JP2590956B2

JP2590956B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2590956B2
Application number: JP62279560A
Authority: JP
Inventors: 明橋爪; 信喜内谷; 辰義蒲原; 健一原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH01121547A

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制御装置に係り、特に排ガス再循
環装置（EGR装置）を備えた内燃機関の制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来より、機関負荷（吸入空気量または吸気管圧力）
と機関回転速度とに基づいて燃料噴射量や点火時期等の
制御量を求めて機関を制御すると共に、NO_xの排出量を
低減することを目的としたEGR装置を備えた内燃機関が
知られている。この内燃機関では、EGR装置作動中と非
作動中とでは、機関の要求量が異なるため、EGR装置作
動中の制御量（作動用制御量）のマツプとEGR装置非作
動中の制御量（非作動用制御量）のマツプとを用意し、
EGR装置作動時点または非作動時点から所定遅延時間後
にマツプを切換えて機関を制御している。ここでEGR装
置作動時点から所定遅延時間後にマツプを切換て制御す
るのは、EGR装置が作動してから排ガスが吸気系に供給
されるまでに所定の遅れ時間を有するためであり、また
作動中のEGR装置を停止した場合においてもEGR装置非作
動時点から所定時間後に排ガスが吸気系に供給されなく
なるためである。

なお、上記に関連する技術としては、特開昭58−1583
45号公報、特開昭59−192838号公報、特公昭60−8149号
公報、特開昭61−4836号公報記載の技術がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来従来の技術では、機関運転状態に
応じて要求遅延時間が変化するのに対し、制御量のマッ
プを切換えるための遅延時間を一定にしているため、制
御量のマップの切換え初期にリツチ、リーンスパイクが
発生して排気コミツシヨンおよびドライバビリテイが悪
化すると共に点火時期が要求値からずれてノツキングが
発生する、という問題があった。すなわち、制御量とし
て燃料噴射量を採用し、EGR装置を作動した直後につい
て考察すると、新気に加えて排ガスが供給されるため吸
気管圧力が高くなって排ガス分だけ空燃比がリツチにな
り、遅延時間Ｄが要求遅延時間D₀より短いと、第２図
（３）に示すようにリーンスパイクが発生し、遅延時間
Ｄが要求遅延時間D₀より長いと、第２図（４）に示すよ
うにリツチスパイクが発生する。なお、作動中のEGR装
置を停止させた場合には、リツチスパイクとリーンスパ
イクとの発生は上記で説明した場合と逆になる。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたもの
で、リツチスパイクによるHC、COの発生およびリーンス
パイクによるNO_Xの発生等を防止して排気エミツシヨン
およびドライバビリテイが悪化しないようにすることが
可能であると共に点火時期のずれを防止してノツキング
の発生を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、排ガスを吸気系
に再循環させる排ガス再循環装置が作動した時点から第
１の所定遅延時間後に作動用制御量を演算すると共に、
前記排ガス再循環装置の作動が停止した時点から第２の
所定遅延時間後に非作動用制御量を演算する演算手段
と、前記作動用制御量または前記非作動用制御量に基づ
いて機関を制御する制御手段と、機関運転状態を検出す
る運転状態検出手段と、前記運転状態に応じて前記第１
の所定遅延時間および前記第２の所定遅延時間を変更す
る変更手段と、を含んで構成したものである。

