JP3841563B2 - Exhaust gas recirculation control device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas recirculation control device for internal combustion engine Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関に導入される新気量と、新気量と還流排気ガス(EGRガス)量との和である総吸気量を検出することによって、還流排気ガス率を算出し、内燃機関の運転条件に応じた還流排気ガス率を求めることができるようにした内燃機関の排気ガス還流制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の内燃機関の排気ガス還流(EGR)制御装置として、内燃機関の排気管と吸気管とを接続する排気ガス還流通路(EGR通路)に還流排気ガス量を制御する還流排気ガス量制御弁(EGR弁)を設けると共に、機関に吸入された全ガス量を検出する手段と、新しく吸入された新気の量を検出する手段とを設けて、両者の検出値の差を排気ガスの還流値とみなし、この値が設定値と等しくなるようにEGR弁の開度をフィードバック制御するものが知られている(特開昭57−148048号公報参照)。
【0003】
EGR弁は高温の排気ガスが通過するEGR通路に設けられるため、電気式モータ等による駆動では信頼性の高い作動を得ることができない。従って、EGR弁の駆動にはダイヤフラム式のアクチュエータを使用するのが普通である。この場合、ダイヤフラム室は負圧源(ディーゼルエンジンの場合は負圧ポンプ、ガソリンエンジンの場合は吸気管の負圧ポート)に接続されると共に、ダイヤフラム室に導かれる負圧のレベルを所定値に制御するために負圧制御機構が設けられ、ダイヤフラム室の圧力を所定の負圧レベルとすることによって所期のEGR弁のリフト、即ちEGR率が得られるように設定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
負圧制御機構を使用したEGR弁の駆動方式では、ダイヤフラム室を負圧配管と負圧の切換制御用の電磁弁とを介して負圧源(負圧ポンプ又は吸気ポート)に接続する構成となっているので、負圧配管系の長さが長くなるのと、電磁弁の応答性は必ずしも高くないから、これらが原因となってEGR弁に作動遅れが起こり易い。このような作動遅れはEGR率を気筒毎に独立に制御する場合に特に問題が生じ易く、内燃機関の排気ガス還流制御装置に応答性及び精度の高い動作を期待することができないという問題があった。
【0005】
本発明はこの問題を解消するために、常に高い応答性と精度を維持しながら作動する内燃機関の排気ガス還流制御装置を提供することを目的としている。本発明はまた、その排気ガス還流制御装置が全気筒に共用のものであるにもかかわらず、各気筒のEGR率をそれぞれ独立に制御することができ、それによって全気筒のEGR率を均一に揃えることができるような排気ガス還流制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、図1及び図2において基本的に示すように、機関の各気筒の吸気行程の開始時期に相当するクランク角度位置を検出すると共に吸気行程の間に吸気管圧力VP及び新気量VNを検出し、吸気管圧力VPから総吸気量QAを算出すると共に排気ガス還流率目標値RTを算出する。また、吸気行程の終了時期において新気量の積算値QNを算出し、総吸気量QAと積算値QNとの差として、その気筒の排気ガス還流率REi を算出する。更に、吸気管に吸気スロットル弁を設けて、気筒毎の排気ガス還流率REi が目標値となるように定めた最終目標開度TRFi+1 に吸気スロットル弁開度を気筒毎に独立に制御する一方、排気ガス還流率の気筒間平均値Rが目標値RTとなるように排気ガス還流量を制御する。
【0007】
しかしながら、上記のような制御だけでは、吸気スロットル弁開度は気筒毎に独立に制御されるものの、その駆動タイミングは吸気スロットル弁開度の最終目標開度TRFi+1 を算出した直後になるので、タイミングについては気筒毎に独立した制御は行われない。そのため、内燃機関によっては排気ガス還流率を気筒毎に独立に制御することができない場合が生じ、複数の気筒の間で相互に影響が及ぶことがある。
【0008】
そこで、この問題に対して、本発明者らは更に研究を重ねた結果、吸気スロットル弁には、その下流側に並列に接続されている複数個の気筒のうちの個別の気筒の排気ガス還流率を単独に、即ち他の気筒とは実質的に無関係に制御することができる操作タイミングが存在することを見出した。
【0009】
この点について図3を用いてより詳細に説明する。、図3に4気筒のディーゼルエンジンの運転条件が、回転数800rpm、出力トルク27Nmであって、クランク軸の1回転毎に吸気スロットル弁の開度を180°CAの間に3.2°だけ閉弁側へ操作したときの各気筒のEGR率の変化を示す。(a)から(d)の各場合は、吸気スロットル弁の閉弁動作の開始時期を1番気筒のTDC後のクランク角度で、(a)500°、(b)545°、(c)590°、(d)635°というように、45°CAづつ遅角させた場合を示している。なお、(e)は参考のために、スロットル弁の開度を一定に固定した場合を示すものである。また、”ave”は全気筒の平均値を示している。
【0010】
参考として示したスロットル弁固定時のEGR率と比較すると、(a)の場合の500°CAでは、1番気筒と2番気筒のEGR率が大きく増加している。そして閉弁動作の開始時期を遅角させて行くと、2番気筒のEGR率の増加の度合いが小さくなって行き、遂に(d)の場合の635°CAにおいては、1番気筒のみがEGR率の増加を示すようになる。この事実は、ある最適のタイミングで吸気スロットル弁を開閉制御すれば、個別の各気筒のEGR率を単独に増減させることができるということを意味する。
【0011】
そこで、本発明者らはこの点に着目して、気筒別に最適のタイミングにおいて吸気スロットル弁を開閉制御することにより、各気筒の排気ガス還流率を個別に制御し、全気筒の排気ガス還流率を所望の値に揃えて、前述のような問題点をも併せて解決した。
【0012】
より具体的に、本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気ガス還流制御装置を提供するものである。
【0013】
請求項1に記載の技術手段においては、還流排気ガス量制御弁によって決まる排気ガス還流率に応じて、吸気系の通路面積制御手段(吸気スロットル弁)を駆動することによって補完的に所期の排ガス還流率への制御を行うと共に、個々の気筒の吸気行程における最適の時期に通路面積制御手段を駆動することにより、その気筒の排気ガス還流率を制御している。そのため、負圧駆動による還流排気ガス量制御弁のみによって排気ガス還流率を制御する場合と比較して、応答性を高めることができる。また、気筒毎に高い応答性と精度をもって排気ガス還流率の制御を行うことが可能になり、他の気筒との間の排気ガス還流率の差を確実に抑制することができる。
【0014】
請求項2に記載の技術手段によれば、通路面積制御手段の制御は気筒毎に独立に行っている。従って、各気筒の排気ガス還流率の間に差があっても、各気筒の排気ガス還流率を個別に制御することによって全ての排気ガス還流率を揃えることが可能になる。
【0015】
請求項に記載の技術手段によれば、具体的に2次元マップを用いて気筒毎に排気ガス還流制御を行う。
【0016】
また請求項に記載の技術手段によれば、第1検出手段による検出値から第1算出手段によって算出される新気量と、第2検出手段による検出値から第2算出手段によって算出される総吸気量とに基づいて、第3算出手段によって排気ガス還流率を算出し、通路面積制御手段の制御を気筒毎に独立に最適の時期に行うことにより、請求項1の場合と同様な作用効果を奏することができる。
【0017】
請求項に記載の技術手段によれば、エアーフローメータと圧力検出器の検出値から還流排気ガス量を正確に把握することができる。
請求項に記載の技術手段によれば、新気量の検出値を積算することにより計測値の変動を防止することができる。
請求項に記載の発明によれば、各気筒間で平均化された総吸気量の値によって排気ガス還流率を制御していることから、排気ガス還流率の気筒間の変動を最小とすることができる。
【0018】
請求項に記載の発明によれば、通路面積制御手段の制御に加えて、各気筒間において平均的な排気ガス還流率に応じて排気ガス還流制御弁を制御することにより、所期の排気ガス還流率へのより迅速な制御が実現する。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明を、ターボチャージャを搭載したスワールチャンバ付ディーゼル機関に適用した場合の実施形態について、図4〜図6をも参照しながら更に具体的に説明する。図4において、1はディーゼル機関の本体、2はスワールチャンバ、3はピストン、4はスワールチャンバ2に設けた燃料噴射弁、5は排気弁を示している。排気弁5は排気管6に接続される。図示しない吸気弁は吸気管7に接続される。8はターボチャージャを示しており、ターボチャージャ8は、排気管6に配置されるタービン9と吸気管7に配置されるコンプレッサ10とから構成される。燃料噴射弁4には周知のように燃料噴射ポンプ(図1にはその回転軸22のみが図示されている)からの燃料が圧送される。
【0020】
