JP2870201B2 - Egr装置 - Google Patents

Egr装置

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JP2870201B2
JP2870201B2 JP3031028A JP3102891A JP2870201B2 JP 2870201 B2 JP2870201 B2 JP 2870201B2 JP 3031028 A JP3031028 A JP 3031028A JP 3102891 A JP3102891 A JP 3102891A JP 2870201 B2 JP2870201 B2 JP 2870201B2
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明 橋爪
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は車両用内燃機関の排気ガ
スの一部を吸気系に還流させる排気再循環装置(EGR
装置)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、車両用内燃機関においては、排気
ガスに含まれるNOxを低減するためのEGR装置を備
えたものがある。このEGR装置は、排気ガスの一部を
排気系から吸気系へ再循環させるものであり、より詳し
くは、内燃機関の吸気系と排気系とを連結する排気再循
環経路に流量制御弁(EGRバルブ)を設け、同内燃機
関の運転状態に応じてEGRバルブを開閉し、排気ガス
の再循環量(EGR流量)を制御するものである。
【0003】さらに、こうしたEGR装置として、例え
ば実開昭61−66640号公報には、エンジン振動、
トルク変動、回転変動等のラフネスを検出するラフネス
センサを設け、同センサにてエンジンの燃焼不安定状態
を検出すると、予め設定された下限EGR量以上の範囲
でEGR量を補正するようにした技術が開示されてい
る。同EGR装置によると、エンジンの出力を低下させ
ることなく前記ラフネスを効率良く低減できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
EGR装置においては、EGRバルブのデポジット、燃
料噴射弁の噴射バラツキ、エアフロメータの特性ずれ、
スロットルバルブのデポジット等の経時変化や部品公差
があった場合、内燃機関が始動されてから、上記制御
(ラフネスを検出しEGR量を補正する制御)が完了す
るまでの間は的確なEGR量とはならない。特に上記期
間においてEGR量過多となった場合には、失火等によ
りドライバビリティが低下したり、ストール(何らかの
原因でエンジントルクが減少しエンジン回転数が低下し
てエンジンが停止すること)が発生したりするおそれが
あった。
【0005】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は経時変化や部品公差があった場合
にも機関始動時から最適なEGR量に制御できるEGR
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項1に記載した発明は、図1に示すように、内
燃機関M1の排気系と吸気系とを連結する排気再循環経
路M2に配設され、排気ガスの一部を前記吸気系に還流
させる流量制御弁M3と、前記流量制御弁M3の内燃機
関M1の運転状態に応じた基本開度を予め記憶した基本
開度記憶手段M4と、前記流量制御弁M3の補正値を予
め記憶した補正値記憶手段M5と、前記基本開度記憶手
段M4による基本開度と、補正値記憶手段M5による補
正値とに基づいて前記流量制御弁M3の開度を制御する
開度制御手段M6とを備えたEGR装置において、前記
内燃機関M1の燃焼状態が安定か否かを検出する燃焼状
態検出手段M7と、前記開度制御手段M6による前記流
量制御弁M3の開度制御中において、燃焼状態検出手段
M7により検出される内燃機関M1の燃焼状態が不安定
状態であるとき、前記補正値記憶手段M5の補正値を