〔作用〕

本発明の演算手段は、排ガス再循環装置（EGR装置）
が作動した時点から第１の所定遅延時間経過後に作動用
制御量を演算し、EGR装置の作動が停止した時点から第
２の所定遅延時間経過後に非作動用制御量を演算する。
この第１の所定遅延時間および第２の所定遅延時間は変
更手段によって、運転状態に応じて変更される。例え
ば、第１の所定遅延時間および第２の所定遅延時間は、
機関回転速度が高くなるに従って短くされ、第１の所定
遅延時間は機関負荷が大きくなるに従って長くされ、第
２の所定遅延時間は機関負荷が大きくなるに従って短く
される。そして、制御手段は、上記のように変更させら
所定遅延時間後に演算された制御量に基づいて機関を制
御する。この制御量としては燃料噴射量や点火時期があ
り、上記のようにして燃料噴射量を制御することにより
リーンスパイクやリツチスパイクを防止することがで
き、また上記のように点火時期を制御することにより点
火時期の要求値からのずれを防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、機関運転状態に
応じて遅延時間を変更するようにしたので、遅延時間を
最適な値に制御でき、制御量が燃料噴射量の場合には排
気エミツシヨンおよびドライバビリテイを向上させ、制
御量が点火時期の場合にはノツキングの発生を防止する
ことができる、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例に係る制御装置
を備えた内燃機関（エンジン）を詳細に説明する。第３
図は、この内燃機関の概略を示すもので、エアクリーナ
12の下流側には、アクセルペダルによって開度が制御さ
れるスロツトル弁10が配置されている。このスロツトル
弁10の上流側には、吸気温を検出する吸気温センサ14が
取付けられている。また、スロツトル弁10にはスロツト
ル弁10の開度を検出するポテンシヨメータ等で構成され
たスロツトル開度センサ24が取付けられている。スロツ
トル弁10の下流側にはサージタンク18が配置されてお
り、このサージタンク18はインテークマニホールド22を
介して機関本体に形成された燃焼室に連通されている。
サージタンク18には、半導体式圧力センサ20が取付けら
れている。また、インテークマニホールド22にはインテ
ークマニホールド22内に突出するよう各気筒毎に燃料噴
射弁16が取付けられている。

機関本体に形成された燃焼室は、エキゾーストマニホ
ールド26を介して三元触媒を充填した触媒装置（図示せ
ず）に連通されている。このエキゾーストマニホールド
26には、排ガス中の残留酸素濃度を検出する理論空燃比
を境に反転した信号を出力するO₂センサ56が取付けられ
ている。また、機関本体のエンジンブロツクには、この
エンジンブロツクを貫通してウオータジヤケツト内に突
出するよう機関冷却水温を検出する水温センサ48が取付
けられている。

エキゾーストマニホールド26とサージタンク18とを連
通するように排ガス循環路27が配置されており、この排
ガス循環路27の途中に、ダイヤフラム39と弁体40とを備
えたEGRバルブ36が取付けられている。EGRバルブ36のダ
イヤフラム室37は、バキユームスイツチングバルブ（VS
V）23およびEGRバキユームモジユレータ28が配置された
負圧通路35を介してスロツトル弁10の下流側に穿設され
たEGRポート32に連通されている。EGRバキユームモジユ
レータ28は、弁体30を備えたダイヤフラム29によって定
圧室31と大気に連通された大気室33とに区画されてお
り、大気室33内には圧縮されたスプリング34が配置され
ている。そして、EGRバキユームモジユレータ28の定圧
室31はEGRバルブ36に連通されている。

機関本体のシリンダヘツドを貫通して燃焼室内に突出
するように各気筒毎に点火プラグ45が取付けられてお
り、この点火プラグ45はデイストリビユータ41及びイグ
ナイタ38を介して制御回路44に接続されている。このデ
イストリビユータ41内には、デイストリビユータシヤフ
トに固定されたシグナルロータとデイストリビユータハ
ウジングに固定されたピツクアツプとで構成された回転
角センサ42が取付けられている。この回転角センサ42
は、例えば30℃Ａ毎に発生するパルス列から成るエンジ
ン回転速度信号を制御回路44に出力する。

上記制御回路44はマイクロコンピユータを含んで構成
されている。すなわち、制御回路44は第４図に示すよう
に、ランダムアクセスメモリ（RAM）58、リードオンリ
メモリ（ROM）60、マイクロプロセツシングユニツト（M
PU）62、入出力ポート64、入力ポート66、出力ポート6
7、68、70及びこれらを接続するデータバスやコントロ
ールバス等のバス72を含んで構成されている。入出力ポ
ート64には、アナログ−デジタル（A/D）変換器74及び
マルチプレクサ76が接続されている。マルチプレクサ76
には抵抗Ｒ及びコンデンサＣで構成されたCRフイルタ78
を介して圧力センサ20が接続されると共に、バツフア80
を介して水温センサ48が接続され、バツフア81を介して
スロツトル開度センサ24が接続され、またバツフア79を
介して吸気温センサ14が接続されている。CRフイルタ78
の時定数は吸気管絶対圧力の脈動成分を除去できる程度
の大きさ（３〜5msec）である。MPU62は、入出力ポート
64を介してA/D変換器74及びマルチプレクサ76を制御
し、圧力センサ20出力、水温センサ48出力、吸気温セン
サ14出力及びスロツトル開度センサ24出力順次A/D変換
しRAM58に記憶させる。圧力センサ出力のA/D変換周期
は、例えば12msecである。入力ポート66にはコンパレー
タ82及びバツフア84を介してO₂センサ56が接続されると
共に波形成形回路86を介して回転角センサ42が接続され
ている。また、出力ポート67は駆動回路87を介してバキ
ユームスイツチングバルブ23に接続され、出力ポート68
は駆動回路88を介してイグナイタ38に接続され、出力ポ
ート70はダウンカウンタを備えた駆動回路90を介して燃
料噴射弁16に接続されている。なお、92はクロツク、94
はタイマである。上記ROMには以下で説明する制御ルー
チンのプログラムやEGR装置作動、非作動に応じた基本
点火進角のマツプおよび基本燃料噴射時間のマツプ（基
本制御量のマツプ）等が予め記憶されている。

