JP3307169B2 - エンジンの空気過剰率検出方法および空気過剰率制御装置 - Google Patents

エンジンの空気過剰率検出方法および空気過剰率制御装置

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JP3307169B2 JP16265795A JP16265795A JP3307169B2 JP 3307169 B2 JP3307169 B2 JP 3307169B2 JP 16265795 A JP16265795 A JP 16265795A JP 16265795 A JP16265795 A JP 16265795A JP 3307169 B2 JP3307169 B2 JP 3307169B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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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、自動車用ターボ過給機
付ディーゼルエンジン等の燃料供給システムや排気浄化
システムに用いられる、ターボ過給機付エンジンの排気
圧力検出装置および空気過剰率検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの主たる有害排出成
分としては、燃料分布の不均一等による黒煙や未燃ＨＣ
等の他、高温下での燃焼に起因するＮＯX が挙げられ
る。ディーゼルエンジンにおけるＮＯX 低減手段として
は、余剰酸素が多いためにガソリンエンジンのような還
元触媒が適用できず、燃料噴射時期の遅延（タイミング
リタード）や水噴射が研究されている。しかし、前者は
出力や燃費の低下とＣＯやＨＣの増加が避けられず、後
者は水噴射装置や水タンクの搭載や潤滑油への水混入等
の問題がある。そこで、構造が比較的簡便で弊害も少な
いことから、不活性物質である排気ガスをＥＧＲガスと
して燃焼室に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置
の実用化が進められている。
【０００３】ディーゼルエンジン用のＥＧＲ装置では、
ＥＧＲガスの還流量（以下、ＥＧＲ量と記す）が過剰に
なると、空気過剰率の低下による吐煙の悪化やＨＣの急
増，燃費の低下の他、遊離カーボンやパティキュレート
の混入によるエンジンオイルの劣化から機関耐久性の低
下等が起こる。そのため、これらの不具合を極力抑えな
がらＮＯX の低減を図るためには、空気過剰率を検出し
て、ＥＧＲ量をフィードバック制御する電子制御式が望
ましい。空気過剰率を検出する方法としては、ＣＯ2 分
析計を用いる方法と、リニア空燃比センサ（以下、ＬＡ
ＦＳと記す）を用いる方法とが一般的である。
【０００４】ところが、周知のようにＣＯ2 分析計はそ
の体格や重量が大きいため、ベンチテスト等には使用で
きるが、車載用としては現実的ではなかった。一方、Ｌ
ＡＦＳを用いたＥＧＲ装置としては、特開昭５５−７９
６４号公報や特開昭６３−２０１３５６号公報に記載さ
れたものがある。前者のＥＧＲ装置では、排気系にＬＡ
ＦＳを取り付け、その出力電流が所定の閾値を上回った
場合にはＥＧＲ弁を開放方向に駆動し、下回った場合に
は逆に閉鎖方向に駆動する。また、後者のＥＧＲ装置で
は、燃料噴射ポンプのレバー開度とエンジン回転速度と
をパラメータとするＥＧＲ量の制御マップに基づきＥＧ
Ｒ弁を駆動する一方、排気系に取り付けられたＬＡＦＳ
によりＥＧＲ弁開度（制御マップ）の補正を行ってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらＬＡ
ＦＳを用いてＥＧＲ量をフィードバック制御するＥＧＲ
装置にも、以下に述べる問題があった。例えば、ＬＡＦ
Ｓは排気系に取り付けられているため、燃焼室内で実際
に空気過剰率が変化しても、ＬＡＦＳに排気ガスが到達
するまでに移送遅れが生じる。また、ＬＡＦＳは、酸素
濃淡電池の原理により空気過剰率に応じた電流を出力す
る構造であり、保護管を介してガス交換を行うため、空
気過剰率の変化に対する応答性自体が低い。そのため、
燃料噴射量が急変する加速時や減速時等には、図９に示
したように、空気過剰率の変化をＬＡＦＳが検出するま
でに遅れ（通常は十数行程）が生じる。尚、図９は燃料
噴射量を急増させた場合であり、実線は実際の空気過剰
率変化を示し、二点鎖線はＬＡＦＳによる検出結果を示
してある。したがって、ＥＧＲ装置の制御にも当然に遅
れが生じ、ＮＯX 排出量あるいは黒煙排出量が増加する
不具合があった。特に、もともと黒煙が排出されやすい
加速直後には、ＥＧＲ量の過剰により、黒煙の排出量が
更に増加する問題があった。
【０００６】一方、ＬＡＦＳを用いず、燃料噴射量とエ
アフローセンサ等により検出した新気量とに基づき、空
気過剰率を算出する方法も考えられている。ところが、