タービン9の上流の排気管6とコンプレッサ10の下流における吸気管7とは排気ガス還流通路(EGR通路)11によって接続される。EGR通路11上には排気ガス還流量制御弁(EGR弁)12が配置される。EGR弁12は弁体13と、弁体13に連結されて、負圧に応じて弁体13のリフトを制御することによりEGR通路11を流れる還流排気ガス(EGRガス)の流量を制御するダイヤフラム14とから構成される。このEGR弁12は弁体13のリフトが大きいほど開口面積が大きくなり、EGRガスの流量が多くなるように構成されている。弁体13のリフトの大きさはダイヤフラム14によって形成されるダイヤフラム室15の負圧の大きさによって決定される。即ち、負圧が強いほどダイヤフラム14の図の上方への変位が大きくなってリフトも大きくなる。ダイヤフラム室15はバキュームポンプ16に負圧配管17によって接続され、バキュームポンプ16からの負圧がダイヤフラム室15に導入される。
【0021】
ダイヤフラム14の負圧の制御のために負圧配管17上に三方電磁弁18が設けられる。電磁弁18よりダイヤフラム室15側において負圧配管17はパイプ18aによって大気に開口され、この大気開口部にオリフィス18bが設けられる。また、電磁弁18はコイル19を備えており、コイル19の通電制御によって弁体18が駆動されて、キュームポンプ16からダイヤフラム室15へ導入される負圧導入の制御が行われる。即ち、電磁弁18のコイル19が通電を受けていないときはバキュームポンプ16とダイヤフラム室15との連通は遮断され、弁体13のリフトが最小となるためEGR作動は行なわれない。一方、コイル19への通電時はバキュームポンプ16からの負圧がダイヤフラム室15に導入されて弁体13がリフトする。電磁コイル19の通電は後述のように制御回路(マイクロコンピュータシステム)50によってデューティ制御され、EGR弁12の弁体13は所期のリフトに制御され、ひいてはEGR量の制御が行われる。
【0022】
コンプレッサ10と、EGR通路11と吸気管7との合流点の間に、新気の通路面積を制御しうる通路面積制御手段としての吸気スロットル弁29が配置される。この吸気スロットル弁29の弁軸は図示しないギヤ等の連結手段によってステップモータ30等の電気的回転駆動手段に連結される。ステップモータ30は制御回路50からの駆動信号を受けることにより回転駆動され、吸気スロットル弁29の開度(即ち新気量)を任意に制御することが可能である。
【0023】
吸気管7においてコンプレッサ10の上流に吸入新気量に応じた電気信号(アナログ信号)を出力するエアーフローメータ20が配置される。また、コンプレッサ10の下流の吸気管7には圧力検知器21が配置されて、吸気管圧力に応じた電気信号(アナログ信号)を出力する。これらのセンサ20,21からの信号はエンジン1回転当たりの流量(g/rev )として制御回路50に入力され、両者の信号の差が排気還流量(EGR量)として把握される。制御回路50の記憶装置(ROM)にはエンジンの回転数とエンジンの負荷に相当する因子である燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの開度とに応じたEGR量のデータが格納されている。検出されたEGR量と記憶されたEGR量とに差があれば制御回路50はその差を解消する方向にコイル19への通電を制御する。
【0024】
回転数の検出方法としては公知の適当な方法を採用し得るが、図示の実施形態の回転数センサは、燃料噴射ポンプの回転軸22(内燃機関のクランク軸に連結される)上に、周方向に離間した複数個の突起23を有する回転体を固定し、この突起23に対向させてホール素子等の電磁ピックアップ24を配置して構成される。従って、電磁ピックアップ24からは突起23の間隔に応じたパルス間隔のパルス信号が得られる。
【0025】
一方、内燃機関のクランク軸38には、直径上の対立位置に一対の突起27を有する回転体が取り付けられ、この突起27に対向させて前述のものと同様にホール素子等で構成される第2の電磁ピックアップ28が配置される。突起27によりクランク軸の2分の1回転、即ち180°の回転を検出することができる。
【0026】
また、燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置を知るため、図1におけるポテンショメータ25が設けられ、ポテンショメータの摺動接点部25aは燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーと一体に移動し、アジャスティングレバーの位置に応じて電圧信号をポテンショメータ25から得ることができる。
【0027】
更に、吸、排気弁を駆動するためのカムシャフト26上に、周方向に1個の突起40を有する回転体を取り付けて、この突起40に対向させて、前述のものと同様にホール素子等で構成される第3の電磁ピックアップ41が配置される。突起40の検出により、クランク軸の2回転、即ち720°の回転を検出することができる。
【0028】
次に図5によって制御回路50の構成を説明する。制御回路50はエアーフローメータ20の一部を構成するポテンショメータの摺動接点部20aに接続された入力端子501と、圧力検出器21に接続される入力端子502と、燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置検出用ポテンショメータ25の摺動接点25aに接続される入力端子503と、第1の電磁ピックアップ24に接続される入力端子504と、第2の電磁ピックアップ28に接続される入力端子505と、更に、第3の電磁ピックアップ41に接続される入力端子515とを備える。
【0029】
また、制御回路50はEGR弁12の電磁コイル19に接続される出力端子506を備えている。更に、制御回路50は、入力端子と出力端子との間に、アナログデジタル(A−D)変換器510、計数器520、中央処理ユニット(CPU)530、第1発振器540、コンパレータ550、第2発振器560及び駆動回路570を備えている。A−D変換器510は入力端子501,502,503に接続され、A−D変換器510は周知のようにマルチプレクサ及びA−D変換回路と、3個の記憶回路と、マルチプレクサの切替回路と、A−D変換器を起動すると共に、各記憶回路のセレクトの各信号を発生するタイミングパルス回路とから構成される。A−D変換器及び3個の記憶回路は、例えば、12ビット構成とすることができる。
【0030】
計数器520はパルス信号を発生する第1、第2、及び第3の電磁ピックアップ24,28,41からの入力端子504,505,515に接続されるものであり、第1電磁ピックアップ24からのパルス数を計測する計数回路と、それを記憶する記憶回路と、計数回路へのゲート信号、リセット信号及び計数回路へのラッチ信号を発生するタイミングパルス回路より構成され、計数器520より8ビットの2連コード信号が出力される。第2電磁ピックアップ28からのパルス信号は計数回路のリセットのために使用される。また、第3電磁ピックアップ41からのパルス信号は気筒判別のために使用される。
【0031】
CPU530はマイクロコンピュータ、A−D変換器510の出力及び計数器520の出力とマイクロコンピュータのバスラインを接続する3ステートのバッファ回路と、マイクロコンピュータの出力値を記憶する記憶回路とより構成される。マイクロコンピュータの回路の詳細はこの発明の要部ではないことからその説明は省略する。また、マイクロコンピュータは2MHz の内部クロック周波数によって動作しており、電源が投入されるとイニシャライズが行われ、予め指定されたROMのアドレスからのプログラムが実行される。
【0032】
制御回路50における第1発振器540は20Hz のトリガパルスを発生し、このトリガパルスはCPU530のタイマチェック信号、及びコンパレータ550のリセット信号となる。コンパレータ550は第1発振器540からのトリガパルスを基点にして第2発振器からの20Hz のクロック信号を入力し、CPU530からの2進コード出力をパルス幅へ変換する。コンパレータ550の出力は電磁弁駆動回路570に入力され、入力信号の増幅が行われ、出力信号は端子506より電磁弁18のコイル19に印加される。
【0033】
CPU530は吸気スロットル弁駆動用ステップモータ30を駆動するため駆動回路580に接続され、その出力信号は端子507よりステップモータ30のコイルに印加される。ステップモータ30の駆動のためのCPU530への出力信号の形成、駆動回路580の増幅方法は従来公知のいかなる手法をも採用し得ることからその詳細な説明は省略する。
【0034】
エアーフローメータ20を構成するポテンショメータの両端には一定電圧Vc が印加され、その摺動接点部20aには吸入空気量に応じた電圧VN が現れる。電圧VN はA−D変換器510により2進コードに変換されて記憶回路に格納される。同様に圧力検出器21からの圧力に応じた電圧信号Vp 及び燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置に応じた電圧信号VL もA−D変換され、その記憶回路に格納される。一方、計数器520は第1電磁ピックアップ24からのパルス信号のパルス数の計測を行い、その計数値は内部記憶回路内に格納される。また、第2電磁ピックアップ28からのパルス信号は計数器520をクリヤするために利用される。第3電磁ピックアップ41からのパルス信号は、特定の気筒(例えば1番気筒)の吸気行程の開始時期を判別するために用いられる。
【0035】
以下、図1及び図2に示すフローチャートによってCPU530の動作を詳細に説明する。電源投入により処理が開始され、ステップ101では動作が開始されてCPU530の全てのメモリやレジスタやポートのイニシャライズが実行される。ステップ101−1ではi=0か否かの判断が行われる。i=0は、特定の気筒(例えば1番気筒)において吸気行程が開始される時期であり、720°CAの周期で発生するパルスに対応する。
【0036】
ステップ102ではパルスカウンタCn =0か否かの判断が実行される。Cn =0はいずれかの気筒において吸入行程が開始されると共に、別のいずれかの気筒において吸入行程が終了するタイミングとなっている。即ち、第1電磁ピックアップ24からのパルスによってインクリメントされ、第2電磁ピックアップ28からの180°毎のパルスによってクリヤされる計数ルーチンが設けられており、第2電磁ピックアップ28がパルスを発生するクランク角度位置では、ある気筒は吸気行程の開始に対応すると共に、別の気筒は吸気行程の終了に対応するように設定され、この位置においてCn =0とされる。