流量制御弁M3の開度を減少させる方向へ修正する補正
値更新手段M8とを設けている。請求項2に記載した発
明は、請求項1記載の内燃機関のEGR装置において、
前記燃焼状態検出手段は、サージ発生の有無を判定し、
サージ発生無しのとき燃焼状態が安定である旨を検出
し、サージ発生有りのとき燃焼状態が不安定である旨を
検出するものであることを要旨とする。 請求項3に記載
した明は、請求項2記載の内燃機関のEGR装置におい
て、前記燃焼状態検出手段は、機関回転数の時間当たり
変動量が所定値以上であるとき前記サージ発生有りを判
定し、機関回転数の時間当たり変動量が所定値未満であ
るとき前記サージ発生無しを判定するものであることを
要旨とする。
【0007】
【作用】上記請求項1に記載した発明の構成によれば、
度制御手段M6は、内燃機関M1の運転状態に応じ、
基本開度記憶手段M4に記憶された流量制御弁M3の基
本開度と、補正値記憶手段M5に記憶された流量制御弁
M3の補正値とに基づいて、同流量制御弁M3が開かれ
て排気系と吸気系とが連通されると、流量制御弁M3の
開度に応じた量の排気ガスが排気再循環経路M2を介し
て吸気系に還流される。
【0008】また、燃焼状態検出手段M7は内燃機関M
1の燃焼状態が安定か否かを検出する。そして、前記開
度制御手段M6によって流量制御弁M3の開度が制御さ
れているときに内燃機関M1が燃焼不安定であると、補
正値更新手段M8は補正値記憶手段M5の補正値を、
量制御弁の開度を減少させる方向へ修正する。このた
め、EGR装置に部品公差や経時変化があっても、補正
値記憶手段M5の補正値は内燃機関M1の燃焼が不安定
とならないよう更新されてゆく、いわゆる学習制御が行
われることになる。このようにして更新された値は、部
品公差や経時変化に対応した補正値として補正値記憶手
段M5に記憶される。従って、内燃機関M1の始動時に
は、この更新された補正値と基本開度とに基づいて流量
制御弁M3の開度が制御されることになり、同始動時か
ら流量制御弁M3の開度を最適に制御することが可能と
なる。上記請求項2に記載した発明の構成によれば、前
記燃焼状態検出手段M7は、サージが発生していれば燃
焼状態が不安定であり、発生していなければ安定である
旨を検出する。 上記請求項3に記載した発明の構成によ
れば、前記燃焼状態検出手段M7は、機関回転数の時間
当たり変動量が所定値以上であるとき、サージが発生し
ていると判断して燃焼状態が不安定である旨を検出し、
機関回転数の時間当たり変動量が所定値未満であると
き、サージは発生していないと判断して燃焼状態が安定
である旨を検出する。
【0009】
【実施例】(第1実施例)以下、本発明を具体化した第
1実施例を図2〜図4に従って説明する。図2はEGR
装置を備えた内燃機関としての自動車用多気筒エンジン
1の概略構成を示す図である。エンジン1はシリンダ2
内にピストン3を備えており、このピストン3の上方に
形成された燃焼室4には、吸気系の一部を構成する吸気
通路5及び排気系の一部を構成する排気通路6が連通し
ている。燃焼室4と吸気通路5との連通部分及び燃焼室
4と排気通路6との連通部分は、吸気バルブ7及び排気
バルブ8によって開閉される。
【0010】前記エンジン1は、吸気通路5からの吸入
空気と、燃料噴射弁9から噴射される燃料とからなる混
合気を、吸気バルブ7を介して燃焼室4内へ導入する。
エンジン1には点火プラグ11が装着されており、同点
火プラグ11には、ディストリビュータ12で分配され
た点火電圧が印加される。ディストリビュータ12は、
イグナイタ13から出力される高電圧を、エンジン1の
クランク角に同期して各点火プラグ11に分配するため
のものであり、各点火プラグ11の点火タイミングはイ
グナイタ13からの高電圧出力タイミングにより決定さ
れる。そして、エンジン1は点火プラグ11により前記
混合気を燃焼室4内で爆発させて駆動力を得た後、その
排気ガスを排気バルブ8を介して排気通路6へ排出す
る。
【0011】前記吸気通路5の一部には、吸気の脈動を
