JP3704726B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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JP3704726B2
JP3704726B2 JP17701694A JP17701694A JP3704726B2 JP 3704726 B2 JP3704726 B2 JP 3704726B2 JP 17701694 A JP17701694 A JP 17701694A JP 17701694 A JP17701694 A JP 17701694A JP 3704726 B2 JP3704726 B2 JP 3704726B2
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、排気還流装置を備えた機関において燃料供給量や点火時期を適性に制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、機関からのNOx排出量を低減するための装置として、排気還流装置が知られているが、同時に、かかる排気還流によって機関の充填効率が変化して、燃料噴射制御の精度が悪化することが知られている。
前記排気還流に伴う燃料噴射制御精度の悪化を回避する技術として、特開平4−311643号公報に開示されるようなものがある。
【0003】
このものは、吸気管内における空気(新気)の分圧と、還流排気の分圧とをそれぞれに求めることで、各気筒に流入する空気量を精度良く求め、以て、燃料噴射の制御精度が、排気還流によって悪化することを回避する構成となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制御方法は、還流排気中の酸素濃度を0%と見做して燃料量を決定するものであるため、機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであって排気中に酸素が含まれ、還流された排気中に含まれる酸素が新気として吸入された空気中の酸素に加わる場合には、空燃比を精度良く目標空燃比に制御することができないという問題があった。
【0005】
また、上記のようにして気筒に実際に吸入される酸素量に見合った燃料量を噴射させることができないということは、点火時期を最適に設定することができないことにも繋がり、点火時期が最適時期からずれてノッキングを発生させる惧れもあった。
ここで、排気還流によって加えられる酸素量を含めて気筒に流入する酸素量を検出するために、吸気管に酸素濃度を検出する酸素センサを配設する構成としたものが、特開昭61−247839号公報に開示されている。
【0006】
しかし、上記のように吸気管に酸素センサを設ける構成では、排気管に設ける場合のように被検出気体(排気)による加熱が期待できないために、常温からセンサの活性化温度にまで加熱する手段が必要になり、また、このような加熱手段を備えることによって吸気管内での混合気の燃焼を誘発し、かかる燃焼によって吸気管装着部品の故障を招く惧れがあるという問題があった。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気管内での混合気の燃焼等の不具合を伴うことなく、排気還流によって空燃比や点火時期の制御精度が悪化することを回避できる制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1の発明にかかる内燃機関の制御装置は、機関排気を排気還流通路を介して機関の吸気系に還流する排気還流装置を備えた内燃機関において、図1に示すように構成される。
図1において、還流酸素量検出手段は、前記排気還流装置で還流される排気中の酸素量を検出する。
【0009】
また、新気量検出手段は、機関に吸入される新気の量を検出する。
そして、機関制御手段は、新気量検出手段で検出された新気の量と還流酸素量検出手段で検出された還流排気中の酸素量とに基づいて機関の制御量を決定する。
請求項2の発明にかかる制御装置では、図1中に示したように、前記還流酸素量検出手段が、前記排気還流装置で還流される排気中の酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出手段と、前記排気還流装置で還流される排気量を検出する還流排気量検出手段と、前記排気酸素濃度検出手段で検出された排気中の酸素濃度と前記還流排気量検出手段で検出された還流排気の量とに基づいて前記排気還流装置で還流される排気中の酸素量を算出する還流酸素量算出手段と、を含んで構成されるものとした。
【0010】
請求項3の発明にかかる制御装置では、前記還流排気量検出手段が、可変制御される前記排気還流通路の有効開口面積と機関運転条件とに基づいて排気還流量を算出する構成とした。
請求項4の発明にかかる制御装置では、前記機関制御手段が、機関の制御量としての燃料供給量と点火時期との少なくとも一方を、前記新気の量と還流排気中の酸素量とに基づいて決定する構成とした。
請求項5の発明にかかる制御装置では、前記機関制御手段が、前記新気の量に基づいて算出した燃料量に前記還流排気中の酸素量に基づいて算出した燃料量を加算して機関の燃料供給量を決定する構成とした。
【0011】
【作用】
請求項1の発明にかかる制御装置によると、排気還流装置によって還流される排気中の酸素量が検出され、かかる酸素量と、新気の量(新気として吸入される酸素量)とに基づいて機関の制御量が決定される。
即ち、排気還流中に酸素が含まれる場合があるので、その場合には、かかる還流排気中の酸素が新気として吸入される酸素に加算されて気筒に流入することになるので、排気還流中に含まれる酸素量を検出することで、排気還流による変動分を含めて実際に気筒に流入されることになる酸素量が求められ、かかる酸素量に対応して機関が制御されるようにした。
【0012】
請求項2の発明にかかる制御装置では、排気還流装置によって還流される排気中の酸素量を、排気中の酸素濃度と還流排気量とに基づいて算出する。
請求項3の発明にかかる制御装置では、前記還流排気量が、排気還流通路の有効開口面積と機関の吸入負圧とによって変化するので、前記有効開口面積と吸入負圧に相関する機関運転条件とに基づいて推定演算する構成とした。
【0013】
請求項4の発明にかかる制御装置では、上記のように排気還流によって気筒に流入する酸素と、新気として気筒に流入する酸素量とに基づいて気筒に実際に流入する酸素量を求め、該酸素量に対応させて燃料供給量や点火時期を決定することで、空燃比及び点火時期の制御精度を改善する。
請求項5の発明にかかる制御装置では、新気の量に対応する燃料量に、排気還流によって気筒に流入する酸素量に対応する燃料量を加算することで、空燃比の制御精度を改善する。
【0014】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
図2は実施例のシステム構成を示す図である。
この図2において、内燃機関1には、スロットル弁2で流量調整される空気(新気)が吸気ダクト3,スロットルチャンバ4,吸気マニホールド5を介して吸入される。ここで、各気筒別に吸気ポート部に燃料噴射弁6が設けられており、該燃料噴射弁6から噴射される燃料と前記吸入空気とが混合して所定空燃比の混合気が形成され、該混合気が吸気弁7を介して各気筒に流入する。
【0015】
気筒内に流入した混合気は、点火栓8による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気マニホールド9及び図示しない排気浄化装置等を介して大気中に排出される。