ディーゼルエンジン等では、ＥＧＲガス中にも多量の酸
素が含まれているため、この方法を用いて空気過剰率を
正確に推定することはできなかった。本発明は、上記状
況に鑑みなされたもので、比較的簡便かつ安価な装置構
成を採りながら、ディーゼルエンジン等における空気過
剰率の迅速かつ正確な検出・制御を実現する空気過剰率
検出方法と空気過剰率制御装置とを提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、車両に搭載されたエンジンの燃焼室における空
気過剰率を検出する空気過剰率検出方法において、上記
車両のアクセルペダルの操作量に基づき、上記エンジン
への燃料供給量を繰り返し設定する第１ステップと、上
記エンジンの排気系における実空気過剰率を測定する第
２ステップと、上記燃料供給量と上記実空気過剰率とに
基づき、上記エンジンの今回の等価吸入新気量を推定す
る第３ステップと、上記第１ステップで今回設定された
燃料供給量を今回の燃料供給量とし、該今回の燃料供給
量と上記今回の等価吸入新気量とに基づき、燃焼室にお
ける今回の空気過剰率を推定する第４ステップと、推定
された前回の空気過剰率が所定の下限値以下であるとき
には、上記今回の燃料供給量を前記アクセルペダル操作
量に基づく上記燃料供給量より減少させる第５ステップ
とを含むものを提案する。
【０００８】また、請求項２では、車両に搭載されたエ
ンジンの空気過剰率を制御する空気過剰率制御装置にお
いて、上記車両のアクセルペダルの操作量に基づき、上
記エンジンへの燃料供給量を繰り返し設定する燃料供給
量設定手段と、同燃料供給量設定手段によって設定され
た燃料供給量に基づき、上記エンジンに燃料を供給する
燃料供給手段と、上記エンジンの排気系における実空気
過剰率を測定する実空気過剰率測定手段と、上記燃料供
給量設定手段によって設定された燃料供給量と、上記実
空気過剰率測定手段によって測定された実空気過剰率と
に基づき、上記エンジンの今回の等価吸入新気量を推定
する等価吸入新気量推定手段と、上記燃料供給量設定手
段によって今回設定された燃料供給量を今回の燃料供給
量とし、該今回の燃料供給量と上記等価吸入新気量推定
手段によって推定された今回の等価吸入新気量とに基づ
き、燃焼室における今回の空気過剰率を推定する空気過
剰率推定手段と、上記エンジンの目標空気過剰率を設定
する目標空気過剰率設定手段と、上記燃焼室における今
回の空気過剰率と上記目標空気過剰率との偏差を無くす
方向に空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段とを備
え、上記燃料供給量設定手段は、空気過剰率推定手段に
よって推定された前回の空気過剰率が所定の下限値以下
であるときには、今回の燃料供給量を前記アクセルペダ
ル操作量に基づく上記燃料供給量より減少させるものを
提案する。
【０００９】また、請求項３では、請求項２の空気過剰
率制御装置において、上記エンジンの排気ガスの一部を
吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を更に備え、上
記空気過剰率制御手段は、上記燃焼室における今回の空
気過剰率と上記目標空気過剰率との偏差に基づき、上記
排気ガス再循環装置による排気ガス還流量を制御するも
のを提案する。
【００１０】また、好ましい態様として、請求項２また
は３の空気過剰率制御装置において、上記等価吸入新気
量推定手段は、上記燃料供給量として所定行程前のもの
を用いるものであるのがよい。また、この際、さらに好
ましい態様として、上記等価吸入新気量推定手段は、上
記燃料供給量として、上記燃焼室から上記実空気過剰率
測定手段までの移送遅れに対応するものを用いるもので
あるのがよい。
【００１１】また、このとき、さらに好ましい態様とし
て、上記等価吸入新気量推定手段は、上記燃料供給量と
して、上記実空気過剰率測定手段の応答遅れに対応する
ものを用いるものであるのがよい。また、他の好ましい
態様として、請求項２または３の空気過剰率制御装置に
おいて、上記燃料供給手段は上記エンジンの燃焼室内に
直接燃料を噴射するものであるのがよい。
【００１２】また、さらに好ましい態様として、請求項
２または３の空気過剰率制御装置において、上記実空気
過剰率測定手段は、リニア空燃比センサであるのがよ
い。また、請求項４では、請求項２または３の空気過剰
率制御装置において、上記等価吸入新気量推定手段は、
前記アクセルペダル操作量に基づく上記燃料供給量と上
記実空気過剰率と理論空燃比とに基づき、等価吸入新気
量を推定するものを提案する。
【００１３】また、請求項５では、請求項２〜４の空気
過剰率制御装置において、上記空気過剰率推定手段は、
上記等価吸入新気量と上記今回の燃料供給量と理論空燃
比とに基づき、空気過剰率を推定するものを提案する。
また、請求項６では、請求項２〜５の空気過剰率制御装
置において、上記目標空気過剰率設定手段は、エンジン