抑えるためのサージタンク14が設けられている。サー
ジタンク14の上流側には、アクセルペダル(図示しな
い)の操作に連動して開閉されるスロットルバルブ15
が設けられており、このスロットルバルブ15の開閉に
より吸気通路5への吸入空気量が調節される。スロット
ルバルブ15の近傍には、その開度を検出するスロット
ルセンサ16が設けられている。また、前記スロットル
バルブ15の上流側には、吸入空気量を検出するための
エアフロメータ17、及びエアクリーナ18が配設され
ている。
【0012】一方、前記排気通路6には、排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素センサ19や、排気ガスを浄化
するための三元触媒コンバータ21が取付けられてい
る。前記排気通路6と吸気通路5との間には、同排気通
路6内の排気ガスを吸気通路5へ還流して排気再循環を
行うためのEGR装置22が設けられている。すなわ
ち、排気通路6からは排気再循環経路としてのEGR管
23が分岐し、その他端が、サージタンク14とスロッ
トルバルブ15との間の吸気通路5に接続されている。
このEGR管23の途中には流量制御弁としてのEGR
バルブ24が配設されている。
【0013】EGRバルブ24は、パルス信号に応じて
ステップモータ25のロータ26が回転し、これにより
弁体27のリフト量が変化しバルブの開口面積が変化す
る、いわゆるステップモータ式のもので、このEGRバ
ルブ24の開度を制御することによって吸気通路5へ還
流される排気ガス量が制御される。前記エンジン1に
は、その運転状態を検出するために、上述のスロットル
センサ16、エアフロメータ17、酸素センサ19の外
に、ディストリビュータ12のロータ12aの回転から
エンジン1の回転数を検出する燃焼状態検出手段として
の回転数センサ28、エンジン1の冷却水温を検出する
水温センサ29が取付けられている。また、エンジン1
に駆動連結された図示しないトランスミッションには、
車速を検出するための車速センサ31が取付けられてい
る。
【0014】前記各種センサは電子制御装置(以下、単
に「ECU」という)32の入力側に電気的に接続され
ている。また、各燃料噴射弁9、イグナイタ13及びE
GRバルブ24は、ECU32の出力側に電気的に接続
されている。ECU32は、開度制御手段及び補正値更
新手段としての中央処理装置(以下CPUという)33
と、基本開度記憶手段としての読み出し専用メモリ(以
下ROMという) 34と、ランダムアクセスメモリ(以
下RAMという)35と、補正値記憶手段としてのバッ
クアップRAM36と、入力ポート37と、出力ポート
38とを備え、これらは互いにバス39によって接続さ
れている。CPU33は、予め設定された制御プログラ
ムに従って各種演算処理を実行し、ROM34はCPU
33で演算処理を実行するために必要な制御プログラム
や初期データを予め記憶している。また、RAM35は
CPU33の演算結果を一時記憶する。バックアップR
AM36は電源が切られた後にも、各種データを保持す
るようバッテリによってバックアップされている。
【0015】ROM34には、図3に示すように、エン
ジン回転数NEと、回転数当たりの吸入空気量QNとの
関係において定められる基本EGRバルブ開度ETEG
RBが二次元マップとして予め記憶されている。バック
アップRAM36には、エンジン1の運転状態に応じた
EGRバルブ24の補正値EGX が記憶される。すなわ
ち、回転数当たりの吸入空気量QNが複数の領域に分け
られ、0.5≦EGX ≦1.0の範囲にガード処理され
て補正値EGX が前記各領域毎に設定されている。本実
施例では補正値EGXとして、 0.0≦QN<0.2の領域ではEG1 、 0.2≦QN<0.4の領域ではEG2 、 0.4≦QN<0.6の領域ではEG3 、 0.6≦QN<0.8の領域ではEG4 、 0.8≦QN<1.0の領域ではEG5 、 1.0≦QNの領域ではEG6 が設定されるとともに、補正値EGX の初期値として