また、本実施例の内燃機関1には、機関のNOx排出量を抑制するための装置として排気還流(EGR)装置が備えられている。この排気還流装置は、排気通路マニホールド9(排気系)とスロットル弁2下流側の吸気通路(吸気系)とを連通させる排気還流通路10と、該排気還流通路10の途中に介装された排気還流制御弁11と、該排気還流制御弁11を開閉駆動するステップモータ12とによって構成される。
【0016】
尚、上記構成において、ステップモータ12の回転をウォームギヤによって直線運動に変換して、きのこ型の排気還流制御弁11を軸方向に移動させて、排気還流通路10の有効開口面積を変化させる構成となっている。
かかる構成により、排気還流制御弁11が開制御されると、排気通路と吸気通路との圧力差によって排気がスロットル弁2の下流側に還流され、この還流排気が気筒に流入することによって混合気の燃焼速度及び最高温度を下げて、NOxの低減を図るものである。
【0017】
尚、本実施例では、排気還流制御弁11上流側の排気還流通路10にオリフィス13が設けられている。
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット15は、各種センサからの検出信号を入力し、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁6による燃料噴射量,点火栓8による点火時期,排気還流制御弁11の開度(排気還流率)等を制御するようになっている。
【0018】
前記各種センサとしては、機関の吸入空気量(新気量)を質量流量として検出する熱線式流量計等のエアフローメータ17、スロットル弁2の開度を検出するスロットルセンサ18,機関の冷却水温度を検出する水温センサ19,クランク角を検出するクランク角センサ20,排気中の酸素濃度を広域に検出する酸素センサ21(排気酸素濃度検出手段)等が設けられている。
【0019】
ところで、前記燃料噴射弁6による燃料噴射量の設定は、気筒に流入する酸素量に基づいて目標空燃比の混合気が得られるように設定することが望まれ、同様に点火栓8による点火時期の設定においても、前記酸素量に対応することが望まれる。ここで、排気還流が実行される場合であっても、還流される排気中に酸素が含まれない場合には、新気量検出手段としてのエアフローメータ17で検出される新気量が気筒に流入する酸素量に対応することになるので、適性な噴射量制御,点火時期制御が可能であるが、空燃比が理論空燃比よりもリーンで還流排気中に酸素が含まれていると、新気として流入する酸素に前記還流排気中の酸素が加算されることになり、エアフローメータ17に基づく噴射量,点火時期制御では前記加算される酸素量に対応することができず、噴射量,点火時期が適性値からずれてしまう。
【0020】
そこで、本実施例では、図3のフローチャートに示すようにして還流排気中に含まれる酸素量に対応した噴射量制御及び点火制御を実行するようになっている。尚、本実施例において、還流酸素量検出手段,還流排気量検出手段,還流酸素量算出手段,機関制御手段としての機能は、前記図3のフローチャートに示すように、コントロールユニット15がソフトウェア的に備えている。
【0021】
図3のフローチャートにおいて、まず、P1では、エアフローメータ17で検出された吸入空気量(新気量)Qaを読み込む。
P2では、クランク角センサ20の検出信号に基づいて機関回転数Nを算出する。
P3では、基本燃料噴射量Tp(基本噴射パルス幅)を、前記吸入空気量Qa,機関回転数N及び燃料噴射弁6の流量特性と目標空燃比とに基づいて設定される定数Kに基づいて算出する(Tp=K×Qa/N)。
【0022】
P4では、水温センサ19で検出される冷却水温度Twを読み込む。
P5では、前記冷却水温度Twに基づいて前記基本燃料噴射量Tpを増量補正するための増量補正係数KTwを演算する。
P6では、機関回転数Nと機関負荷を代表する前記基本燃料噴射量Tpとに基づいて排気還流率を制御すべく前記ステップモータ12の基本ステップ数Soを演算する。前記ステップ数Soは、図4に示すように、予め機関回転数Nと基本燃料噴射量Tpとによって複数に区分される運転領域毎にステップ数Soを記憶したマップを備えておき、かかるマップを参照して決定する構成とすれば良い。尚、本実施例では、ステップ数Soが大きいときほど排気還流制御弁11の開度を大きくなり還流排気量が増大するものとする。
【0023】
P7では、前記P6で求めた基本ステップ数Soに従ってステップモータ12を制御したときに得られる還流排気量Goを求める。前記還流排気量Goは、図5に示すように、ステップ数Soを記憶させるマップと同じ運転領域毎に予め還流排気量Goを記憶させておき、かかるマップを参照することで求めることができる。
【0024】
P8では、冷却水温度Twに基づいて前記基本ステップ数Soを補正するための水温補正係数STwを求める。前記水温補正係数STwは、例えば図6に示すような特性で設定される。
P9では、前記水温補正係数STwをP6で求めたステップ数Soに乗算し、該乗算補正値を最終的なステップ数Sにセットする。
【0025】
P10では、前記P7で求めた還流排気量Goに前記水温補正係数STwを乗算して、ステップ数Sでステップモータ12を制御したときに得られる還流排気量Gを求める。
P11では、酸素センサ21の出力に基づいて排気中の酸素濃度Opを算出する。P12では、排気還流によって気筒に流入する酸素量に対応する基本燃料噴射量Tp1を、前記定数K,機関回転数N,還流排気量G,排気中の酸素濃度Gに基づいて算出する(Tp1=K×(G×Op/20)/N)。
【0026】
P13では、前記P3で求めた基本燃料噴射量Tp、即ち、新気に対応する噴射量と、上記P12で求めた還流排気中の酸素量に対応する基本燃料噴射量Tp1とに基づいて最終的な燃料噴射量(燃料供給量)Tiを、Ti=(Tp+Tp1)×(1+KTw)+Tsとして算出する。
尚、前記Tsは、燃料噴射弁6のバッテリ電圧による無効噴射時間の変化に対応するための補正分である。
【0027】
コントロールユニット15は、前記燃料噴射量Tiに対応するパルス幅の噴射パルス信号を、所定の噴射タイミングにおいて前記燃料噴射弁6に出力して、燃料噴射弁6による燃料噴射を制御する。
上記ようにして算出される燃料噴射量Tiは、新気として気筒に流入する酸素量と、還流排気中に含まれて気筒に流入する酸素量との総和に対応して設定される値となり、還流排気中に酸素が含まれる場合であっても、気筒に流入する酸素量に見合った噴射量として算出されることになり、目標空燃比を高精度に得られることになる。
【0028】
P14では、前記P3で求めた新気に対応する基本燃料噴射量Tpと、前記P12で求めた還流排気中の酸素量に対応する基本燃料噴射量Tp1との加算値TAを求める。
P15では、気筒の流入酸素量に対応する前記噴射量TAと機関回転数Nとに基づいて点火時期(点火進角値)ADVを求める。前記点火時期ADVは、前記噴射量TAと機関回転数Nとによって複数に区分される運転領域毎に予めマップ(図7参照)に予め記憶してあり、該マップを参照することで求める。
【0029】
そして、前記クランク角センサ20で検出されるクランク角位置に基づいて前記点火時期ADVで点火を行わせるべく点火信号を図示しないパワートランジスタに出力し、点火栓8による点火タイミングを制御する。
上記のようにして点火時期ADVを設定する構成であれば、点火時期ADVは新気として気筒に流入する酸素量と、排気還流によって気筒に流入する酸素量との総和に対応して設定されることになる。
【0030】