次に、上記のEGR装置の作動を第３図を参照して説明
する。EGRポート32に作用する負圧は、EGRバキユームモ
ジユレータ28および開弁状態のバキユームスイツチング
バルブ23を介してEGRバルブ36のダイヤフラム室37に供
給される。一方、排ガスはエキゾーストマニホールド26
から排ガス循環路27及びEGRバルブ36を介してEGRバキユ
ームモジユレータ28の定圧室31に供給されている。ここ
で、背圧が大気圧より設定値（スプリングとダイヤフラ
ムの弾性力により決定される）以上高いとEGRバキユー
ムモジユレータ28の弁体30によって負圧通路35が大気と
遮断されるため、バキユームスイツチングバルブ23が開
弁していればEGRポート32に発生した負圧は負圧通路35
を介して直接EGRバルブ36のダイヤフラム室37に作用
し、この負圧によってEGRバルブ36が開弁され、排ガス
がエキゾーストマニホールド26から排ガス循環路27を介
してサージタンク18に供給される。機関負荷が低下して
背圧が低下するとEGRバキユームモジユレータ28の低圧
室31に作用する圧力が低下するため大気室33に作用する
大気圧によって負圧通路35が徐々に開かれて負圧通路35
内に大気が導入されるためダイヤフラム室37に作用する
負圧が低下する。これによってEGRバルブ36が徐々に閉
じられサージタンク18内に供給される排ガスの量が減少
する。背圧が大気圧付近の圧力まで低下すると弁体30が
完全に開弁され大気室33を介してダイヤフラム室37に大
気圧が作用するためEGRバルブ36が閉弁されてサージタ
ンク18内への排ガスの供給が停止される。また、バキユ
ームスイツチングバルブ23を閉弁すると、ダイヤフラム
室37に負圧が作用しなくなるためEGRバルブが閉弁し排
ガスの供給が停止される。このように、このEGR装置に
よれば、背圧に比例した量の排気ガスが吸気系に供給さ
れ、これによって機関負荷に対してEGR率を一定に保持
することができる。

次に本実施例の制御ルーチンを説明する。第１図は、
所定時間（例えば、4msec）ごとに実行されて、作動用
基本制御量のマツプと非作動用基本制御量のマツプとを
切換えるルーチンを示すものである。ステツプ100にお
いて、例えば、負荷、冷却水温、機関回転速度等を判断
することによりEGR装置作動条件が成立したか否かを判
断する。ステツプ100においてEGR装置作動条件が成立し
たと判断されたときには、ステツプ102においてバキユ
ームスイツチングバルブをオンして開弁した後ステツプ
104においてフラグXEGRがリセツトされているか否かを
判断する。フラグXEGRがセツトされているときはステツ
プ128へ進み、フラグXEGRがリセツトされているときに
はステツプ106において非作動状態のEGR装置を作動した
ときの遅延時間DLONを算出する。この遅延時間DLONにつ
いては後述する。そして、ステツプ108においてフラグX
EGRをセツトした後、ステツプ118においてカウント値CE
GRをクリアしてステツプ120へ進む。