1.0が設定されている。このように、回転数当たりの
吸入空気量QNの領域毎に補正値EGX を設定したの
は、次のような理由による。すなわち、一般にEGR率
(EGR量と吸入空気量との比)は、エンジン1の運転
状態に影響を及ぼさない範囲でできる限り大きいことが
要求される。一方、この要求EGR率は回転数当たりの
吸入空気量QNが大きくなるに従って増加する傾向があ
る。このため、前記のように領域毎に補正値EGX を設
定すれば、単一の補正値を用いた場合よりもきめ細かな
制御を行うことが可能となる。
【0016】CPU33は、入力ポート37を介して前
記スロットルセンサ16、エアフロメータ17、酸素セ
ンサ19、回転数センサ28及び水温センサ29からの
信号を入力する。CPU33はこれらの検出信号に基づ
いて、出力ポート38に接続された燃料噴射弁9及びイ
グナイタ13を制御する。すなわち、CPU33は前記
センサ等の検出値に基づき、スロットル開度TA、吸入
空気量Q、排気ガス中の酸素濃度、冷却水温THW及び
エンジン回転数NEを割り出し、それらの割出した値に
基づいて目標燃料噴射量を算出する。そして、その目標
燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁9に開弁時間信号を出
力して燃料噴射させる。
【0017】次に、前記のように構成された本実施例の
作用を説明する。CPU33は、前記回転数センサ28
及び前記エアフロメータ17からの信号に基づきエンジ
ン回転数NEと回転数当たりの吸入空気量QNとを割り
出す。これらの割り出された値に基づきCPU33は、
そのときの基本EGRバルブ開度ETEGRBと補正値
EGX をそれぞれ求め、両者を乗算することによりEG
Rバルブ開度ETEGRを算出する(ETEGR=ET
EGRB×EGX )。そして、CPU33はこのように
して求めたEGRバルブ開度ETEGRとなるように、
出力ポート38を介してEGRバルブ24のステップモ
ータ25にパルス信号を出力する。これにより、ステッ
プモータ25のロータ26が所定角度回転して弁体27
のリフト量が変化し、バルブの開口面積が変化してEG
R管23が開閉される。このようなEGRバルブ24の
制御中において、CPU33は64ms毎に図4に示す
定時割り込み処理を実行する。
【0018】処理がこのルーチンに移行すると、CPU
33はステップ101でサージ判定領域であるか否かを
判定する。すなわち、CPU33はスロットルセンサ1
6によって検出されたスロットル開度TAの微小変化Δ
TAの絶対値が所定値以下である(例えば、|ΔTA|
≦2°/sec)か否かを判定するとともに、車速セン
サによって検出された車速SPDの微小変化ΔSPDが
所定値以下である(例えば、|ΔSPD|≦1km/h
/sec)か否かを判定する。CPU33は、前記した
両方の条件が満たされた場合には、走行条件が安定して
おり、燃焼状態を誤判定するおそれがないと判断し、ス
テップ102へ移行する。このように、CPU33はス
ロットル開度TA及び車速SPDの変動が少なくほぼ一
定した条件にのみ限定してサージ判定を行う。
【0019】なお、CPU33は、ステップ101にお
いてスロットル開度TAの微小変化ΔTAの絶対値、及
び車速SPDの微小変化ΔSPDの絶対値の少なくとも
いずれか一方が所定値よりも大きいと判定すると、その
ときの運転状態がサージ判定領域でないとしこのルーチ
ンを終了する。続くステップ102で、CPU33はサ
ージ判定を行う。つまり、回転数センサ28によって検
出されたエンジン回転数NEの微小変化ΔNEの絶対値
が所定値以上である(例えば、|ΔNE|≧20rpm
/sec)か否かを判定する。所定値以上である場合に
は、CPU33は燃焼状態が不安定になっている(サー
ジが発生している)と判断し、次のステップ103へ移
行し、回転数当たりの吸入空気量QNで定まるそのとき
の補正値EGX から更新量(感度係数)α(例えば0.