【0037】
カウンタ値(Cn )が0でないとき、即ち、ステップ102の判断が否定的であるときには、ステップ102からステップ103に流れ、所定時間T1 毎に発生される信号の入力があったか否かの判断が行なわれる。時間T1 が経過する毎に発生されるパルス信号の入力があったと判断されたときはステップ104に進み、そうでないときはステップ109に進む。時間T1 の経過時点であると判断されたときに実行されるステップ104〜108はEGR率の目標値の算出ルーチンを示している。即ち、ステップ104ではA−D変換器510内の記憶回路に記憶されている吸気管圧力値Vp の読み込みが行なわれ、ステップ105では同じくA−D変換器510内の記憶回路に記憶されている吸入空気量値VL の読み込みが行なわれる。
【0038】
ステップ106は機関回転数Nの算出を示している。回転数Nの計測はクランク軸が180°回転するための時間T180によって行なわれる。即ち、計数器520はクランク軸の180°の回転毎の第2電磁ピックアップ28からのパルス信号によってクリヤされるものであり、T180の値は計数器520におけるパルス数が前回零となったときから今回零となるまでの経過時間となる。
【0039】
ステップ107は、1個の気筒内に吸入される全ガス量QAの算出を示しており、全ガス量QAの算出は圧力検出器21により検出された吸気管圧力値Vp とエンジン回転数Nによって行うことができる。即ち、吸気管圧力値Vp とエンジン回転数Nとの間には一定の関係があり、この関係はCPU530内に二次元マップfとして格納されているので、ステップ104において読み取られた吸気管圧力値Vp とステップ106において算出されたエンジン回転数Nに対応する全ガス量の値が補間演算される。
【0040】
ステップ108はそのエンジン運転条件において最適なEGR率の目標値RTの算出を示している。即ち、燃料噴射量(負荷)に対応する燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置(ポテンショメータ25の出力値)VL とエンジン回転数Nとの間には一定の関係が存在しており、この関係は二次元マップgとしてCPU530内に格納されているので、ステップ108ではポテンショメータの出力値VL 及びエンジン回転数Nの実測値に対応した目標EGR値RTの補間演算が行われる。
【0041】
ステップ109ではその運転条件において最適なスロットル弁開度目標値TRBの算出が行われる。即ち、燃料噴射量(負荷)に対応する燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置(ポテンショメータ出力値)VL とエンジン回転数Nとの間には所定の関係が存在しており、この関係は二次元マップhとしてCPU530内に格納されており、ステップ109ではポテンショメータ25の出力値VL 及びエンジン回転数Nの実測値に対応した目標スロットル弁開度TRBの補間演算が実行される。
【0042】
ステップ110〜113はエアーフローメータ20の計測値の積算処理を示している。即ち、ステップ110はエアーフローメータの出力信号を検出するためのタイマーチェックであり、所定時間周期T2 毎に入力される信号の入力があったか否かの判定が行われる。T2 はエンジンの高回転時においても各気筒の吸入空気量を検出し得るように、エンジンの最高回転数における1個の気筒の吸入行程を実行するための時間よりも短いことが好ましい。T2 パルスの入力があったと判断されたときはステップ111に進み、A−D変換器510内の記憶回路に格納されているエアーフローメータ20の計測値VN の読み込みが行われる。ステップ112においてはステップ111において読み込まれたVN の値の積算、即ちΣVN の計算が実行される。ステップ113は積算カウンタCADのインクリメントを示す。
【0043】
ステップ102において回転パルスカウンタの値Cn =0のとき、即ち、吸気行程の開始又は終了の時期であるときはステップ201に進み、気筒マークiがインクリメントされ、ついでステップ202においてi>4か否かの判断が行われる。i>4のときはステップ203においてi=1とされる。ステップ201〜203の処理はクランク角度の180°毎に実行され、爆発順序が決まっていることから、iの値はその時に吸気行程を行う気筒の番号と対応させることができる。なお、この例では、機関を停止及び再始動させても変わらないように、i=1は常に1番気筒と定めている。
【0044】
ステップ204では各気筒の吸入空気量一吸気行程での新気吸入空気量(グラム)の算出が次の式、
QNi =(ΣVN / CAD)×T180
によって実行される。ここでT180は前述のようにクランク軸が180°(即ち、一吸気行程のクランク角度)回転するのに要する時間である。この式においてエアーフローメータ20の計測値の積算値ΣVN を積算回数CADで除することによりエアーフローメータの計測値の平均値が得られ、これにクランク軸が180°回転するための時間、即ち一吸気行程を実施するのに要する時間を乗算することによって一吸気行程当たりの新気吸入量が算出される。
【0045】
ステップ205では各気筒のEGRガス量QEi の算出が行われる。即ち、EGRガス量QEはステップ107において算出した筒内へ吸入される全ガス量QAからステップ204において算出される新気吸入量QNi を差し引いたものである。ステップ206ではEGR率が全ガス量QAに対するEGRガス量QEi の比として算出される。ステップ207はステップ206において算出したEGR率の値を気筒iのEGR率としてREi に格納している。
【0046】
ステップ208では全気筒i=1〜4のEGR率が加算され、気筒数4によって除算することにより全気筒について平均したEGR率Rの算出が行われる。
ステップ209及び210は電磁弁18のコイル19への駆動信号の形成を示している。即ち、ステップ209ではステップ108において算出された目標EGR率RTから、ステップ208において算出された実測平均EGR率REを引くことにより、制御偏差ΔDが算出される。
【0047】
ステップ210においては、電磁弁18のON時間DP´が、
DP´=DP´+ΔD×K
によって算出される。即ち、この式においてKはゲインであり、ステップ210の処理の実行を継続することにより、電磁弁18にフィードバックがかかるため最終的には偏差=0となり、4気筒の平均EGR率は目標EGR率RTに一致するようになる。即ち、EGR弁12の開度は全気筒間において平均したEGR率に制御される。
【0048】
ステップ211においては、各気筒のEGR率REi の目標EGR率RTに対する差ΔTRi が算出される。ステップ212では、気筒毎の吸気スロットル弁の開度補正量が
TRCi =TRCi +ΔTRi ×k´
によって算出される。この式において、k´はゲインであり、例えば、特定気筒のEGR率が目標に対して小さい場合はEGR率を高めるように吸気スロットル弁29を閉弁させる方向に開度の補正量が更新される。
【0049】
ステップ213においては、次に吸気行程となる気筒の吸気スロットル弁の最終目標開度TRFi+1 を算出する。TRFi+1 はステップ109において算出された目標吸気スロットル弁開度TRBと、当該気筒の前回の吸気行程終了時に、ステップ212において算出された補正量TRCi+1 を加算することにより求められる。
【0050】
一方、吸気スロットル弁29の開度補正を行うタイミングは、ステップ213−1において、燃料噴射量(負荷)VL と回転数Nにより決定される。この関係は、予め試験を行うことによって求めたデータが、2次元マップとして制御回路50内に格納されている。そして、ステップ213−1によって決定されたタイミングti において、このTRFi+1 の値は駆動回路580の出力信号として反映され、それによって吸気スロットル弁駆動用モータ30が駆動されて、所定の吸気スロットル弁開度を得ることができる。ステップ214では次回の計測のためVN 及びCADがクリヤされる。
【0051】
次に、電磁弁18の制御について説明すると、RAMの所定アドレスに格納された電磁弁18のON時間DP´はBUSラインに転送され、CPU530内の記憶回路に格納される。コンパレータ550はCPU530からの2進コード値と、第1発振器540のトリガ信号をリセット信号とする第2発振器560からのクロック数とが一致したときに一致信号を出力する。従って、第1発振器540のトリガ信号の周期が50 ms であることから、トリガ信号が高レベルから低レベルに切り替わってからCPU530からの2進コード数とクロック数とが一致するまでは電磁弁18のON時間、一致してからトリガ信号が高レベルから低レベルに切り替わるまでの時間が電磁弁18のOFF時間となる。この様子は図6に示される。
【0052】
即ち、図6の(A)は第1発振器540の出力信号、図6の(B)はコンパレータ550の出力信号を示す。また、時間Tは図2に示すステップ210によって求められ、RAMの所定アドレスに格納されているDP´(第2発振器560の周期0. 05 msec )に一致する。この時間Tにより電磁弁18のON−OFF比、即ちEGR量が決まる。駆動回路570はコンパレータ550からの信号を電力増幅した後に電磁弁のコイル19に印加する。
【0053】
以上の実施例では、EGR弁12についてはEGR率の気筒間平均値Rが目標値RTになるようにフィードバック制御を行う一方、吸気スロットル弁29は気筒毎にEGR率REi が目標値になるように独立制御している。そのため、避けることができない気筒間偏差があっても気筒間のEGR率の変動を防止することができ、かつ目標値へのEGR率の制御を迅速に行うことができる。また、各気筒の吸気行程毎にEGRガスの吸入情報を検出し得るため、燃焼毎にEGR制御が可能となり、過渡時においても所期のEGR制御を行うことが可能となる。