回転速度と今回の燃料供給量とから目標空気過剰率を設
定するものを提案する。
【００１４】また、好ましい態様として、請求項３〜６
の空気過剰率制御装置において、上記空気過剰率制御手
段は、上記燃焼室における今回の空気過剰率と上記目標
空気過剰率との偏差に基づき、上記排気ガス再循環装置
の開弁量を少なくとも比例制御と積分制御とにより設定
するものであるのがよい。また、この際、さらに好まし
い態様として、上記空気過剰率制御手段は、上記偏差が
所定の範囲にない場合には、上記積分制御における積分
項の積算を行わないものであるのがよい。
【００１５】また、好ましい態様として、請求項２の空
気過剰率制御装置において、上記燃料供給量設定手段
は、上記燃焼室における空気過剰率と上記下限値とに基
づき、上記燃料供給量の減少率を算出するものであるの
がよい。
【００１６】
【作用】請求項１の空気過剰率検出方法では、例えば、
燃料供給量とＬＡＦＳにより測定した排気系における実
空気過剰率とから今回の等価吸入新気量を推定した後、
その等価吸入新気量と今回の燃料供給量とから今回の空
気過剰率を推定する。この際、推定された前回の空気過
剰率が所定の下限値以下であるときには、今回の燃料供
給量はアクセルペダル操作量に基づく燃料供給量より減
少させられる。また、請求項２の空気過剰率制御装置で
は、例えば、等価吸入新気量推定手段が燃料供給量とＬ
ＡＦＳにより測定した排気系における実空気過剰率とか
ら今回の等価吸入新気量を推定した後、空気過剰率推定
手段がその等価吸入新気量と今回の燃料供給量とから今
回の空気過剰率を推定し、しかる後、空気過剰率制御手
段が推定した空気過剰率と目標空気過剰率との偏差を無
くす方向に空気過剰率を制御する。この際、空気過剰率
推定手段によって推定された前回の空気過剰率が所定の
下限値以下であるときには、燃料供給量設定手段は今回
の燃料供給量をアクセルペダル操作量に基づく燃料供給
量より減少させる。
【００１７】また、請求項３の空気過剰率制御装置で
は、空気過剰率制御手段が、例えば、目標空気過剰率か
ら推定した空気過剰率を減ずることにより偏差を算出
し、その偏差が正の場合には排気ガス還流量を減少さ
せ、負の場合には逆に排気ガス還流量を増大させる。ま
た、請求項２または３の空気過剰率制御装置の好ましい
態様では、等価吸入新気量推定手段が、例えば、ＬＡＦ
Ｓにより測定した排気系における実空気過剰率とそれに
対応する所定行程前の燃料供給量とから今回の等価吸入
新気量を推定する。
【００１８】また、この際、空気過剰率制御装置のさら
に好ましい態様では、等価吸入新気量推定手段が、例え
ば、燃焼室で燃料噴射が行われてからＬＡＦＳに排気ガ
スが到達するまでの移送遅れを補償するべく、所定行程
前の燃料供給量と実空気過剰率とから今回の等価吸入新
気量を推定する。また、このとき、空気過剰率制御装置
のさらに好ましい態様では、等価吸入新気量推定手段
が、例えば、ＬＡＦＳに排気ガスが到達してから空気過
剰率が検出されるまでの応答遅れを補償するべく、所定
行程前の燃料供給量と実空気過剰率とから今回の等価吸
入新気量を推定する。
【００１９】また、請求項２または３の空気過剰率制御
装置の他の好ましい態様では、燃焼室内に機械式あるい
は電磁式の燃料噴射弁から軽油やガソリン等の燃料が噴
射される。また、請求項２または３の空気過剰率制御装
置のさらに好ましい態様では、ＬＡＦＳが排気ガス中の
酸素濃度すなわち空気過剰率に応じた電流を出力する。
また、請求項４の空気過剰率制御装置では、等価吸入新
気量推定手段が、アクセルペダル操作量に基づく燃料供
給量に実空気過剰率を乗じたものに、更に理論空燃比を
乗じることにより等価吸入新気量を推定する。
【００２０】また、請求項５の空気過剰率制御装置で
は、空気過剰率推定手段が、上記等価吸入新気量を上記
今回の燃料供給量で除したものを、更に理論空燃比で除
すことにより空気過剰率を推定する。また、請求項６の
空気過剰率制御装置では、目標空気過剰率設定手段が、
エンジン回転速度と今回の燃料供給量とに基づき、例え
ばマップから目標空気過剰率を検索する。
【００２１】また、請求項３〜６の空気過剰率制御装置
の好ましい態様では、空気過剰率制御手段が、所定の比
例ゲインと積分ゲインとを用い、今回の空気過剰率と目
標空気過剰率との偏差から積分項と比例項とを算出し、
それらを和することにより排気ガス再循環装置の開弁量
を設定する。また、この際、空気過剰率制御装置のさら
に好ましい態様では、今回の空気過剰率と目標空気過剰
率との偏差が所定の範囲にない場合、空気過剰率制御手
段が、例えば、積分ゲインを０にして積分項の積算を中
止する。
【００２２】また、請求項２の空気過剰率制御装置の好
ましい態様では、空気過剰率推定手段によって推定され
た前回の空気過剰率が所定の下限値以下であるときに
は、アクセルペダルの操作量に基づき設定した燃料供給
量に上記下限値を乗じた後、上記燃焼室における空気過
剰率で除すことにより燃料供給量を減少させる。