01)を差し引く演算処理を行う。そして、CPU33
はステップ104へ移行し、ステップ103で求められ
た値を新たな補正値EGX とし、これをバックアップR
AM36に記憶させてこのルーチンを終了する。
【0020】なお、CPU33はステップ102におい
てエンジン回転数NEの微小変化ΔNEの絶対値が所定
値未満であると判定すると、サージが発生していないと
してこのルーチンを終了する。このように本実施例のE
GR装置22によれば、まず車速SPD及びスロットル
開度TAが安定しているか否かでサージ判定領域か否か
の判断を行い、サージ判定領域である場合にのみ、回転
数センサ28によるエンジン回転数NEの変動でエンジ
ン1の燃焼状態を検出する。そして、回転数センサ28
によるそのときのエンジン1の燃焼状態が不安定である
場合には、EGRバルブ24の開度を設定するために用
いる補正値EGX を、そのときの回転数当たりの吸入空
気量QNに応じた補正値EGX から更新量αを差し引い
た値に更新するようにした。
【0021】このため、更新した補正値EGX と基本E
GRバルブ開度ETEGRBとを乗算することによって
求まるEGRバルブ開度ETEGRBとなるように、E
GRバルブ24の開度を制御すれば、エンジン1の燃焼
が安定する方向へ修正され、EGR量過多によるサージ
発生が防止される。また、本実施例では、前記のように
更新した補正値EGX がバックアップRAM36に記憶
されるので、キースイッチをオフにしてもこの補正値E
X が保持される。このため、経時変化や部品公差があ
った場合、従来技術では機関始動時からEGRバルブの
開度を要求値に制御するまでの間にEGR量過多となる
おそれがあったのに対し、本実施例では機関始動時から
最適なEGR量に制御でき、失火等によるドライバビリ
ティの低下やストールの発生を未然に防止できる。
【0022】さらに、本実施例では前述のように一旦サ
ージが検出されると、サージが発生しなくなるまでEG
R量が減量され、サージが検出されなくなるとそのEG
R量が維持される。従って、サージが発生しない範囲で
最大のEGR量が確保され、排気エミッション(N
X )が効果的に低減される。また、前記のようにEG
R量が多いと同一スロットル開度ではエンジン1の燃焼
室4内に吸入される新気が減るので、同一エンジントル
クを得るにはスロットル開度TAが大きくなるよう制御
される。これによりポンピングロスが低減し、燃費が向
上する。
【0023】また、本実施例では回転数当たりの吸入空
気量QNを複数の領域に分け、領域毎に補正値EGX
設定したので、経時変化や部品公差の影響が組み合わさ
った場合のような複雑なずれにも対応することが可能で
ある。 (第2実施例)次に、本発明の第2実施例について説明
する。
【0024】本実施例ではサージが発生しない場合、補
正値EGX を増量側に更新している点が前記第1実施例
と異なっている。図5で示すように、CPU33はステ
ップ102においてエンジン回転数NEの微小変化ΔN
Eの絶対値が所定値未満(この場合、|ΔNE|<20
rpm/sec)であると判定すると、サージが発生し
ていないとして次のステップ105へ移行する。ステッ
プ105でCPU33は、回転数当たりの吸入空気量Q
Nで定まるそのときの補正値EGX に更新量(感度係
数)β(例えば0.005)を加える演算処理を行う。
そして、CPU33はステップ104へ移行し、前記ス
テップ105で求められた値を新たな補正値EGX
し、これをバックアップRAM36に記憶させてこのル
ーチンを終了する。なお、この場合の補正値EGX は、
例えば0.5≦EGX ≦1.5の範囲にガード処理され
て回転数当たりの吸入空気量QNの領域毎に設定されて
いる。
【0025】従って、本実施例によると前記第1実施例
と同様な作用及び効果を奏する外、サージを検出しない
時には積極的にEGR量を増量し、サージを検出したら
EGR量を減量して、サージが発生しない範囲で常に最
大のEGR量に維持することが可能となり、機関始動時
から常に最適なEGR量を確保できる。なお、本発明は
前記実施例の構成に限定されるものではなく、例えば以
下のように発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更
してもよい。 (1)前記実施例では、既設の回転数センサ28によっ
て燃焼状態を検出するようにしたが、燃焼圧センサや加
速度センサ等を用いて燃焼状態を検出するようにしても
よい。これらのセンサを用いた場合にも、前記実施例と
同様にサージを回避することができる。 (2)前記実施例では回転数当たりの吸入空気量QNを