【0054】
EGR弁12の制御については実施例のようにフィードバック制御をせず、オープンループによる制御のみとしてもよい。最も、単純な方式としてはオン・オフ制御でもよい。即ち、EGR条件時はEGR弁12が開放され、非EGR条件時にはEGR弁12が閉鎖されるような制御を行うことができる。
【0055】
以上の実施例において全ガス量の演算は圧力検出器21の出力によって行っているが、全ガス量の演算値の精度を向上させるために、圧力検出器21の付近に吸気温度計を設けて、その出力によって圧力検出値に基づく全ガス量の演算値の補正を行うのが望ましい。また、内燃機関としてはターボチャージャ付きのディーゼル機関としたが、本発明はターボチャージャが設置されていない内燃機関にも適用可能である。また、排気還流を行いやすくするために、吸気管にスロットル弁を設置したディーゼル機関にこの発明を適用すると特に有用である。この場合、スロットル弁の下流にEGRポート及び圧力検出器を設けて、スロットル弁の上流にエアーフローメータが位置することになる。
【0056】
上記実施例では吸入された全ガス量の検出の手段として圧力検出器21を使用しているが、この代わりにエアーフローメータ20の構造と同様の構造のもの、または熱線を使用する構造のものを採用することも可能である。ただ、逆流する排気ガスによる汚染を考慮すると、機械的な可動部分を持たないで圧力を検出する方式のものが望ましい。
【0057】
また、内燃機関としてはガソリンを燃料とする火花点火内燃機関にもこの発明は応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図5に示す制御回路の動作を説明するフローチャートの一部である。
【図2】図1のフローチャートの残りの部分である。
【図3】吸気スロットル弁の作動による各気筒のEGR率の変化を示す図表である。
【図4】本発明の実施形態としての内燃機関の全体構成図である。
【図5】制御回路の構成を示すブロック線図である。
【図6】制御回路によるデューティ比制御動作を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関の本体
6…排気管
7…吸気管
11…排気ガス還流通路(EGR通路)
12…排気ガス還流量制御弁(EGR弁)
15…ダイヤフラム室
18…三方電磁弁
20…エアーフローメータ
21…圧力検出器
22…燃料噴射ポンプの回転軸
24,28,41…電磁ピックアップ
26…カムシャフト
29…吸気スロットル弁
38…クランク軸
50…制御回路
i…気筒マーク
N…機関回転数
QA…総吸気量
QE…EGRガス量
QN…新気吸入量
R…EGR率の気筒間平均値(ave)
REi …気筒毎のEGR率
RT…EGR率の目標値
TRB…吸気スロットル弁の開度目標値
TRCi …気筒毎の吸気絞り補正量
TRF…吸気スロットル弁の最終目標開度
VL …燃料噴射量(負荷)
VN …新気量
VP…吸気管圧力
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention calculates the recirculation exhaust gas ratio by detecting the total amount of intake air that is the sum of the amount of fresh air introduced into the internal combustion engine and the amount of fresh air and the amount of recirculated exhaust gas (EGR gas). The present invention relates to an exhaust gas recirculation control apparatus for an internal combustion engine that can determine a recirculation exhaust gas rate according to the operating conditions of the engine.
[0002]
[Prior art]
As a conventional exhaust gas recirculation (EGR) control device for an internal combustion engine, a recirculation exhaust gas control valve for controlling a recirculation exhaust gas amount in an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) connecting an exhaust pipe and an intake pipe of the internal combustion engine ( EGR valve), a means for detecting the total amount of gas sucked into the engine, and a means for detecting the amount of fresh air sucked in are provided, and the difference between the detected values is determined as the recirculation value of the exhaust gas. It is known that the opening degree of the EGR valve is feedback-controlled so that this value becomes equal to the set value (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-148048).
[0003]
Since the EGR valve is provided in the EGR passage through which the high-temperature exhaust gas passes, a highly reliable operation cannot be obtained by driving with an electric motor or the like. Therefore, a diaphragm type actuator is usually used for driving the EGR valve. In this case, the diaphragm chamber is connected to a negative pressure source (a negative pressure pump in the case of a diesel engine, a negative pressure port of an intake pipe in the case of a gasoline engine), and the level of the negative pressure led to the diaphragm chamber is set to a predetermined value. In order to control, a negative pressure control mechanism is provided, and it is set so that the desired EGR valve lift, that is, the EGR rate can be obtained by setting the pressure in the diaphragm chamber to a predetermined negative pressure level.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the EGR valve drive system using the negative pressure control mechanism, the diaphragm chamber is connected to a negative pressure source (negative pressure pump or intake port) via a negative pressure pipe and an electromagnetic valve for switching control of negative pressure. Therefore, if the length of the negative pressure piping system is increased, the responsiveness of the electromagnetic valve is not necessarily high. Therefore, the EGR valve is likely to be delayed due to these reasons. Such an operation delay is particularly likely to occur when the EGR rate is controlled independently for each cylinder, and the exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine cannot be expected to operate with high responsiveness and accuracy. It was.