一方、ステツプ100においてEGR装置作動条件が成立し
ていないと判断されたときには、ステツプ110において
バキユームスイツチングバルブをオフして閉弁した後ス
テツプ112においてフラグXEGRがセツトされているか否
かを判断する。フラグXEGRがリセツトされているときに
はステツプ128へ進み、フラグXEGRがセツトされている
ときにはステツプ114において作動状態のEGR装置を非作
動状態にしたときの遅延時間DLOFFを算出する。この遅
延時間DLOFFについては後述する。そして、ステツプ116
においてフラグXEGRをリセツトした後ステツプ118にお
いてカウント値CEGRをクリアした後ステツプ120へ進
む。

ステツプ128では、カウント値CEGRがオーバフローを
防止するための最大値（例えば、255）未満か否かを判
断し、未満と判断されたときにはステツプ130において
カウント値CEGRをインクルメントした後ステツプ120へ
進む。

以上のようにステツプ116においてフラグXEGRをリセ
ツトし、EGR装置作動条件が成立しかつフラグXEGRがリ
セツトされているときにステツプ108においてフラグXEG
Rをセツトするようにしているため、フラグXEGRはEGR装
置作動条件が成立した時点でセツトされることになり、
EGR装置作動条件が成立しかつフラグXEGRがセツトされ
ているときにはステツプ130においてカウント値CEGRを
インクルメントするようにしているため、このカウント
値CEGRはEGR装置作動条件が成立した時点からの経過時
間をカウントすることになる。同様に、EGR装置作動条
件が成立したなくなった時点でフラグXEGRがリセツトさ
れるため、カウント値CEGRはEGR作動条件が成立しなく
なった時点からの経過時間をもカウントすることにな
る。

ステツプ120においては、フラグXEGRがセツトされて
いるか否かを判断することによりEGR装置が作動してい
るか否かを判断し、EGR装置が作動しているときにはス
テツプ122において作動時の支援時間DLONと作動時点か
らの経過時間を示すカウント値CEGRとを比較し、DLON≦
CEGRのときには所定遅延時間経過したためステツプ124
において作動用基本制御量のマツプに切換える。一方、
DLON＞CEGRのときには所定遅延時間経過していないため
ステツプ126で非作動用制御量のマツプをそのまま使用
する。ステツプ120においてフラグXEGRがリセツトされ
ていると判断されてEGR装置非作動中と判断されたとき
には、ステツプ132において非作動時の遅延時間DLOFFと
カウント値CEGRとを比較し、DLOFF≦CEGRのときにはス
テツプ134において非作動用基本制御量のマツプに切換
え、DLOFF＞CEGRのときにはステツプ136において作動用
基本制御量のマツプをそのまま使用する。

そして、上記の基本制御量のマツプから現在の吸気管
圧力および気管回転速度に対応する基本点火進角および
基本燃料噴射時間が演算され、これらが吸気温や機関冷
却水温等に応じて補正されて制御量が求められ、この制
御量によって機関が制御される。

次にステツプ106及びステツプ114の遅延時間DLON、DL
OFFについて詳細に説明する。第５図は、機関回転速度
に応じて定めた遅延時間DLON、DLOFFの例に示すもので
ある。機関回転速度が高くなるに従って吸気速度が速く
なり、EGR装置作動時点及び非作動時点からのEGRガスの
応答が速くなるため、遅延時間DLON、DLOFFは機関回転
速度が高くなるに従って短くなるように定められいる。
また、EGR装置作動時には吸気管圧力が導入されるEGRガ
スに対する抵抗となるため応答性が悪く、EGR装置に非
作動状態にした時点では吸気管圧力は抵抗として作用し
ないから、遅延時間DLONは遅延時間DLOFFより長くなっ
ている。

第６図は機関負荷（例えば、吸気管圧力、機関一回転
当りの吸入空気量、吸入空気量）に応じて定めた遅延時
間DLON、DLOFFの例を示すものである。機関高負荷時ほ
ど吸気管圧力が高く、EGR装置を作動したときには導入
される排ガスに対する抵抗が大きくなるため、作動時の
遅延時間DLONは機関負荷が高くなるにしたがって長くな
るように定められている。一方、機関高負荷になるにし
たがって導入された排ガスが排気系に排出されるまでの
時間が短くなるため、非作動時の遅延時間DLOFFは機関
負荷が高くなるにしたがって短くなるように定められて
いる。

第７図は機関回転速度と機関負荷とに応じて定めた遅
延時間DLON、DLOFFの例を示すものである。この遅延時
間DLON、DLOFFは予め実験によって定められて個別に記
憶される。