複数の領域に分け、各領域毎に補正値EGX を設定した
が、これ以外にも、吸入空気量Qを複数の領域に分け、
各領域毎に補正値を設定したり、エンジン回転数NE
と、回転数当たりの吸入空気量QNとの関係において複
数の領域毎に補正値を設定したりしてもよい。また、イ
ンテークマニホールドの圧力を測定して燃料噴射を行う
ようにしたエンジン制御システム、いわゆるD−Jの場
合には、吸気管圧PMを複数の領域に分け、領域毎(二
次元)に補正値を設定してもよい。 (3)基本EGRバルブ開度ETEGRBの二次元マッ
プとしては、高負荷高回転域を含むNE−QN全領域に
わたってマップ値を設定したものを用いてもよい。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のEGR装置
によれば、流量制御弁の開度制御中に内燃機関の燃焼状
態が不安定になると、同流量制御弁の開度を決定するた
めの補正値を、内燃機関の燃焼が安定する方向へ修正す
るようにしたので、部品公差や経時変化があっても機関
始動時から最適なEGR量に制御でき、EGR量過多に
よるサージを防止しつつ、サージが出ない範囲で最大限
のEGR量を確保することができるという優れた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的構成を示す図である。
【図2】第1実施例におけるEGR装置を備えたエンジ
ンの概略構成を示す図である。
【図3】第1実施例における基本EGRバルブ開度のマ
ップを示す図である。
【図4】第1実施例において、エンジンの運転状態に応
じてEGRバルブの補正値EG X を更新するためのフロ
ーチャートである。
【図5】第2実施例において、エンジンの運転状態に応
じてEGRバルブの補正値EG X を更新するためのフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
M1…内燃機関、M2…排気再循環経路、M3…流量制
御弁、M4…基本開度記憶手段、M5…補正値記憶手
段、M6…開度制御手段、M7…燃焼状態検出手段、M
8…補正値更新手段、1…内燃機関としてのエンジン、
5…吸気系の一部を構成する吸気通路、6…排気系の一
部を構成する排気通路、23…排気再循環経路としての
EGR管、24…流量制御弁としてのEGRバルブ、2
8…燃焼状態検出手段としての回転数センサ、33…開
度制御手段及び補正値更新手段としてのCPU、34…
基本開度記憶手段としてのROM、36…補正値記憶手
段としてのバックアップRAM、ETEGRB…基本E
GRバルブ開度、EGX …EGRバルブの補正値

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系と吸気系とを連結する
    排気再循環経路に配設され、排気ガスの一部を前記吸気
    系に還流させる流量制御弁と、 前記流量制御弁の内燃機関の運転状態に応じた基本開度
    を予め記憶した基本開度記憶手段と、 前記流量制御弁の補正値を予め記憶した補正値記憶手段
    と、 前記基本開度記憶手段による基本開度と、補正値記憶手
    段による補正値とに基づいて前記流量制御弁の開度を制
    御する開度制御手段とを備えたEGR装置において、 前記内燃機関の燃焼状態が安定か否かを検出する燃焼状
    態検出手段と、 前記開度制御手段による前記流量制御弁の開度制御中に
    おいて、燃焼状態検出手段により検出される内燃機関の
    燃焼状態が不安定状態であるとき、前記補正値記憶手段
    の補正値を、流量制御弁の開度を減少させる方向へ修正
    する補正値更新手段とを設けたことを特徴とするEGR
    装置。
  2. 【請求項2】 前記燃焼状態検出手段は、サージ発生の
    有無を判定し、サージ発生無しのとき燃焼状態が安定で
    ある旨を検出し、サージ発生有りのとき燃焼状態が不安
    定である旨を検出するものである請求項1記載の内燃機
    関のEGR装置。
  3. 【請求項3】 前記燃焼状態検出手段は、機関回転数の
    時間当たり変動量が所定値以上であるとき前記サージ発
    生有りを判定し、機関回転数の時間当たり変動量が所定
    値未満であるとき前記サージ発生無しを判定するもので
    ある請求項2記載の内燃機関のEGR装置。
JP3031028A 1991-02-26 1991-02-26 Egr装置 Expired - Fee Related JP2870201B2 (ja)

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