【００２３】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係る排気圧
力検出装置および空気過剰率検出装置の一実施例を詳細
に説明する。図１は、ＥＧＲ装置が取付けられたエンジ
ン制御システムの概略構成図であり、同図において１は
自動車用の直列４気筒ディーゼルエンジンエンジン（以
下、単にエンジンと記す）を示す。エンジン１のシリン
ダヘッド２には、渦流室３が形成されると共に、この渦
流室３に燃料を噴射する燃料噴射ノズル４が各気筒毎に
取り付けられている。エンジン１には電子ガバナ５を有
する分配型の燃料噴射ポンプ６が付設されており、燃料
噴射管７を介して、各燃料噴射ノズル４に燃料を供給す
る。尚、燃料噴射ポンプ６は、エンジン１の図示しない
クランクシャフトにより駆動されると共に、ＥＣＵ（エ
ンジン制御ユニット）８に制御された電子ガバナ５によ
り燃料の噴射時期や噴射期間が設定される。図中、９は
シリンダヘッド２に取付けられて冷却水温Ｔw を検出す
る水温センサであり、１０は燃料噴射ポンプ６に取り付
けられてエンジン回転速度Ｎe を検出するＮe センサで
ある。
【００２４】シリンダヘッド２には、吸気マニホールド
１１を介して、図示しないエアクリーナからの新気を導
入する吸気管１２が接続しており、その管路にはターボ
過給機１３のコンプレッサ１４とインタークーラ１５と
が配設されている。図中、１６は吸気温度Ｔa を検出す
る吸気温センサ、１７は吸気圧力（Manifold Absolute
Pressure）Ｐb を検出するブースト圧センサであり、い
ずれも吸気マニホールド１１に取り付けられている。ま
た、シリンダヘッド２には、排気マニホールド２０を介
して、ターボ過給機１３のタービン２１と排気管２２と
が接続している。図中、２３は過給圧の過上昇時に排気
マニホールド２０からタービン２１の下流に排気ガスを
逃がすウエストゲートバルブであり、２４はウエストゲ
ートアクチュエータである。また、２５は排気ガス中の
ＣＯやＨＣを浄化する酸化触媒である。尚、本実施例の
エンジン１では、排気マニホールド２０に、理論空燃比
より希薄側において空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を連続的
に出力するＬＡＦＳ２６と、排気ガス温度を検出する排
気温度Ｔe を検出する排気温センサ２７とが取り付けら
れている。
【００２５】一方、排気マニホールド２０と吸気マニホ
ールド１１とはＥＧＲパイプ３０を介して連通されてお
り、このＥＧＲパイプ３０の管路が吸気マニホールド１
１側に設けられたＥＧＲ弁３１の弁体３２により開放・
遮断されるようになっている。ＥＧＲ弁３１は負圧作動
式で、弁体３２，ダイヤフラム３３，リターンスプリン
グ３４，負圧室３５からなっている。図中、３６はＥＧ
Ｒ弁３１の開度ＡE を検出するＥＧＲポジションセンサ
である。
【００２６】ＥＧＲ弁３１の負圧室３５は、ホース４
０，４１と負圧側ＥＧＲソレノイド４２とを介してバキ
ュームポンプ４３に接続すると共に、ホース４４と大気
側ＥＧＲソレノイド４５とを介して大気に連通してい
る。バキュームポンプ４３は、オルタネータ４６の回転
軸により駆動され、エンジン１の運転中は常に負圧を発
生する。負圧側ＥＧＲソレノイド４２は、ＯＮ状態でホ
ース４０，４１を連通し、ＯＦＦ状態でホース４０，４
１を遮断する。また、大気側ＥＧＲソレノイド４５はＯ
ＦＦ状態でホース４４を大気に連通し、ＯＮ状態でホー
ス４４を遮断する。したがって、両ＥＧＲソレノイド４
２，４５を適宜ＯＮあるいはＯＦＦ状態にすることで、
ＥＧＲ弁３１の負圧室３５に負圧あるいは大気が導入さ
れ、ＥＧＲ弁３１の開度ＡE が制御されることになる。
【００２７】前述したＥＣＵ８は、車室内に設置されて
おり、図示しない入出力装置，制御プログラムの内蔵等
を行う記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等），中央処理装置
（ＣＰＵ）等を具えている。ＥＣＵ８の入力側には、上
述した各センサを始め種々のセンサやスイッチ類からの
検出情報が入力し、ＥＣＵ８は、これらの検出情報と制
御マップとに基づき、電子ガバナ５を始めとして、両Ｅ
ＧＲソレノイド４２，４５等の駆動制御を行う。
【００２８】以下、本実施例における空気過剰率の検出
手順を説明する。運転者がイグニッションキーをＯＮに
してエンジン１がスタートし、所定の条件（本実施例の
場合、水温ＴWが７０℃以上、始動後３０秒以上経過、
ブースト圧センサ１７やＥＧＲポジションセンサ３６が
正常であること等）が満たされると、ＥＣＵ８は、エン
ジン１の一行程毎に、図２〜図３のフローチャートと図
４のブロック図とに示した空気過剰率検出サブルーチン
を繰り返し実行する。このサブルーチンを開始すると、
ＥＣＵ８は、先ず図２のステップＳ２で、電子ガバナ５
とＮeセンサ１０とから出力されたアクセル開度情報θa
cc（％）とエンジン回転速度Ｎe（rpm）とに基づき、ア