また、遅延時間DLON、DLOFFは機関回転速度NEおよび
機関負荷から計算によって定めるようにしてもよい。例
えば、機関負荷として吸気管圧力PMを採用したときの作
動時の遅延時間DLONは以下の（１）式に示すようにな
る。

ただし、Ｄ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数である。

また、機関負荷が高いときには燃料噴射量も多いの
で、燃料噴射量の積算値から遅延時間DLON、DLOFFを演
算してもよく、また燃料噴射量の積算値に応じてマツプ
を定めておいてもよい。この場合、遅延時間は燃料噴射
量の積算値に比例する。

上記のようにして定められた遅延時間DLON、DLOFF
は、以下で説明する方法によって補正するようにしても
よい。以下遅延時間の補正方法を列挙する。

（１）EGR率を用いて補正係数を以下のように演算して
遅延時間を補正する。このEGR率はEGRバルブにリフトセ
ンサを取り付け、このリフトセンサ出力よりEGR量を検
出して吸入空気量で除算することにより求めることがで
きる。

補正係数＝ｆ・EGR率＋ｇ・・・（２）ただしｆ、ｇは定数である。

（２）EGR装置作動時の基本燃料噴射時間TPWとEGR装置
非作動状態の基本燃料噴射時間TPWOとを用いて以下の式
に従って補正係数を求めて補正する。

補正係数＝ｈ（TPWO−TPW）＋ｉ・・・（３）ただしｈ、ｉは定数である。

（３）背圧によって補正係数を求めて補正する。例え
ば、非作動状態のEGR装置が作動した時点では、背圧が
高い法がEGRガスが吸気系に入りやすいため、背圧が高
くなるに従って遅延時間が短くなるように補正する。

（４）加減速状態に応じて補正する。加減速状態はスロ
ツトル開度変化ΔTAまたは吸気管圧力の変化ΔPMによっ
て判断することができ、このときの補正係数は以下の
（４）式に示すようになる。

補正係数＝ｋ・ΔTAまたはＫΔPM ・・・（４）ただしｋ、Ｋは定数である。

（５）機関冷却水温、吸気温、EGRガス温により補正係
数を演算して補正する。例えば機関冷却水温が低いとき
は完全暖機前でありEGRガスが入りにくいため遅延時間
を長くする。

なお、上記（１）〜（５）では演算によって補正係数
を求める例について説明したが、予め演算または実験に
より補正係数を定めれマツプに記憶させておいて遅延時
間を補正してもよい。

なお、上記では吸気管圧力と機関回転速度とで燃料噴
射時間を演算する内燃機関を示したが、吸入空気量と機
関回転速度とに応じて燃料噴射量や点火時間を制御する
内燃機関にも適応することができる。また、上記では基
本制御量として基本点火進角および基本燃料噴射時間を
用いた例について説明したが、基本点火進角または基本
燃料噴射時間のいずれか一方を基本制御量としてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は作動用基本制御量のマツプと非作動用基本制御
量のマツプとを切換えるルーチンを示す流れ図、第２図
はEGR装置作動状態と基本燃料噴射時間の切換え時点と
の関係及びO₂センサ出力の波形を示す線図、第３図は本
発明の実施例の制御装置を備えた内燃機関の概略図、第
４図は第３図の制御回路の詳細を示すブロック図、第５
図は機関回転速度に応じて定めた遅延時間を示す線図、
第６図は機関負荷に応じて定めた遅延時間の変化を示す
線図、第７図は機関回転速度と機関負荷とに応じて定め
た遅延時間を示す線図である。 20……圧力センサ、 36……EGR弁、 56……O₂センサ。

フロントページの続き (72)発明者原田健一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭56−32053（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−192838（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−169641（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−4836（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−41941（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−150439（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガスを吸気系に再循環させる排ガス再循
環装置が作動した時点から第１の所定遅延時間後に作動
用制御量を演算すると共に、前記排ガス再循環装置の作
動が停止した時点から第２の所定遅延時間後に非作動用
制御量を演算する演算手段と、前記作動用制御量または
前記非作動用制御量に基づいて機関を制御する制御手段
と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記
運転状態に応じて前記第１の所定遅延時間および前記第
２の所定遅延時間を変更する変更手段と、を含む内燃機
関の制御装置。