例えば排気還流量を図8に示すようにステップ変化させる場合、前記新気に対応する基本燃料噴射量Tpのみを用いて点火時期ADVを設定する構成では、基本燃料噴射量Tpに対する点火時期ADVは排気還流のON・OFFに無関係に一定であるが、本実施例では、還流排気に含まれる酸素量を見込んで点火時期ADVが設定されるから、還流排気中に酸素が含まれる場合には、同じ新気量であってもそのときに還流排気に伴って気筒に流入する酸素量に対応して点火時期が遅角補正されることになり、点火時期が不当に進角制御されてノッキングが発生することを回避できる。
【0031】
また、同様に、排気還流の実行によって還流排気と共に気筒に流入される酸素量に対応する分の燃料噴射が行われるから、排気還流の実行に伴って空燃比が目標よりもリーン化することを回避できる。
ここで、上記のようにして還流排気中に含まれる酸素量に対応して噴射量を設定させると共に、図9のフローチャートに示すように、並行して酸素センサ21で検出される酸素濃度を目標空燃比相当の値に近づけるように噴射量をフィードバック制御すれば、より一層空燃比制御精度を高めることができる。
【0032】
図9のフローチャートにおいて、P21〜P32までの各ステップは、図3のフローチャートにおけるP1〜P12と全く同じ処理内容であるので説明を省略し、P33から説明する。
P33では、P31で求められた排気中の酸素濃度Opと目標空燃比に対応する目標酸素濃度とを比較する。
【0033】
そして、目標酸素濃度よりも実際の酸素濃度Opが大きい(空燃比が目標よりもリーンである)ときには、P34へ進んで空燃比フィードバック補正係数αn を所定値Δαだけ増大変化させ噴射量の増大を図り、目標酸素濃度よりも実際の酸素濃度Opが小さい(空燃比が目標よりもリッチである)ときには、P35へ進んで空燃比フィードバック補正係数αn を所定値Δαだけ減少変化させ噴射量の減少を図る。
【0034】
P36では、P23で求めた新気に対応する基本燃料噴射量Tpと、P32で求めた還流排気中の酸素量に対応する基本燃料噴射量Tp1と、水温Twに応じた増量補正係数KTwと、電圧補正分Tsと、前記空燃比フィードバック補正係数αn とに基づいて最終的な燃料噴射量Tiを以下のようにして算出する。
Ti=(Tp+Tp1)×(1+KTw)×αn +Ts
このように、排気還流に伴って加算される酸素量に見合った噴射量をフィードホワード制御すると同時に、目標酸素濃度が得られるように噴射量をフィードバック制御する構成とすれば、排気還流の実行による空燃比ずれの発生を高精度に回避できることになる。
【0035】
P37,P38では、図3のフローチャートにおけるP14,P15と同様にして、気筒に流入される酸素量の総和に見合った点火時期ADVの設定を行う。
ここで、排気還流率制御のより好ましい実施例を、図10のフローチャートに従って説明する。
図10のフローチャートにおいて、P41では、エアフローメータ17で検出された吸入空気量(質量流量)Qaを読み込む。
【0036】
P42では、クランク角センサ20の検出信号に基づいて機関回転数Nを算出する。
P43では、前記吸入空気量Qa,機関回転数Nに基づいて基本燃料噴射量Tpを算出する。
P44では、スロットルセンサ18で検出されたスロットル弁開度θを読み込む。
【0037】
P45では、機関回転数Nと前記スロットル弁開度θとに基づいて吸入空気の体積流量Vを求める(図11参照)。
P46では、前記質量流量Qaと体積流量Vとに基づいて空気密度σを算出する。
P47では、機関回転数Nと基本燃料噴射量Tpとに基づいてステップモータ12の基本ステップ数Soを算出する(図12参照)。
【0038】
P48では、前記ステップ数Soをそのときの空気密度σに応じて補正するための空気密度補正係数Kσを算出する(図13参照)。図13に示す例では、空気密度補正係数Kσは、空気密度が小さくなると排気還流率をより小さくして、過剰な排気還流によって運転性が悪化することを回避するようにしてある。
P49では、水温センサ19で検出された冷却水温度Twを読み込む。
【0039】
P50では、前記冷却水温度Twに基づいて排気還流量を補正するための水温補正係数Kwを算出する(図14参照)。図14に示す例では、冷却水温度Twが高くオーバーヒート傾向にあるときに排気還流率を高くすべく補正係数Kwをより大きく設定するようにしてある。
P51では、前記P47で求めた基本ステップ数Soを空気密度補正係数Kσ及び水温補正係数Kwで補正して最終的なステップ数S(=So×Kσ×Kw)を設定する。
【0040】
P52では、前記ステップ数Sに基づいてステップモータ12を駆動制御し、以て、排気還流率を空気密度の変化に応じて適性に制御する。
上記のようにして空気密度の変化に対応して排気還流率を設定する構成においても、前記図3のフローチャートに示した実施例のように、最終的に設定されたステップ数Sから還流排気量を求め、これと排気中の酸素濃度とから、排気還流によって気筒に流入する酸素量を求めて新気分に加算することで、排気還流が行われる状態における空燃比及び点火時期の制御精度を高く保つことができる。
【0041】
尚、上記実施例では、排気還流制御弁11がステップモータ12によって開閉動作する構成としたが、排気還流量を調整する構成を上記実施例に示したものに限定するものではなく、排気還流制御弁11としてリニアソレノイド式の弁を用いた構成などであっても良いことは明らかである。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明にかかる内燃機関の制御装置によると、還流排気中に含まれる酸素量を検出することで、排気還流による変動分を含めて実際に気筒に流入されることになる酸素量が求められ、かかる酸素量に対応して機関が制御されるので、吸入酸素量に対応して行われる機関制御の精度が向上するという効果がある。
【0043】
請求項2の発明にかかる内燃機関の制御装置によると、還流排気中の酸素量を、排気中の酸素濃度と還流排気量とに基づいて精度良く検出できるという効果がある。
請求項3の発明にかかる内燃機関の制御装置によると、還流排気量を、排気還流通路の有効開口面積と、機関運転条件(機関の吸入負圧)とに基づいて、精度良く推定できるという効果がある。
【0044】
請求項4の発明にかかる内燃機関の制御装置によると、還流排気中の酸素量を見込んだ制御の対象を、燃料供給量や点火時期とすることで、空燃比や点火時期の制御精度を向上させることができ、排気還流に伴って空燃比ずれが生じたり、ノッキングが発生することを回避できるという効果がある。
請求項5の発明にかかる内燃機関の制御装置によると、還流排気中に酸素が含まれる場合であっても、気筒に流入する酸素量に見合った燃料供給量が算出されることになり、空燃比を高精度に制御できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示すブロック図。
【図2】本発明の一実施例を示すシステム概略図。
【図3】第1実施例の燃料噴射及び点火制御を示すフローチャート。
【図4】実施例における排気還流率の特性を示す図。
【図5】実施例における排気還流量の特性を示す図。
【図6】排気還流率の温度補正の特性を示す線図。
【図7】実施例における基本点火時期の特性を示す図。
【図8】実施例の効果を説明するためのタイムチャート。
【図9】第2実施例の燃料噴射及び点火制御を示すフローチャート。
【図10】排気還流率制御の他の実施例を示すフローチャート。
【図11】実施例における体積流量の検出特性を示す図。
【図12】実施例における排気還流率の特性を示す図。
【図13】実施例における排気還流率の空気密度補正の様子を示す線図。
【図14】実施例における排気還流率の水温補正の様子を示す線図。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 スロットル弁
6 燃料噴射弁
8 点火栓
10 排気還流通路