[0005]
In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine that always operates while maintaining high response and accuracy. The present invention is also capable of independently controlling the EGR rate of each cylinder even though the exhaust gas recirculation control device is shared by all the cylinders, thereby making the EGR rate of all the cylinders uniform. An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation control device that can be aligned.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, as basically shown in FIGS. 1 and 2, the crank angle position corresponding to the start timing of the intake stroke of each cylinder of the engine is detected, and the intake pipe pressure VP and the fresh air during the intake stroke are detected. The amount VN is detected, the total intake amount QA is calculated from the intake pipe pressure VP, and the exhaust gas recirculation rate target value RT is calculated. Further, an integrated value QN of the fresh air amount is calculated at the end time of the intake stroke, and an exhaust gas recirculation rate REi of the cylinder is calculated as a difference between the total intake amount QA and the integrated value QN. Further, an intake throttle valve is provided in the intake pipe, and the intake throttle valve opening is controlled independently for each cylinder to a final target opening TRFi + 1 determined so that the exhaust gas recirculation rate REi for each cylinder becomes a target value. On the other hand, the exhaust gas recirculation amount is controlled so that the inter-cylinder average value R of the exhaust gas recirculation rate becomes the target value RT.
[0007]
However, with only the control as described above, the intake throttle valve opening is controlled independently for each cylinder, but the drive timing is immediately after the final target opening TRFi + 1 of the intake throttle valve opening is calculated. The timing is not controlled independently for each cylinder. For this reason, depending on the internal combustion engine, the exhaust gas recirculation rate may not be controlled independently for each cylinder, which may affect each other among a plurality of cylinders.
[0008]
Accordingly, as a result of further research on the problem, the present inventors have conducted further research. As a result, exhaust gas recirculation of individual cylinders among a plurality of cylinders connected in parallel downstream of the intake throttle valve is provided. It has been found that there are operating timings in which the rate can be controlled independently, i.e. substantially independently of the other cylinders.
[0009]
This point will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 shows that the operating condition of the four-cylinder diesel engine is that the rotational speed is 800 rpm and the output torque is 27 Nm, and the opening degree of the intake throttle valve is only 3.2 ° between 180 ° CA for each rotation of the crankshaft. The change of the EGR rate of each cylinder when operated to the valve closing side is shown. In each of the cases (a) to (d), the start timing of the closing operation of the intake throttle valve is the crank angle after the TDC of the first cylinder, (a) 500 °, (b) 545 °, (c) 590 This shows a case where the angle is delayed by 45 ° CA, such as ° and (d) 635 °. For reference, (e) shows a case where the opening of the throttle valve is fixed. “Ave” represents an average value of all cylinders.
[0010]
Compared to the EGR rate when the throttle valve is fixed as shown for reference, the EGR rates of the first cylinder and the second cylinder are greatly increased at 500 ° CA in the case of (a). When the start timing of the valve closing operation is delayed, the degree of increase in the EGR rate of the second cylinder decreases, and finally, at 635 ° CA in the case of (d), only the first cylinder is EGR. Will show an increase in rate. This fact means that if the intake throttle valve is controlled to open and close at a certain optimum timing, the EGR rate of each individual cylinder can be increased or decreased independently.
[0011]
Accordingly, the present inventors pay attention to this point, and individually control the exhaust gas recirculation rate of each cylinder by controlling the opening and closing of the intake throttle valve at an optimal timing for each cylinder, thereby exhausting the exhaust gas recirculation rate of all the cylinders. The above-mentioned problems were also solved by aligning the desired values.
[0012]
More specifically, the present invention provides an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine described in each claim as a means for solving the above-mentioned problems.
[0013]
  In the technical means according to the first aspect of the present invention, the intended passage area control means (intake throttle valve) of the intake system is driven in accordance with the exhaust gas recirculation rate determined by the recirculation exhaust gas amount control valve. Control the exhaust gas recirculation rateIn addition, the exhaust gas recirculation rate of each cylinder is controlled by driving the passage area control means at the optimum time in the intake stroke of each cylinder. Therefore, the responsiveness can be improved as compared with the case where the exhaust gas recirculation rate is controlled only by the recirculated exhaust gas amount control valve driven by negative pressure. Further, the exhaust gas recirculation rate can be controlled with high responsiveness and accuracy for each cylinder, and the difference in the exhaust gas recirculation rate with other cylinders can be reliably suppressed.
[0014]
According to the technical means described in claim 2, the passage area control means is controlled independently for each cylinder. Therefore, even if there is a difference between the exhaust gas recirculation rates of the respective cylinders, it is possible to make all the exhaust gas recirculation rates uniform by individually controlling the exhaust gas recirculation rates of the respective cylinders.
[0015]
  Claim3Specifically, the exhaust gas recirculation control is performed for each cylinder using a two-dimensional map.
[0016]
  And claims4According to the technical means, the fresh air amount calculated by the first calculation means from the detection value by the first detection means, and the total intake air amount calculated by the second calculation means from the detection value by the second detection means, The exhaust gas recirculation rate is calculated by the third calculating means, and the passage area control meansControl at the optimal time independently for each cylinderThus, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
[0017]
  Claim5According to the technical means described in the above, it is possible to accurately grasp the recirculated exhaust gas amount from the detection values of the air flow meter and the pressure detector.
  Claim6According to the technical means described in (4), fluctuation of the measured value can be prevented by integrating the detected value of the fresh air amount.
  Claim7Since the exhaust gas recirculation rate is controlled by the value of the total intake amount averaged among the cylinders, the fluctuation of the exhaust gas recirculation rate between the cylinders can be minimized. .
[0018]
  Claim8In addition to the control of the passage area control means, the exhaust gas recirculation control valve is controlled according to the average exhaust gas recirculation rate between the cylinders in addition to the control of the passage area control means. Realize faster control over
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine with a swirl chamber equipped with a turbocharger will be described more specifically with reference to FIGS. In FIG. 4, 1 is a diesel engine body, 2 is a swirl chamber, 3 is a piston, 4 is a fuel injection valve provided in the swirl chamber 2, and 5 is an exhaust valve. The exhaust valve 5 is connected to the exhaust pipe 6. An intake valve (not shown) is connected to the intake pipe 7. Reference numeral 8 denotes a turbocharger, and the turbocharger 8 includes a turbine 9 disposed in the exhaust pipe 6 and a compressor 10 disposed in the intake pipe 7. As is well known, fuel from a fuel injection pump (only the rotating shaft 22 is shown in FIG. 1) is pumped to the fuel injection valve 4.
[0020]
The exhaust pipe 6 upstream of the turbine 9 and the intake pipe 7 downstream of the compressor 10 are connected by an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 11. An exhaust gas recirculation amount control valve (EGR valve) 12 is disposed on the EGR passage 11. The EGR valve 12 is connected to the valve body 13 and the valve body 13, and controls the flow rate of the recirculated exhaust gas (EGR gas) flowing through the EGR passage 11 by controlling the lift of the valve body 13 according to the negative pressure. 14. The EGR valve 12 is configured such that the larger the lift of the valve body 13, the larger the opening area and the greater the EGR gas flow rate. The magnitude of the lift of the valve body 13 is determined by the magnitude of the negative pressure in the diaphragm chamber 15 formed by the diaphragm 14. That is, the stronger the negative pressure, the larger the displacement of the diaphragm 14 in the figure and the higher the lift. The diaphragm chamber 15 is connected to the vacuum pump 16 by a negative pressure pipe 17, and the negative pressure from the vacuum pump 16 is introduced into the diaphragm chamber 15.
[0021]
In order to control the negative pressure of the diaphragm 14, a three-way solenoid valve 18 is provided on the negative pressure pipe 17. On the diaphragm chamber 15 side of the electromagnetic valve 18, the negative pressure pipe 17 is opened to the atmosphere by a pipe 18a, and an orifice 18b is provided in the atmosphere opening. Further, the electromagnetic valve 18 includes a coil 19, and the valve body 18 is driven by energization control of the coil 19, and negative pressure introduction control introduced from the vacuum pump 16 to the diaphragm chamber 15 is performed. That is, when the coil 19 of the electromagnetic valve 18 is not energized, the communication between the vacuum pump 16 and the diaphragm chamber 15 is cut off, and the EGR operation is not performed because the lift of the valve body 13 is minimized. On the other hand, when the coil 19 is energized, the negative pressure from the vacuum pump 16 is introduced into the diaphragm chamber 15 and the valve body 13 is lifted. The energization of the electromagnetic coil 19 is duty-controlled by a control circuit (microcomputer system) 50 as will be described later, and the valve body 13 of the EGR valve 12 is controlled to a desired lift, and thus the EGR amount is controlled.
