や燃料噴射
量の調整を行うものである。これによってEGRとEGRにと
もなって行われる各種制御は、EGRバルブ26の全開圧FOP
以上、即ちEGRバルブ26の製造時のバラツキの小さな範
囲でのみ行われるので、適切な点火時期と燃料噴射量が
選択でき、よってノッキングや空燃比が安定しないこと
によるNOxの増加をを防止でき、燃費やドライバビリテ
ィを良好に保つことができる。

尚、本実施例では吸気管負圧VmがEGRバルブ26の設計
値の全開圧FOPに達したときに、EGRバルブ26を全開にし
ているが、その全開圧FOPよりも大きな負圧、即ち、第
２図のグラフＣで表されるような開弁の遅いEGRバルブ2
6の全開圧FOP₁に達したときに、EGRバルブ26を全開にす
るように設定しても良い。その場合には、EGRバルブ26
のバラツキがより少ないので、設計値に基づいてより的
確な点火時期の制御や燃料噴射量の制御ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の運
転状態が、排気ガス再循環を許可する所定範囲内のとき
には、再循環制御弁を全開にし、その範囲外のときには
再循環制御弁を全閉にすることにより、再循環制御弁の
中開度領域を使用せずに、該全開または全閉の状態に応
じて内燃機関の運転条件の変更を行うので、再循環制御
弁の製造時のバラツキの少ない範囲でのみ、EGRとそれ
に伴う制御を行うことができ、よってノッキングや空燃
比が安定しないことによるNOxの増加を防止でき、燃費
やドライバビリティを良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を例示した基本的構成図、第２図は本発
明の原理の説明図、第３図は本発明の一実施例のシステ
ム構成図、第４図はEGRバルブの開閉の制御の処理を示
すフローチャート、第５図は時間遅れ処理を示すフロー
チャート、第６図は点火時期制御処理を示すフローチャ
ート、第７図は燃料噴射量制御処理を示すフローチャー
ト、第８図はEGRバルブの開弁特性を示す説明図であ
る。 ２……内燃機関 ４……吸気管 16……吸気圧センサ 18……排気管 24……排気ガス再循環装置 26……EGRバルブ 28……調圧弁 30……EGR許可バルブ 42……点火プラグ 44……電子制御装置 46……燃料噴射弁 48……イグナイタ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の運転状態に応じて排気ガスの再
   循環量を、再循環制御弁によって調整するとともに、再
   循環の状態に応じて内燃機関の運転条件を変更する排気
   ガス再循環制御方法であって、 上記内燃機関の運転状態が、排気ガス再循環を許可する
   所定範囲内のときには上記再循環制御弁を全開にし、そ
   の範囲外のときには再循環制御弁を全閉にすることによ
   り、該再循環制御弁の中開度領域を使用せずに、該再循
   環制御弁の全開または全閉の状態に応じて内燃機関の運
   転条件の変更を行うことを特徴とする排気ガス再循環制
   御方法。
2. 【請求項２】上記運転状態は吸気管負圧である特許請求
   の範囲第１項記載の排気ガス再循環制御方法。
3. 【請求項３】上記所定範囲とは、吸気管負圧が、再循環
   制御弁の全開圧以上の範囲である第１項または第２項記
   載の排気ガス再循環制御方法。