11 排気還流制御弁
12 ステップモータ
15 コントロールユニット
17 エアフローメータ
18 スロットルセンサ
19 水温センサ
20 クランク角センサ
21 酸素センサ
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for appropriately controlling a fuel supply amount and ignition timing in an engine equipped with an exhaust gas recirculation device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an exhaust gas recirculation device is known as a device for reducing the NOx emission amount from the engine. At the same time, the exhaust gas recirculation changes the charging efficiency of the engine, thereby deteriorating the accuracy of fuel injection control. It is known.
As a technique for avoiding the deterioration of the fuel injection control accuracy accompanying the exhaust gas recirculation, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-311643.
[0003]
In this system, the partial pressure of air (fresh air) in the intake pipe and the partial pressure of the recirculated exhaust gas are obtained, respectively, so that the amount of air flowing into each cylinder can be obtained accurately. However, it is the structure which avoids getting worse by exhaust gas recirculation | reflux.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional control method determines the amount of fuel considering the oxygen concentration in the recirculated exhaust gas as 0%, the air-fuel ratio of the engine intake mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The problem is that the air-fuel ratio cannot be accurately controlled to the target air-fuel ratio when oxygen is contained in the exhaust gas and the oxygen contained in the recirculated exhaust gas is added to the oxygen in the air sucked as fresh air. was there.
[0005]
In addition, the fact that the amount of fuel commensurate with the amount of oxygen actually sucked into the cylinder cannot be injected as described above leads to the fact that the ignition timing cannot be optimally set, and the ignition timing is optimal. There was also a risk of knocking out of time.
Here, in order to detect the amount of oxygen flowing into the cylinder including the amount of oxygen added by exhaust gas recirculation, an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration is provided in the intake pipe. This is disclosed in Japanese Patent No. 247839.
[0006]
However, in the configuration in which the oxygen sensor is provided in the intake pipe as described above, since heating by the gas to be detected (exhaust) cannot be expected as in the case of providing in the exhaust pipe, means for heating from normal temperature to the activation temperature of the sensor In addition, there is a problem that the provision of such a heating means induces combustion of the air-fuel mixture in the intake pipe, and this combustion may cause a failure of the intake pipe mounting component.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and can prevent the control accuracy of the air-fuel ratio and the ignition timing from deteriorating due to exhaust gas recirculation without causing problems such as combustion of the air-fuel mixture in the intake pipe. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention is configured as shown in FIG. 1 in an internal combustion engine including an exhaust gas recirculation device that recirculates engine exhaust gas to an intake system of the engine through an exhaust gas recirculation passage. .