クセル指示燃料量ＱFacc(cc/st)を図９のマップから検
索する（第１ステップ）。次に、ＥＣＵ８は、ステップ
Ｓ４で、後述する空気過剰率制限フラグＦλが１である
か否かを判定し、この判定がＮｏ（否定）であれば、ス
テップＳ６で、アクセル指示燃料量ＱFaccをそのまま今
回の燃料噴射量ＱFI(i)とする。また、ステップＳ４の
判定がＹes（肯定）の場合、ＥＣＵ８は、ステップＳ８
で、下式により今回の燃料噴射量ＱFI(i)を算出する
（第５ステップ）。ここで、λlimは後述する空気過剰
率下限値、λ(i-1)は空気過剰率の前回値であり、この
処理により空気過剰率の低下に起因する黒煙の発生等が
防止される。
【００２９】ＱFI(i) ＝（λlim ／λ(i-1) ）・ＱFacc ステップＳ６あるいはステップＳ８で今回の燃料噴射量
ＱFI(i) を求めると、ＥＣＵ８は、ステップＳ１０で、
４行程前の燃料噴射量ＱFI(i-4) を移送遅れ燃料噴射量
ＱFJ(i) として置き換えた後、ステップＳ１２で下式に
より応答遅れ燃料噴射量ＱF(i)を算出する。ここで、ｋ
はなまし係数であり、この演算によりＬＡＦＳ２６が現
在検出している空気過剰率に対応する燃料噴射量を、応
答遅れ燃料噴射量ＱF(i)として得ることが可能となる。
【００３０】 ＱF(i)＝ｋ・ＱF(i-1)＋（１−ｋ）・ＱFJ(i) 応答遅れ燃料噴射量ＱF(i)の算出を終えると、ＥＣＵ８
は、ステップＳ１４でＬＡＦＳ２６が検出した実空気過
剰率λｍを読み込んだ後（第２ステップ）、ステップＳ
１６で下式により等価吸入新気量ＱA(i)を算出する（第
３ステップ）。ここで、14.5はディーゼルエンジンにお
ける理論空燃比である。尚、算出された等価吸入新気量
ＱA(i)は、実際には移送遅れと応答遅れとにより十数行
程前の値となるが、その時間的変動量が極めて小さいた
め、本実施例においては今回値として扱う。
【００３１】 ＱA(i)＝ＱF(i)・λｍ・14.5 等価吸入新気量ＱA(i)の算出を終えると、ＥＣＵ８は、
図３のステップＳ１８で、今回の燃料噴射量ＱFI(i)と
等価吸入新気量ＱA(i)とに基づき、下式により今回の空
気過剰率λ(i)を算出する（第４ステップ）。 λ(i)＝ＱA(i)／（ＱFI(i)・14.5） 空気過剰率λ(i)の算出を終えると、ＥＣＵ８は、ステ
ップＳ２０で今回の空気過剰率λ(i)が空気過剰率下限
値λlim（本実施例の場合、１．５）より大きいか否か
を判定し、この判定がＹesであればステップＳ２２で空
気過剰率制限フラグＦλを０とする。また、ステップＳ
２０の判定がＮｏ、すなわち燃焼室内の平均空燃比がオ
ーバリッチとなった場合、ＥＣＵ８は、ステップＳ２４
で空気過剰率制限フラグＦλを１とする。これにより、
次回の燃料噴射量ＱFI(i+1)が前述したステップＳ８で
減少させられ、空気過剰率λ(i)が空気過剰率下限値λl
imより小さくなることが防止される（第５ステップ）。
【００３２】さて、本実施例では、空気過剰率検出サブ
ルーチンと並行して、ＥＣＵ８は、エンジン１の一行程
毎に、図５，図６のフローチャートと図７のブロック図
とに示したＥＧＲ制御サブルーチンを繰り返し実行す
る。このサブルーチンを開始すると、ＥＣＵ８は、先ず
図５のステップＳ３０で、エンジン回転速度Ｎe と空気
過剰率検出サブルーチンで求めた燃料噴射量ＱFI(i) と
に基づき、図示しないマップから目標空気過剰率λtarg
etを検索する。次に、ＥＣＵ８は、ステップＳ３２で、
この目標空気過剰率λtargetと空気過剰率検出サブルー
チンで求めた今回の空気過剰率λ(i) との偏差Δλを算
出する。
【００３３】目標空気過剰率λtargetと今回の空気過剰
率λ(i) との偏差Δλの算出を終えると、ＥＣＵ８は、
ステップＳ３４で、所定の比例ゲインＫP を用いて、下
式によりＥＧＲ制御の比例項ＥPPを算出する。 ＥPP＝ＫP ・Δλ 次に、ＥＣＵ８は、ステップＳ３６で、偏差Δλが上限
値λU と下限値λL との間にあれば比例ゲインＫI を所
定の値に設定する一方、偏差Δλがその範囲から外れて
いた場合には比例ゲインＫI を０に設定した後、ステッ
プＳ３８で、下式によりＥＧＲ制御の積分項ＥPIを算出
する。これは、偏差が上限値λU より大きい場合や下限
値λL より小さい場合、積分項ＥPIの絶対値が大きくな
り過ぎ、運転状態の変化に対する制御追従性が悪くなる
ためである。
【００３４】ＥPI＝ＥPI＋ＫI ・Δλ 比例項ＥPPと積分項ＥPIとの算出を終えると、ＥＣＵ８
は、ステップＳ４０でＥＧＲ弁開度の基本補正量ＥP を
下式により算出する。 ＥP ＝ＥPP＋ＥPI 次に、ＥＣＵ８は、ステップＳ４２で、算出した基本補
正量ＥP を所定の上下限値でクリップするリミッタ処理
を行い、ＥＧＲ弁３１の開度補正量Ｅposcを決定する。
【００３５】次に、ＥＣＵ８は、図６のステップＳ４４
で、エンジン回転速度Ｎe と燃料噴射量ＱFI(i) とに基
づき図示しないマップからＥＧＲ弁３１の目標開度Ｅo