[0022]
An intake throttle valve 29 as a passage area control means capable of controlling the passage area of fresh air is disposed between the confluence of the compressor 10 and the EGR passage 11 and the intake pipe 7. The valve shaft of the intake throttle valve 29 is connected to electrical rotation driving means such as a step motor 30 by connection means such as a gear (not shown). The step motor 30 is rotationally driven by receiving a drive signal from the control circuit 50, and can arbitrarily control the opening degree (ie, fresh air amount) of the intake throttle valve 29.
[0023]
An air flow meter 20 that outputs an electrical signal (analog signal) corresponding to the amount of fresh intake air is disposed upstream of the compressor 10 in the intake pipe 7. A pressure detector 21 is disposed in the intake pipe 7 downstream of the compressor 10 and outputs an electrical signal (analog signal) corresponding to the intake pipe pressure. Signals from these sensors 20 and 21 are input to the control circuit 50 as a flow rate (g / rev) per engine revolution, and the difference between the two signals is grasped as an exhaust gas recirculation amount (EGR amount). The storage device (ROM) of the control circuit 50 stores EGR amount data corresponding to the engine speed and the opening degree of the adjusting lever of the fuel injection pump, which is a factor corresponding to the engine load. If there is a difference between the detected EGR amount and the stored EGR amount, the control circuit 50 controls energization to the coil 19 in a direction to eliminate the difference.
[0024]
Although a known appropriate method can be adopted as a method for detecting the rotational speed, the rotational speed sensor of the illustrated embodiment is arranged on the rotating shaft 22 (connected to the crankshaft of the internal combustion engine) of the fuel injection pump. A rotating body having a plurality of protrusions 23 spaced apart in the direction is fixed, and an electromagnetic pickup 24 such as a Hall element is arranged to face the protrusions 23. Therefore, a pulse signal having a pulse interval corresponding to the interval between the protrusions 23 is obtained from the electromagnetic pickup 24.
[0025]
On the other hand, a rotating body having a pair of protrusions 27 is attached to the crankshaft 38 of the internal combustion engine at opposite positions on the diameter. Two electromagnetic pickups 28 are arranged. The protrusion 27 can detect a half rotation of the crankshaft, that is, a rotation of 180 °.
[0026]
Further, in order to know the position of the adjusting lever of the fuel injection pump, the potentiometer 25 in FIG. 1 is provided, and the sliding contact portion 25a of the potentiometer moves integrally with the adjusting lever of the fuel injection pump, and the position of the adjusting lever In response to this, a voltage signal can be obtained from the potentiometer 25.
[0027]
Further, a rotating body having one protrusion 40 in the circumferential direction is attached on the camshaft 26 for driving the intake and exhaust valves, and is opposed to the protrusion 40 so that the Hall element or the like is the same as described above. A third electromagnetic pickup 41 configured by is arranged. By detecting the protrusion 40, two rotations of the crankshaft, that is, a rotation of 720 ° can be detected.
[0028]
Next, the configuration of the control circuit 50 will be described with reference to FIG. The control circuit 50 includes an input terminal 501 connected to the sliding contact portion 20a of the potentiometer constituting a part of the air flow meter 20, an input terminal 502 connected to the pressure detector 21, and an adjusting lever of the fuel injection pump. An input terminal 503 connected to the sliding contact 25a of the position detecting potentiometer 25, an input terminal 504 connected to the first electromagnetic pickup 24, and an input terminal 505 connected to the second electromagnetic pickup 28; Furthermore, an input terminal 515 connected to the third electromagnetic pickup 41 is provided.
[0029]
The control circuit 50 includes an output terminal 506 connected to the electromagnetic coil 19 of the EGR valve 12. In addition, the control circuit 50 includes an analog-to-digital (A-D) converter 510, a counter 520, a central processing unit (CPU) 530, a first oscillator 540, a comparator 550, a second input terminal and an output terminal. An oscillator 560 and a drive circuit 570 are provided. The AD converter 510 is connected to input terminals 501, 502, and 503. As is well known, the AD converter 510 includes a multiplexer and an AD converter circuit, three storage circuits, a multiplexer switching circuit, and the like. And a timing pulse circuit that activates the AD converter and generates select signals of the storage circuits. The A-D converter and the three storage circuits can have a 12-bit configuration, for example.
[0030]
The counter 520 is connected to input terminals 504, 505, and 515 from the first, second, and third electromagnetic pickups 24, 28, and 41 that generate pulse signals. A counting circuit that measures the number of pulses, a storage circuit that stores the counting circuit, and a timing pulse circuit that generates a gate signal to the counting circuit, a reset signal, and a latch signal to the counting circuit. A dual code signal is output. The pulse signal from the second electromagnetic pickup 28 is used for resetting the counting circuit. The pulse signal from the third electromagnetic pickup 41 is used for cylinder discrimination.
[0031]
The CPU 530 includes a microcomputer, a three-state buffer circuit that connects the output of the A / D converter 510 and the output of the counter 520 and the microcomputer bus line, and a storage circuit that stores the output value of the microcomputer. . Since the details of the microcomputer circuit are not the main part of the present invention, the description thereof will be omitted. The microcomputer operates at an internal clock frequency of 2 MHz. When the power is turned on, initialization is performed and a program from a pre-designated ROM address is executed.
[0032]
The first oscillator 540 in the control circuit 50 generates a 20 Hz trigger pulse, which becomes a timer check signal for the CPU 530 and a reset signal for the comparator 550. The comparator 550 receives a 20 Hz clock signal from the second oscillator based on the trigger pulse from the first oscillator 540, and converts the binary code output from the CPU 530 into a pulse width. The output of the comparator 550 is input to the electromagnetic valve drive circuit 570, the input signal is amplified, and the output signal is applied to the coil 19 of the electromagnetic valve 18 from the terminal 506.
[0033]
The CPU 530 is connected to a drive circuit 580 for driving the intake throttle valve driving step motor 30, and its output signal is applied to a coil of the step motor 30 from a terminal 507. The formation of an output signal to the CPU 530 for driving the step motor 30 and the amplification method of the drive circuit 580 can employ any conventionally known method, and thus detailed description thereof is omitted.
[0034]
A constant voltage Vc is applied to both ends of the potentiometer constituting the air flow meter 20, and a voltage VN corresponding to the amount of intake air appears at the sliding contact portion 20a. The voltage VN is converted into a binary code by the AD converter 510 and stored in the memory circuit. Similarly, the voltage signal Vp corresponding to the pressure from the pressure detector 21 and the voltage signal VL corresponding to the position of the adjusting lever of the fuel injection pump are A / D converted and stored in the storage circuit. On the other hand, the counter 520 measures the number of pulses of the pulse signal from the first electromagnetic pickup 24, and the count value is stored in the internal storage circuit. The pulse signal from the second electromagnetic pickup 28 is used for clearing the counter 520. The pulse signal from the third electromagnetic pickup 41 is used to determine the start timing of the intake stroke of a specific cylinder (for example, the first cylinder).
[0035]
The operation of the CPU 530 will be described in detail below with reference to the flowcharts shown in FIGS. The processing is started when the power is turned on. In step 101, the operation is started, and all the memories, registers, and ports of the CPU 530 are initialized. In step 101-1, it is determined whether i = 0. i = 0 is a timing at which an intake stroke is started in a specific cylinder (for example, the first cylinder), and corresponds to a pulse generated at a cycle of 720 ° CA.
[0036]
In step 102, it is determined whether or not the pulse counter Cn = 0. Cn = 0 is the timing at which the intake stroke is started in one of the cylinders and the intake stroke is ended in any one of the other cylinders. That is, there is provided a counting routine that is incremented by a pulse from the first electromagnetic pickup 24 and cleared by a pulse every 180 ° from the second electromagnetic pickup 28, and the crank angle at which the second electromagnetic pickup 28 generates a pulse. At the position, one cylinder corresponds to the start of the intake stroke and another cylinder is set to correspond to the end of the intake stroke, and Cn = 0 is set at this position.