In FIG. 1, the recirculation oxygen amount detection means detects the amount of oxygen in exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device.
[0009]
Further, the fresh air amount detecting means detects the amount of fresh air taken into the engine.
The engine control means determines an engine control amount based on the amount of fresh air detected by the fresh air amount detection means and the amount of oxygen in the recirculated exhaust gas detected by the recirculation oxygen amount detection means.
In the control device according to the second aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the recirculation oxygen amount detection means includes exhaust oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas recirculated by the exhaust recirculation apparatus. A recirculation exhaust amount detection means for detecting the exhaust amount recirculated by the exhaust recirculation device; an oxygen concentration in the exhaust gas detected by the exhaust oxygen concentration detection means; and a recirculation exhaust gas detected by the recirculation exhaust amount detection means. And a recirculation oxygen amount calculating means for calculating the oxygen amount in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device based on the amount.
[0010]
In the control device according to a third aspect of the invention, the recirculation exhaust amount detection means calculates the exhaust recirculation amount based on the effective opening area of the exhaust recirculation passage that is variably controlled and the engine operating conditions.
In the control device according to the invention of claim 4, the engine control means determines at least one of the fuel supply amount and the ignition timing as the engine control amount based on the amount of fresh air and the amount of oxygen in the recirculated exhaust gas. The configuration is determined as follows.
In the control device according to the fifth aspect of the invention, the engine control means adds the fuel amount calculated based on the oxygen amount in the recirculated exhaust to the fuel amount calculated based on the amount of the fresh air. The fuel supply amount is determined.
[0011]
[Action]
According to the control device of the first aspect of the invention, the amount of oxygen in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device is detected, and based on the amount of oxygen and the amount of fresh air (the amount of oxygen sucked as fresh air). The engine control amount is determined.
That is, since oxygen may be included in the exhaust gas recirculation, in that case, the oxygen in the recirculated exhaust gas is added to the oxygen sucked as fresh air and flows into the cylinder. By detecting the amount of oxygen contained in the engine, the amount of oxygen that will actually flow into the cylinder, including fluctuations due to exhaust gas recirculation, is determined, and the engine is controlled according to the amount of oxygen. .
[0012]
In the control device according to the second aspect of the invention, the oxygen amount in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device is calculated based on the oxygen concentration in the exhaust gas and the recirculated exhaust gas amount.
In the control device according to the invention of claim 3, since the recirculation exhaust amount varies depending on the effective opening area of the exhaust recirculation passage and the intake negative pressure of the engine, the engine operating condition correlates with the effective opening area and the intake negative pressure. Based on the above, the calculation is estimated.
[0013]
In the control device according to the invention of claim 4, as described above, the amount of oxygen actually flowing into the cylinder is obtained based on the oxygen flowing into the cylinder by exhaust gas recirculation and the amount of oxygen flowing into the cylinder as fresh air. The control accuracy of the air-fuel ratio and the ignition timing is improved by determining the fuel supply amount and the ignition timing according to the oxygen amount.
In the control device according to the fifth aspect of the invention, the control accuracy of the air-fuel ratio is improved by adding the fuel amount corresponding to the amount of oxygen flowing into the cylinder by the exhaust gas recirculation to the fuel amount corresponding to the amount of fresh air. .
[0014]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a diagram illustrating a system configuration of the embodiment.
In FIG. 2, the air (fresh air) whose flow rate is adjusted by the throttle valve 2 is drawn into the internal combustion engine 1 through the intake duct 3, the throttle chamber 4, and the intake manifold 5. Here, a fuel injection valve 6 is provided in the intake port portion for each cylinder, and the fuel injected from the fuel injection valve 6 and the intake air are mixed to form an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio, The air-fuel mixture flows into each cylinder via the intake valve 7.
[0015]
The air-fuel mixture flowing into the cylinder is ignited and burned by spark ignition by the spark plug 8, and the combustion exhaust is discharged into the atmosphere via the exhaust manifold 9 and an exhaust purification device (not shown).
Further, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is provided with an exhaust gas recirculation (EGR) device as a device for suppressing the NOx emission amount of the engine. The exhaust gas recirculation device includes an exhaust gas recirculation passage 10 that connects an exhaust passage manifold 9 (exhaust system) and an intake passage (intake system) downstream of the throttle valve 2, and exhaust gas that is interposed in the middle of the exhaust gas recirculation passage 10. The recirculation control valve 11 and a step motor 12 that opens and closes the exhaust recirculation control valve 11 are configured.
[0016]
In the above configuration, the rotation of the step motor 12 is converted into a linear motion by the worm gear, the mushroom type exhaust gas recirculation control valve 11 is moved in the axial direction, and the effective opening area of the exhaust gas recirculation passage 10 is changed. It has become.
With this configuration, when the exhaust gas recirculation control valve 11 is controlled to open, the exhaust gas is recirculated to the downstream side of the throttle valve 2 due to the pressure difference between the exhaust gas passage and the intake air passage. NOx is reduced by lowering the combustion rate and the maximum temperature of NOx.
[0017]
In this embodiment, an orifice 13 is provided in the exhaust gas recirculation passage 10 upstream of the exhaust gas recirculation control valve 11.
A control unit 15 incorporating a microcomputer inputs detection signals from various sensors, and based on these detection signals, the fuel injection amount by the fuel injection valve 6, the ignition timing by the spark plug 8, and the exhaust gas recirculation control valve 11. The opening degree (exhaust gas recirculation rate) and the like are controlled.