を検索し、ステップＳ４６で下式により目標ＥＧＲ弁開
度Ｅpos を算出する。 Ｅpos ＝Ｅo ＋Ｅposc 次に、ＥＣＵ８は、ステップＳ４８で目標ＥＧＲ弁開度
Ｅpos に基づきＥＧＲ弁３１を駆動制御した後、スター
トに戻って制御を繰り返す。
【００３６】このように、本実施例では、ＬＡＦＳ２６
が検出した実空気過剰率λｍをそのまま用いるのではな
く、実空気過剰率λｍから等価吸入新気量ＱA(i)を求
め、これと燃料噴射量ＱFI(i) とから空気過剰率λ(i)
を算出するようにしたため、従来装置と比較して空気過
剰率制御を正確かつ迅速に行うことが可能となった。そ
して、検出した空気過剰率に基づきＥＧＲ弁の駆動制御
を行うことで、加速時や減速時等にもＥＧＲガスの還流
を適切に行うことができ、黒煙やＮＯX の排出量を極め
て低く抑えることができた。
【００３７】以上で具体的実施例の説明を終えるが、本
発明の態様はこの実施例に限るものではない。例えば、
上記実施例はターボ過給機を備えたディーゼルエンジン
に本発明を適用したものであるが、自然吸気のディーゼ
ルエンジンや希薄燃焼方式のガソリンエンジン等にも好
適である。また、上記実施例では、移送遅れ燃料噴射量
として４行程前の燃料噴射量を用いたが、運転状態等に
応じて３行程以前あるいは５行程以降の燃料噴射量を用
いる可変方式を採ってもよい。また、上記実施例では空
気過剰率を１吸気行程毎に推定するようにしたが、行程
と非同期で推定を行うようにしてもよい。更に、エンジ
ン制御システムの具体的構成や制御手順等については、
本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能で
ある。
【００３８】
【発明の効果】本発明の請求項１によれば、車両に搭載
されたエンジンの燃焼室における空気過剰率を検出する
空気過剰率検出方法において、上記車両のアクセルペダ
ルの操作量に基づき、上記エンジンへの燃料供給量を繰
り返し設定する第１ステップと、上記エンジンの排気系
における実空気過剰率を測定する第２ステップと、上記
燃料供給量と上記実空気過剰率とに基づき、上記エンジ
ンの今回の等価吸入新気量を推定する第３ステップと、
上記第１ステップで今回設定された燃料供給量を今回の
燃料供給量とし、該今回の燃料供給量と上記今回の等価
吸入新気量とに基づき、燃焼室における今回の空気過剰
率を推定する第４ステップと、推定された前回の空気過
剰率が所定の下限値以下であるときには、上記今回の燃
料供給量を前記アクセルペダル操作量に基づく上記燃料
供給量より減少させる第５ステップとを含むようにした
ため、空気過剰率を正確かつ迅速に検出することが可能
となるとともに、排気ガス再循環装置が追従できない間
も、黒煙排出量を削減させることが可能となる。
【００３９】また、請求項２によれば、車両に搭載され
たエンジンの空気過剰率を制御する空気過剰率制御装置
において、上記車両のアクセルペダルの操作量に基づ
き、上記エンジンへの燃料供給量を繰り返し設定する燃
料供給量設定手段と、同燃料供給量設定手段によって設
定された燃料供給量に基づき、上記エンジンに燃料を供
給する燃料供給手段と、上記エンジンの排気系における
実空気過剰率を測定する実空気過剰率測定手段と、上記
燃料供給量設定手段によって設定された燃料供給量と、
上記実空気過剰率測定手段によって測定された実空気過
剰率とに基づき、上記エンジンの今回の等価吸入新気量
を推定する等価吸入新気量推定手段と、上記燃料供給量
設定手段によって今回設定された燃料供給量を今回の燃
料供給量とし、該今回の燃料供給量と上記等価吸入新気
量推定手段によって推定された今回の等価吸入新気量と
に基づき、燃焼室における今回の空気過剰率を推定する
空気過剰率推定手段と、上記エンジンの目標空気過剰率
を設定する目標空気過剰率設定手段と、上記燃焼室にお
ける今回の空気過剰率と上記目標空気過剰率との偏差を
無くす方向に空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段
と、上記燃料供給量設定手段は、空気過剰率推定手段に
よって推定された前回の空気過剰率が所定の下限値以下
であるときには、今回の燃料供給量を前記アクセルペダ
ル操作量に基づく上記燃料供給量より減少させるように
したため、空気過剰率を正確かつ迅速に制御することが
可能となるとともに、排気ガス再循環装置が追従できな
い間も、黒煙排出量を削減させることが可能となる。
【００４０】また、請求項３によれば、請求項２の空気
過剰率制御装置において、上記エンジンの排気ガスの一
部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を更に備
え、上記空気過剰率制御手段は、上記燃焼室における今
回の空気過剰率と上記目標空気過剰率との偏差に基づ
き、上記排気ガス再循環装置による排気ガス還流量を制
御するようにしたため、ディーゼルエンジン等における
ＮＯX 排出量や黒煙排出量を削減させることが可能とな