[0037]
When the counter value (Cn) is not 0, that is, when the determination at step 102 is negative, the flow goes from step 102 to step 103 to determine whether or not a signal generated every predetermined time T1 has been input. It is. When it is determined that a pulse signal generated every time T1 has elapsed, the routine proceeds to step 104. Otherwise, the routine proceeds to step 109. Steps 104 to 108 executed when it is determined that the time T1 has elapsed are routines for calculating the target value of the EGR rate. That is, in step 104, the intake pipe pressure value Vp stored in the storage circuit in the AD converter 510 is read, and in step 105, it is also stored in the storage circuit in the AD converter 510. The intake air amount value VL is read.
[0038]
Step 106 represents calculation of the engine speed N. The rotation speed N is measured by a time T180 for the crankshaft to rotate 180 °. That is, the counter 520 is cleared by a pulse signal from the second electromagnetic pickup 28 for every 180 ° rotation of the crankshaft, and the value of T180 is from the time when the number of pulses in the counter 520 becomes zero last time. This is the elapsed time to zero.
[0039]
Step 107 shows the calculation of the total gas amount QA sucked into one cylinder. The calculation of the total gas amount QA is based on the intake pipe pressure value Vp detected by the pressure detector 21 and the engine speed N. It can be carried out. That is, there is a fixed relationship between the intake pipe pressure value Vp and the engine speed N, and this relationship is stored as a two-dimensional map f in the CPU 530. Therefore, the intake pipe pressure value read at step 104 is read. The value of the total gas amount corresponding to Vp and the engine speed N calculated in step 106 is interpolated.
[0040]
Step 108 shows calculation of the target value RT of the optimum EGR rate under the engine operating conditions. That is, there is a certain relationship between the position of the adjusting lever of the fuel injection pump corresponding to the fuel injection amount (load) (the output value of the potentiometer 25) VL and the engine speed N. Since it is stored in the CPU 530 as a two-dimensional map g, in step 108, an interpolation operation of the target EGR value RT corresponding to the potentiometer output value VL and the measured value of the engine speed N is performed.
[0041]
In step 109, the optimum throttle valve opening target value TRB is calculated under the operating conditions. That is, there is a predetermined relationship between the position (potentiometer output value) VL of the adjusting lever of the fuel injection pump corresponding to the fuel injection amount (load) and the engine speed N, and this relationship is two-dimensional. The map h is stored in the CPU 530. In step 109, the interpolation operation of the target throttle valve opening TRB corresponding to the output value VL of the potentiometer 25 and the measured value of the engine speed N is executed.
[0042]
Steps 110 to 113 show the process of integrating the measurement values of the air flow meter 20. That is, step 110 is a timer check for detecting the output signal of the air flow meter, and it is determined whether or not a signal is input every predetermined time period T2. T2 is preferably shorter than the time for performing the intake stroke of one cylinder at the maximum engine speed so that the intake air amount of each cylinder can be detected even at high engine speeds. When it is determined that the T2 pulse has been input, the routine proceeds to step 111, where the measured value VN of the air flow meter 20 stored in the memory circuit in the AD converter 510 is read. In step 112, the VN value read in step 111 is integrated, that is, ΣVN is calculated. Step 113 indicates the increment of the integration counter CAD.
[0043]
When the rotation pulse counter value Cn = 0 in step 102, that is, when it is the start or end time of the intake stroke, the routine proceeds to step 201 where the cylinder mark i is incremented, and then whether or not i> 4 in step 202. Judgment is made. When i> 4, i = 1 is set at step 203. Since the processes of steps 201 to 203 are executed every 180 ° of the crank angle and the explosion order is determined, the value of i can be made to correspond to the number of the cylinder performing the intake stroke at that time. In this example, i = 1 is always determined as the first cylinder so that it does not change even when the engine is stopped and restarted.
[0044]
In step 204, the calculation of the fresh air intake air amount (gram) in the intake stroke of each cylinder in one intake stroke is as follows:
QNi = (ΣVN / CAD) × T180
Executed by. Here, T180 is the time required for the crankshaft to rotate 180 ° (that is, the crank angle of one intake stroke) as described above. In this equation, the average value of the measured values of the air flow meter is obtained by dividing the integrated value ΣVN of the measured values of the air flow meter 20 by the number of times of integration CAD, and this is the time for the crankshaft to rotate 180 °, that is, The amount of fresh air intake per intake stroke is calculated by multiplying the time required to perform one intake stroke.
[0045]
In step 205, the EGR gas amount QEi of each cylinder is calculated. That is, the EGR gas amount QE is obtained by subtracting the fresh air intake amount QNi calculated in step 204 from the total gas amount QA calculated in step 107. In step 206, the EGR rate is calculated as the ratio of the EGR gas amount QEi to the total gas amount QA. In step 207, the value of the EGR rate calculated in step 206 is stored in REi as the EGR rate of the cylinder i.
[0046]
In step 208, the EGR rates of all cylinders i = 1 to 4 are added, and the EGR rate R averaged for all the cylinders is calculated by dividing by the number of cylinders 4.
Steps 209 and 210 show the formation of a drive signal to the coil 19 of the solenoid valve 18. That is, in step 209, the control deviation ΔD is calculated by subtracting the actual measurement EGR rate RE calculated in step 208 from the target EGR rate RT calculated in step 108.
[0047]
In step 210, the ON time DP ′ of the solenoid valve 18 is
DP ′ = DP ′ + ΔD × K
Is calculated by That is, in this equation, K is a gain, and by continuing the execution of the processing of step 210, feedback is applied to the solenoid valve 18, so that the deviation is finally zero, and the average EGR rate of the four cylinders is the target EGR rate. Matches RT. That is, the opening degree of the EGR valve 12 is controlled to an average EGR rate among all cylinders.
[0048]
In step 211, a difference ΔTRi of the EGR rate REi of each cylinder with respect to the target EGR rate RT is calculated. In step 212, the intake throttle valve opening correction amount for each cylinder is determined.
TRC i = TRC i + ΔTR i × k ′
Is calculated by In this equation, k ′ is a gain. For example, when the EGR rate of a specific cylinder is smaller than the target, the correction amount of the opening is updated in the direction in which the intake throttle valve 29 is closed so as to increase the EGR rate. The
[0049]
In step 213, the final target opening degree TRFi + 1 of the intake throttle valve of the cylinder that will be the next intake stroke is calculated. TRFi + 1 is obtained by adding the target intake throttle valve opening TRB calculated in step 109 and the correction amount TRCi + 1 calculated in step 212 at the end of the previous intake stroke of the cylinder.
[0050]
On the other hand, the timing for correcting the opening of the intake throttle valve 29 is determined by the fuel injection amount (load) VL and the rotational speed N in step 213-1. As for this relationship, data obtained by conducting a test in advance is stored in the control circuit 50 as a two-dimensional map. Then, at the timing ti determined at step 213-1, the value of TRFi + 1 is reflected as an output signal of the drive circuit 580, whereby the intake throttle valve drive motor 30 is driven and a predetermined intake throttle valve is driven. The opening can be obtained. In step 214, VN and CAD are cleared for the next measurement.
[0051]
Next, the control of the electromagnetic valve 18 will be described. The ON time DP ′ of the electromagnetic valve 18 stored at a predetermined address in the RAM is transferred to the BUS line and stored in a storage circuit in the CPU 530. The comparator 550 outputs a coincidence signal when the binary code value from the CPU 530 coincides with the number of clocks from the second oscillator 560 using the trigger signal of the first oscillator 540 as a reset signal. Therefore, since the cycle of the trigger signal of the first oscillator 540 is 50 ms, the solenoid valve 18 is not changed until the number of binary codes from the CPU 530 and the number of clocks after the trigger signal is switched from the high level to the low level. The time until the trigger signal is switched from the high level to the low level after the coincidence is the OFF time of the solenoid valve 18. This is shown in FIG.
[0052]
6A shows the output signal of the first oscillator 540, and FIG. 6B shows the output signal of the comparator 550. Further, the time T is obtained by step 210 shown in FIG. 2, and coincides with DP ′ (the cycle of the second oscillator 560 0.05 msec) stored at a predetermined address in the RAM. This time T determines the ON-OFF ratio of the solenoid valve 18, that is, the EGR amount. The drive circuit 570 amplifies the signal from the comparator 550 and applies it to the coil 19 of the solenoid valve.