[0018]
The various sensors include an air flow meter 17 such as a hot-wire flow meter that detects the intake air amount (fresh air amount) of the engine as a mass flow rate, a throttle sensor 18 that detects the opening of the throttle valve 2, and the cooling water temperature of the engine. A water temperature sensor 19 that detects the crank angle, a crank angle sensor 20 that detects the crank angle, an oxygen sensor 21 (exhaust oxygen concentration detection means) that detects the oxygen concentration in the exhaust gas over a wide area, and the like are provided.
[0019]
By the way, it is desired that the fuel injection amount by the fuel injection valve 6 is set so that a mixture of the target air-fuel ratio can be obtained based on the amount of oxygen flowing into the cylinder. Also in the setting of the above, it is desired to correspond to the oxygen amount. Here, even if exhaust gas recirculation is performed, if oxygen is not included in the exhaust gas being recirculated, the fresh air amount detected by the air flow meter 17 as the fresh air amount detection means is stored in the cylinder. Appropriate injection amount control and ignition timing control are possible because it corresponds to the amount of oxygen flowing in, but if the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and oxygen is contained in the recirculated exhaust gas, it will be new. The oxygen in the recirculated exhaust gas is added to the oxygen flowing in as the air, and the injection amount and ignition timing control based on the air flow meter 17 cannot cope with the added oxygen amount. The time will deviate from the aptitude value.
[0020]
Therefore, in this embodiment, the injection amount control and the ignition control corresponding to the amount of oxygen contained in the recirculated exhaust gas are executed as shown in the flowchart of FIG. In the present embodiment, the functions of the recirculation oxygen amount detection means, the recirculation exhaust amount detection means, the recirculation oxygen amount calculation means, and the engine control means are performed by the control unit 15 in software as shown in the flowchart of FIG. I have.
[0021]
In the flowchart of FIG. 3, first, at P1, the intake air amount (fresh air amount) Qa detected by the air flow meter 17 is read.
In P2, the engine speed N is calculated based on the detection signal of the crank angle sensor 20.
In P3, the basic fuel injection amount Tp (basic injection pulse width) is determined based on a constant K set based on the intake air amount Qa, the engine speed N, the flow rate characteristic of the fuel injection valve 6 and the target air-fuel ratio. Calculate (Tp = K × Qa / N).
[0022]
In P4, the coolant temperature Tw detected by the water temperature sensor 19 is read.
In P5, an increase correction coefficient KTw for increasing the basic fuel injection amount Tp is calculated based on the coolant temperature Tw.
At P6, the basic step number So of the step motor 12 is calculated to control the exhaust gas recirculation rate based on the engine speed N and the basic fuel injection amount Tp representing the engine load. As shown in FIG. 4, the step number So includes a map in which the step number So is stored in advance for each operation region divided into a plurality by the engine speed N and the basic fuel injection amount Tp. What is necessary is just to set it as the structure determined with reference. In this embodiment, the larger the step number So, the larger the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 11 and the larger the recirculated exhaust gas amount.
[0023]
In P7, the recirculation exhaust amount Go obtained when the step motor 12 is controlled according to the basic step number So obtained in P6 is obtained. As shown in FIG. 5, the recirculation exhaust amount Go can be obtained by storing the recirculation exhaust amount Go in advance for each operation region in which the step number So is stored and referring to the map.
[0024]
In P8, a water temperature correction coefficient STw for correcting the basic step number So is obtained based on the cooling water temperature Tw. The water temperature correction coefficient STw is set with characteristics as shown in FIG. 6, for example.
In P9, the water temperature correction coefficient STw is multiplied by the step number So obtained in P6, and the multiplication correction value is set to the final step number S.
[0025]
In P10, the recirculation exhaust amount Go obtained in P7 is multiplied by the water temperature correction coefficient STw to obtain the recirculation exhaust amount G obtained when the step motor 12 is controlled with the number of steps S.
In P11, the oxygen concentration Op in the exhaust gas is calculated based on the output of the oxygen sensor 21. In P12, the basic fuel injection amount Tp1 corresponding to the oxygen amount flowing into the cylinder by exhaust gas recirculation is calculated based on the constant K, the engine speed N, the recirculated exhaust gas amount G, and the oxygen concentration G in the exhaust gas (Tp1 = K × (G × Op / 20) / N).
[0026]
In P13, the final fuel injection amount Tp determined in P3, that is, the injection amount corresponding to fresh air, and the basic fuel injection amount Tp1 corresponding to the oxygen amount in the recirculated exhaust gas determined in P12 are finally determined. A fuel injection amount (fuel supply amount) Ti is calculated as Ti = (Tp + Tp1) × (1 + KTw) + Ts.
Note that Ts is a correction amount corresponding to a change in the invalid injection time due to the battery voltage of the fuel injection valve 6.
[0027]
The control unit 15 controls the fuel injection by the fuel injection valve 6 by outputting an injection pulse signal having a pulse width corresponding to the fuel injection amount Ti to the fuel injection valve 6 at a predetermined injection timing.
The fuel injection amount Ti calculated as described above is a value set corresponding to the sum of the amount of oxygen flowing into the cylinder as fresh air and the amount of oxygen contained in the recirculated exhaust and flowing into the cylinder. Even when oxygen is included in the recirculated exhaust gas, the injection amount corresponding to the amount of oxygen flowing into the cylinder is calculated, and the target air-fuel ratio can be obtained with high accuracy.
[0028]
In P14, an addition value TA of the basic fuel injection amount Tp corresponding to the fresh air determined in P3 and the basic fuel injection amount Tp1 corresponding to the oxygen amount in the recirculated exhaust gas determined in P12 is obtained.
In P15, the ignition timing (ignition advance value) ADV is obtained based on the injection amount TA and the engine speed N corresponding to the inflowing oxygen amount of the cylinder. The ignition timing ADV is stored in advance in a map (see FIG. 7) for each operation region divided into a plurality by the injection amount TA and the engine speed N, and is obtained by referring to the map.