る。
【００４１】また、請求項２または３の空気過剰率制御
装置の好ましい態様として、上記等価吸入新気量推定手
段は、上記燃料供給量として所定行程前のものを用いる
ようにするのがよく、これにより、燃料供給量がＬＡＦ
Ｓ等により測定した排気系における実空気過剰率に対応
するようになり、空気過剰率をより正確に制御すること
が可能となる。
【００４２】また、この際、空気過剰率制御装置のさら
に好ましい態様として、上記等価吸入新気量推定手段
は、上記燃料供給量として、上記燃焼室から上記実空気
過剰率測定手段までの移送遅れに対応するものを用いる
ようにするのがよく、これにより、実空気過剰率測定手
段の設置部位等に拘わらず、空気過剰率を正確に制御す
ることが可能となる。
【００４３】また、このとき、空気過剰率制御装置のさ
らに好ましい態様として、上記等価吸入新気量推定手段
は、上記燃料供給量として、上記実空気過剰率測定手段
の応答遅れに対応するものを用いるようにするのがよ
く、これにより、実空気過剰率測定手段の応答性能に拘
わらず、空気過剰率を正確に制御することが可能とな
る。また、請求項２または３の空気過剰率制御装置の他
の好ましい態様として、上記燃料供給手段は上記エンジ
ンの燃焼室内に直接燃料を噴射するものとするのがよ
く、これにより、吸気系への燃料の付着等が起こらず、
空気過剰率の推定や制御をより正確に行うことが可能と
なる。
【００４４】また、請求項２または３の空気過剰率制御
装置のさらに好ましい態様として、上記実空気過剰率測
定手段はリニア空燃比センサであるのがよく、これによ
り実空気過剰率の測定が高い精度で行うことが可能にな
る。また、請求項４によれば、請求項２または３の空気
過剰率制御装置において、上記等価吸入新気量推定手段
は、前記アクセルペダル操作量に基づく上記燃料供給量
と上記実空気過剰率と理論空燃比とに基づき、等価吸入
新気量を推定するようにしたため、空気過剰率の推定や
制御をより正確に行うことが可能となる。
【００４５】また、請求項５によれば、請求項２〜４の
空気過剰率制御装置において、上記空気過剰率推定手段
は、上記等価吸入新気量と上記今回の燃料供給量と理論
空燃比とに基づき、空気過剰率を推定するようにしたた
め、過渡時等においても空気過剰率の推定や制御をより
正確に行うことが可能となる。また、請求項６によれ
ば、請求項２〜５の空気過剰率制御装置において、上記
目標空気過剰率設定手段は、エンジン回転速度と今回の
燃料供給量とから目標空気過剰率を設定するようにした
ため、空気過剰率の制御をより正確に行うことが可能と
なる。
【００４６】また、請求項３〜６の空気過剰率制御装置
の好ましい態様として、上記空気過剰率制御手段は、上
記燃焼室における今回の空気過剰率と上記目標空気過剰
率との偏差に基づき、上記排気ガス再循環装置の開弁量
を少なくとも比例制御と積分制御とにより設定するよう
にするのがよく、これにより空気過剰率の制御をより正
確に行うことが可能となる。
【００４７】また、この際、空気過剰率制御装置のさら
に好ましい態様として、上記空気過剰率制御手段は、上
記偏差が所定の範囲にない場合には、上記積分制御にお
ける積分項の積算を行わないようにするのがよく、これ
により空気過剰率の制御応答性が向上する。
【００４８】また、請求項２の空気過剰率制御装置の好
ましい態様として、上記燃料供給量設定手段は、上記燃
焼室における空気過剰率と上記下限値とに基づき、上記
燃料供給量の減少率を算出するようにするのがよく、こ
れにより、出力の大幅な低下を伴わずに、黒煙排出量を
削減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジン制御系統の概
略構成図である。
【図２】空気過剰率検出サブルーチンの手順を示すフロ
ーチャートである。
【図３】空気過剰率検出サブルーチンの手順を示すフロ
ーチャートである。
【図４】空気過剰率検出の流れを示すブロック図であ
る。
【図５】ＥＧＲ制御サブルーチンの手順を示すフローチ
ャートである。
【図６】ＥＧＲ制御サブルーチンの手順を示すフローチ
ャートである。
【図７】ＥＧＲ制御の流れを示すブロック図である。
【図８】アクセル開度とエンジン回転速度とからアクセ
ル指示燃料量を求めるマップである。
【図９】燃料噴射量を急増させた場合の空気過剰率の変
化とＬＡＦＳによる検出結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ エンジン ２ シリンダヘッド ４ 燃料噴射弁 ５ 電子ガバナ ６ 燃料噴射ポンプ ８ ＥＣＵ １１ 吸気マニホールド １３ ターボ過給機 １４ コンプレッサ １７ ブースト圧センサ ２０ 排気マニホールド ２１ タービン ２６ ＬＡＦＳ ２７ 排気温センサ ３０ ＥＧＲパイプ ３１ ＥＧＲ弁 ４２ 負圧側ＥＧＲソレノイド ４３ バキュームポンプ ４５ 大気側ＥＧＲソレノイド

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両に搭載されたエンジンの燃焼室にお
    ける空気過剰率を検出する空気過剰率検出方法におい
    て、 上記車両のアクセルペダルの操作量に基づき、上記エン
    ジンへの燃料供給量（ＱFacc）を繰り返し設定する第１
    ステップと、 上記エンジンの排気系における実空気過剰率（λm）を
    測定する第２ステップと、 上記燃料供給量（ＱFacc）と上記実空気過剰率（λm）
    とに基づき、上記エンジンの今回の等価吸入新気量（Ｑ
    A(i)）を推定する第３ステップと、 上記第１ステップで今回設定された燃料供給量（ＱFac
    c）を今回の燃料供給量（ＱFI(i)）とし、該今回の燃料
    供給量（ＱFI(i)）と上記今回の等価吸入新気量（ＱA
    (i)）とに基づき、燃焼室における今回の空気過剰率
    （λ(i)）を推定する第４ステップと、 推定された前回の空気過剰率（λ(i-1)）が所定の下限
    値（λlim）以下であるときには、上記今回の燃料供給
    量（ＱFI(i)）を前記アクセルペダル操作量に基づく上
    記燃料供給量（ＱFacc）より減少させる第５ステップと
    を含むことを特徴とするエンジンの空気過剰率検出方
    法。
  2. 【請求項２】 車両に搭載されたエンジンの空気過剰率
    を制御する空気過剰率制御装置において、 上記車両のアクセルペダルの操作量に基づき、上記エン
    ジンへの燃料供給量（ＱFacc）を繰り返し設定する燃料
    供給量設定手段と、 同燃料供給量設定手段によって設定された燃料供給量
    （ＱFacc）に基づき、上記エンジンに燃料を供給する燃
    料供給手段と、 上記エンジンの排気系における実空気過剰率（λm）を
    測定する実空気過剰率測定手段と、 上記燃料供給量設定手段によって設定された燃料供給量
    （ＱFacc）と、上記実空気過剰率測定手段によって測定
    された実空気過剰率（λm）とに基づき、上記エンジン
    の今回の等価吸入新気量（ＱA(i)）を推定する等価吸入
    新気量推定手段と、 上記燃料供給量設定手段によって今回設定された燃料供
    給量（ＱFacc）を今回の燃料供給量（ＱFI(i)）とし、
    該今回の燃料供給量（ＱFI(i)）と上記等価吸入新気量
    推定手段によって推定された今回の等価吸入新気量（Ｑ
    A(i)）とに基づき、燃焼室における今回の空気過剰率
    （λ(i)）を推定する空気過剰率推定手段と、 上記エンジンの目標空気過剰率（λtarget）を設定する
    目標空気過剰率設定手段と、 上記燃焼室における今回の空気過剰率（λ(i)）と上記
    目標空気過剰率（λtarget）との偏差を無くす方向に空
    気過剰率を制御する空気過剰率制御手段とを備え、 上記燃料供給量設定手段は、空気過剰率推定手段によっ
    て推定された前回の空気過剰率（λ(i-1)）が所定の下
    限値（λlim）以下であるときには、今回の燃料供給量
    （ＱFI(i)）を前記アクセルペダル操作量に基づく上記
    燃料供給量（ＱFacc）より減少させる ことを特徴とする
    エンジンの空気過剰率制御装置。
  3. 【請求項３】 上記エンジンの排気ガスの一部を吸気系
    に還流させる排気ガス再循環装置を更に備え、 上記空気過剰率制御手段は、上記燃焼室における今回の
    空気過剰率（λ(i)）と上記目標空気過剰率（λtarge
    t）との偏差に基づき、上記排気ガス再循環装置による
    排気ガス還流量（Ｅpos）を制御するものであることを
    特徴とする、請求項２記載のエンジンの空気過剰率制御
    装置。
  4. 【請求項４】 上記等価吸入新気量推定手段は、前記ア
    クセルペダル操作量に基づく上記燃料供給量（ＱFacc）
    と上記実空気過剰率（λm）と理論空燃比とに基づき、
    等価吸入新気量（ＱA(i)）を推定することを特徴とす
    る、請求項２または３記載のエンジンの空気過剰率制御
    装置。
  5. 【請求項５】 上記空気過剰率推定手段は、上記等価吸
    入新気量（ＱA(i)）と上記今回の燃料供給量（ＱFI
    (i)）と理論空燃比とに基づき、空気過剰率（λ(i)）を
    推定することを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一
    項に記載のエンジンの空気過剰率制御装置。
  6. 【請求項６】 上記目標空気過剰率設定手段は、エンジ
    ン回転速度と今回の燃料供給量（ＱFI(i)）とから目標
    空気過剰率（λtarget）を設定することを特徴とする、
    請求項２〜５のいずれか一項に記載のエンジンの空気過
    剰率制御装置。
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