[0029]
Based on the crank angle position detected by the crank angle sensor 20, an ignition signal is output to a power transistor (not shown) so as to perform ignition at the ignition timing ADV, and the ignition timing by the spark plug 8 is controlled.
If the ignition timing ADV is set as described above, the ignition timing ADV is set corresponding to the sum of the amount of oxygen flowing into the cylinder as fresh air and the amount of oxygen flowing into the cylinder by exhaust gas recirculation. It will be.
[0030]
For example, when the exhaust gas recirculation amount is changed stepwise as shown in FIG. 8, in the configuration in which the ignition timing ADV is set using only the basic fuel injection amount Tp corresponding to the fresh air, the ignition timing ADV relative to the basic fuel injection amount Tp is In this embodiment, the ignition timing ADV is set in anticipation of the amount of oxygen contained in the recirculated exhaust gas, so when oxygen is contained in the recirculated exhaust gas, it is constant regardless of ON / OFF of the exhaust gas recirculation. Even with the same fresh air amount, the ignition timing is retarded in accordance with the amount of oxygen flowing into the cylinder along with the recirculated exhaust gas, and the ignition timing is improperly advanced to control knocking. It can be avoided.
[0031]
Similarly, since the fuel injection corresponding to the amount of oxygen flowing into the cylinder together with the recirculated exhaust is performed by executing the exhaust gas recirculation, the air-fuel ratio is made leaner than the target as the exhaust gas recirculation is performed. Can be avoided.
Here, the injection amount is set corresponding to the oxygen amount contained in the reflux exhaust as described above, and the oxygen concentration detected by the oxygen sensor 21 in parallel is set as the target as shown in the flowchart of FIG. If the injection amount is feedback controlled so as to approach a value corresponding to the air-fuel ratio, the air-fuel ratio control accuracy can be further improved.
[0032]
In the flowchart of FIG. 9, each step from P21 to P32 has exactly the same processing contents as P1 to P12 in the flowchart of FIG.
In P33, the oxygen concentration Op in the exhaust gas determined in P31 is compared with the target oxygen concentration corresponding to the target air-fuel ratio.
[0033]
When the actual oxygen concentration Op is larger than the target oxygen concentration (the air-fuel ratio is leaner than the target), the routine proceeds to P34, where the air-fuel ratio feedback correction coefficient α n is increased and changed by a predetermined value Δα to increase the injection amount. When the actual oxygen concentration Op is smaller than the target oxygen concentration (the air-fuel ratio is richer than the target), the routine proceeds to P35, where the air-fuel ratio feedback correction coefficient α n is decreased and changed by a predetermined value Δα. Reduce.
[0034]
In P36, the basic fuel injection amount Tp corresponding to the fresh air determined in P23, the basic fuel injection amount Tp1 corresponding to the oxygen amount in the recirculated exhaust gas determined in P32, the increase correction coefficient KTw corresponding to the water temperature Tw, Based on the voltage correction amount Ts and the air-fuel ratio feedback correction coefficient α n , the final fuel injection amount Ti is calculated as follows.
Ti = (Tp + Tp1) × (1 + KTw) × α n + Ts
As described above, if feed-forward control is performed on the injection amount corresponding to the oxygen amount added along with the exhaust gas recirculation, and the injection amount is feedback controlled so as to obtain the target oxygen concentration, the exhaust recirculation is executed. The occurrence of the air-fuel ratio shift can be avoided with high accuracy.
[0035]
In P37 and P38, similarly to P14 and P15 in the flowchart of FIG. 3, the ignition timing ADV corresponding to the total amount of oxygen flowing into the cylinder is set.
Here, a more preferred embodiment of the exhaust gas recirculation rate control will be described with reference to the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 10, in P41, the intake air amount (mass flow rate) Qa detected by the air flow meter 17 is read.
[0036]
In P42, the engine speed N is calculated based on the detection signal of the crank angle sensor 20.
In P43, the basic fuel injection amount Tp is calculated based on the intake air amount Qa and the engine speed N.
In P44, the throttle valve opening θ detected by the throttle sensor 18 is read.
[0037]
In P45, the volume flow rate V of the intake air is obtained based on the engine speed N and the throttle valve opening θ (see FIG. 11).
In P46, the air density σ is calculated based on the mass flow rate Qa and the volume flow rate V.
In P47, the basic step number So of the step motor 12 is calculated based on the engine speed N and the basic fuel injection amount Tp (see FIG. 12).
[0038]
In P48, an air density correction coefficient Kσ for correcting the step number So according to the air density σ at that time is calculated (see FIG. 13). In the example shown in FIG. 13, the air density correction coefficient Kσ is such that when the air density decreases, the exhaust gas recirculation rate becomes smaller, and the drivability is prevented from deteriorating due to excessive exhaust gas recirculation.
In P49, the coolant temperature Tw detected by the water temperature sensor 19 is read.
[0039]
In P50, a water temperature correction coefficient Kw for correcting the exhaust gas recirculation amount is calculated based on the cooling water temperature Tw (see FIG. 14). In the example shown in FIG. 14, when the coolant temperature Tw is high and there is a tendency to overheat, the correction coefficient Kw is set larger to increase the exhaust gas recirculation rate.
In P51, the final step number S (= So × Kσ × Kw) is set by correcting the basic step number So obtained in P47 with the air density correction coefficient Kσ and the water temperature correction coefficient Kw.
[0040]
In P52, the step motor 12 is driven and controlled based on the number of steps S, so that the exhaust gas recirculation rate is appropriately controlled according to the change in the air density.
Even in the configuration in which the exhaust gas recirculation rate is set in response to the change in air density as described above, the recirculated exhaust gas amount is determined from the finally set step number S as in the embodiment shown in the flowchart of FIG. From this and the oxygen concentration in the exhaust gas, the amount of oxygen flowing into the cylinder by exhaust gas recirculation is obtained and added to the fresh air, so that the control accuracy of the air-fuel ratio and ignition timing in the state where exhaust gas recirculation is performed is increased. Can keep.
[0041]
In the above embodiment, the exhaust gas recirculation control valve 11 is opened and closed by the step motor 12. However, the structure for adjusting the exhaust gas recirculation amount is not limited to the one shown in the above embodiment, and the exhaust gas recirculation control is not limited. It is obvious that a configuration using a linear solenoid valve as the valve 11 may be used.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the amount of oxygen contained in the recirculated exhaust gas is detected, so that the fluctuation amount due to the exhaust gas recirculation is actually introduced into the cylinder. Since the engine is controlled in accordance with the amount of oxygen, the accuracy of the engine control performed in accordance with the amount of intake oxygen is improved.
[0043]
According to the control apparatus for an internal combustion engine of the second aspect of the invention, there is an effect that the amount of oxygen in the recirculated exhaust gas can be accurately detected based on the oxygen concentration in the exhaust gas and the recirculated exhaust amount.
According to the control apparatus for an internal combustion engine according to the invention of claim 3, the effect that the recirculation exhaust amount can be accurately estimated based on the effective opening area of the exhaust recirculation passage and the engine operating condition (engine intake negative pressure). There is.
[0044]
According to the control apparatus for an internal combustion engine of the fourth aspect of the present invention, the control accuracy in consideration of the oxygen amount in the recirculated exhaust gas is set to the fuel supply amount and the ignition timing, thereby improving the control accuracy of the air-fuel ratio and the ignition timing. There is an effect that an air-fuel ratio shift or knocking can be avoided as the exhaust gas recirculates.
According to the control apparatus for an internal combustion engine of the fifth aspect of the invention, even when oxygen is contained in the recirculated exhaust gas, the fuel supply amount corresponding to the oxygen amount flowing into the cylinder is calculated, and There is an effect that the fuel ratio can be controlled with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a system schematic diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing fuel injection and ignition control of the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a characteristic of an exhaust gas recirculation rate in an example.
FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the exhaust gas recirculation amount in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a characteristic of temperature correction of the exhaust gas recirculation rate.
FIG. 7 is a graph showing the characteristics of basic ignition timing in the embodiment.
FIG. 8 is a time chart for explaining the effect of the embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing fuel injection and ignition control of the second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing another embodiment of exhaust gas recirculation rate control.
FIG. 11 is a diagram showing detection characteristics of volume flow rate in an example.
FIG. 12 is a graph showing a characteristic of an exhaust gas recirculation rate in an example.
FIG. 13 is a diagram showing the state of air density correction of the exhaust gas recirculation rate in the example.
FIG. 14 is a diagram showing a state of water temperature correction of the exhaust gas recirculation rate in the example.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine 2 Throttle valve 6 Fuel injection valve 8 Spark plug
10 Exhaust gas recirculation passage
11 Exhaust gas recirculation control valve
12 step motor
15 Control unit
17 Air flow meter
18 Throttle sensor
19 Water temperature sensor
20 Crank angle sensor
21 Oxygen sensor

Claims (5)

機関排気を排気還流通路を介して機関の吸気系に還流する排気還流装置を備えた内燃機関において、
前記排気還流装置で還流される排気中の酸素量を検出する還流酸素量検出手段と、
機関に吸入される新気の量を検出する新気量検出手段と、
該新気量検出手段で検出された新気の量と前記還流酸素量検出手段で検出された還流排気中の酸素量とに基づいて機関の制御量を決定する機関制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
In an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that recirculates engine exhaust gas to an intake system of the engine via an exhaust gas recirculation passage,
Recirculation oxygen amount detection means for detecting the amount of oxygen in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device;
Fresh air amount detection means for detecting the amount of fresh air sucked into the engine;
Engine control means for determining a control amount of the engine based on the amount of fresh air detected by the fresh air amount detection means and the amount of oxygen in the recirculated exhaust gas detected by the recirculation oxygen amount detection means;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記還流酸素量検出手段が、
前記排気還流装置で還流される排気中の酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出手段と、
前記排気還流装置で還流される排気量を検出する還流排気量検出手段と、
前記排気酸素濃度検出手段で検出された排気中の酸素濃度と前記還流排気量検出手段で検出された還流排気の量とに基づいて前記排気還流装置で還流される排気中の酸素量を算出する還流酸素量算出手段と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
The reflux oxygen amount detection means comprises
Exhaust oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device;
Recirculation exhaust amount detection means for detecting the exhaust amount recirculated by the exhaust recirculation device;
The amount of oxygen in the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device is calculated based on the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the exhaust oxygen concentration detecting means and the amount of the recirculated exhaust gas detected by the recirculated exhaust gas amount detecting means. Reflux oxygen amount calculating means;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, comprising:
前記還流排気量検出手段が、可変制御される前記排気還流通路の有効開口面積と機関運転条件とに基づいて排気還流量を算出することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。3. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the recirculation exhaust amount detection means calculates an exhaust recirculation amount based on an effective opening area of the exhaust recirculation passage that is variably controlled and an engine operating condition. 前記機関制御手段が、機関の制御量としての燃料供給量と点火時期との少なくとも一方を、前記新気の量と還流排気中の酸素量とに基づいて決定することを特徴とする請求項1,2又は3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。The engine control means determines at least one of a fuel supply amount and an ignition timing as an engine control amount based on the amount of fresh air and the amount of oxygen in the recirculated exhaust gas. A control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1, 2 and 3. 前記機関制御手段が、前記新気の量に基づいて算出した燃料量に前記還流排気The engine control means adds the recirculated exhaust gas to a fuel amount calculated based on the fresh air amount. 中の酸素量に基づいて算出した燃料量を加算して機関の燃料供給量を決定することを特徴とする請求項1,2又は3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。4. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel supply amount of the engine is determined by adding the fuel amount calculated based on the oxygen amount in the engine.
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