[0053]
In the above embodiment, the EGR valve 12 is feedback-controlled so that the inter-cylinder average value R of the EGR rate becomes the target value RT, while the intake throttle valve 29 is set so that the EGR rate REi becomes the target value for each cylinder. Have independent control. For this reason, even if there is an unavoidable deviation between cylinders, fluctuation of the EGR rate between cylinders can be prevented, and control of the EGR rate to the target value can be performed quickly. In addition, since the EGR gas intake information can be detected for each intake stroke of each cylinder, EGR control can be performed for each combustion, and desired EGR control can be performed even during a transition.
[0054]
As for the control of the EGR valve 12, feedback control is not performed as in the embodiment, and only open loop control may be performed. The simplest method may be on / off control. That is, it is possible to perform control such that the EGR valve 12 is opened during the EGR condition, and the EGR valve 12 is closed during the non-EGR condition.
[0055]
In the above embodiment, the calculation of the total gas amount is performed by the output of the pressure detector 21, but an intake thermometer is provided in the vicinity of the pressure detector 21 in order to improve the accuracy of the calculated value of the total gas amount. It is desirable to correct the calculated value of the total gas amount based on the detected pressure value based on the output. Further, although the diesel engine with a turbocharger is used as the internal combustion engine, the present invention can also be applied to an internal combustion engine in which no turbocharger is installed. In order to facilitate exhaust gas recirculation, it is particularly useful to apply the present invention to a diesel engine in which a throttle valve is installed in the intake pipe. In this case, an EGR port and a pressure detector are provided downstream of the throttle valve, and the air flow meter is positioned upstream of the throttle valve.
[0056]
In the above embodiment, the pressure detector 21 is used as a means for detecting the total amount of inhaled gas. Instead, a structure similar to the structure of the air flow meter 20 or a structure using a heat ray is used. It is also possible to adopt. However, in consideration of contamination due to the exhaust gas flowing backward, a system that detects pressure without having a mechanical moving part is desirable.
[0057]
The present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine using gasoline as fuel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a part of a flowchart for explaining the operation of a control circuit shown in FIG.
FIG. 2 is the remaining part of the flowchart of FIG.
FIG. 3 is a chart showing changes in the EGR rate of each cylinder due to the operation of the intake throttle valve.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine as an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control circuit.
FIG. 6 is a timing chart for explaining a duty ratio control operation by the control circuit.
[Explanation of symbols]
1 ... Diesel engine body
6 ... Exhaust pipe
7 ... Intake pipe
11 ... Exhaust gas recirculation passage (EGR passage)
12 ... Exhaust gas recirculation control valve (EGR valve)
15 ... Diaphragm room
18 ... Three-way solenoid valve
20 ... Air flow meter
21 ... Pressure detector
22 ... Rotary shaft of fuel injection pump
24, 28, 41 ... Electromagnetic pickup
26 ... Camshaft
29 ... Intake throttle valve
38 ... Crankshaft
50 ... Control circuit
i ... Cylinder mark
N ... Engine speed
QA ... Total intake volume
QE ... EGR gas amount
QN ... Fresh air intake
R: Average value of EGR rate between cylinders (ave)
REi ... EGR rate for each cylinder
RT: Target value of EGR rate
TRB ... Opening target value of intake throttle valve
TRCi: Intake throttle correction amount for each cylinder
TRF: Final target opening of intake throttle valve
VL ... Fuel injection amount (load)
VN ... New air volume
VP ... Intake pipe pressure

Claims (8)

還流排気ガス量を制御する還流排気ガス量制御弁と、内燃機関に導入される新気の量を検出する新気量検出手段と、還流排気ガスと新気とが混合された総吸気量を検出する総吸気量検出手段と、検出された新気量及び総吸気量から排気ガス還流率を算出する排気ガス還流率算出手段と、新気が内燃機関に導入される吸気通路に設けられて通路面積を制御する通路面積制御手段と、算出された排気ガス還流率が得られるように前記通路面積制御手段を制御する排気ガス還流率制御手段と、吸気行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、各気筒の吸気行程において前記通路面積制御手段を駆動するタイミングを最適制御する駆動タイミング制御手段が設けられ、前記気筒判別手段によって判別された気筒を対象として前記駆動タイミング制御手段によって最適の時期に前記通路面積制御手段を作動させて、気筒毎の還流排気ガス量を制御する内燃機関の排気ガス還流制御装置。The recirculation exhaust gas amount control valve for controlling the recirculation exhaust gas amount, the new air amount detection means for detecting the amount of fresh air introduced into the internal combustion engine, and the total intake amount in which the recirculation exhaust gas and the fresh air are mixed. A total intake amount detecting means for detecting; an exhaust gas recirculation rate calculating means for calculating an exhaust gas recirculation rate from the detected fresh air amount and the total intake amount; and an intake passage through which the fresh air is introduced into the internal combustion engine. Passage area control means for controlling the passage area, exhaust gas recirculation rate control means for controlling the passage area control means so as to obtain a calculated exhaust gas recirculation rate, and cylinder discrimination means for discriminating a cylinder in the intake stroke Drive timing control means for optimally controlling the timing for driving the passage area control means in the intake stroke of each cylinder, and the drive timing control means for the cylinder determined by the cylinder determination means. The passage area control means actuates the exhaust gas recirculation control system for an internal combustion engine for controlling the recirculated exhaust gas amount for each cylinder at a time of optimum by. 請求項1において、新気量及び総吸気量の検出は前記内燃機関の各気筒毎に行なわれ、前記排気ガス還流率制御手段による通路面積制御手段の制御は算出された還流排気ガス量に応じて各気筒毎に行なわれる内燃機関の排気ガス還流制御装置。  2. The fresh air amount and the total intake air amount are detected for each cylinder of the internal combustion engine according to claim 1, and the control of the passage area control means by the exhaust gas recirculation rate control means depends on the calculated recirculated exhaust gas quantity. An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine performed for each cylinder. 請求項において、前記駆動タイミング制御手段が、気筒毎に前記通路面積制御手段を作動させる駆動タイミングを制御するための2次元マップを備えている内燃機関の排気ガス還流制御装置。2. The exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the drive timing control means includes a two-dimensional map for controlling a drive timing for operating the passage area control means for each cylinder. 吸気管と排気管とを連通する還流排気ガス通路の途中に還流排気ガス量制御弁を備える内燃機関の排気ガス還流制御装置において、内燃機関に導入される新気の量に応じた値を検出する第1検出手段と、該第1検出手段による検出値に基づいて内燃機関の気筒毎に供給される新気量を算出する第1算出手段と、新気量と還流排気ガス量との和である前記内燃機関の総吸気量に応じた値を検出する第2検出手段と、該第2検出手段の検出値に基づいて前記内燃機関の気筒毎の総吸気量を算出する第2算出手段と、前記第1算出手段により算出される気筒毎の新気量と第2算出手段により算出される気筒毎の総吸気量から気筒毎の排気ガス還流率を算出する第3算出手段と、該第3算出手段による算出値が運転条件毎に設定された目標値に等しくなるように前記通路面積制御手段の作動を制御する制御手段とからなり、前記制御手段による前記通路面積制御手段の制御が各気筒の吸気行程毎に行われると共に、前記制御が、気筒判別手段によってその時に吸気行程にある気筒を判別した後に、駆動タイミング制御手段によってその気筒に最適の時期に前記通路面積制御手段を駆動することによって行われる内燃機関の排気ガス還流制御装置。In an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine having a recirculation exhaust gas amount control valve in the middle of a recirculation exhaust gas passage communicating the intake pipe and the exhaust pipe, a value corresponding to the amount of fresh air introduced into the internal combustion engine is detected. First detecting means for calculating the amount of fresh air supplied to each cylinder of the internal combustion engine based on the detection value by the first detecting means, and the sum of the fresh air amount and the recirculated exhaust gas amount Second detection means for detecting a value corresponding to the total intake amount of the internal combustion engine, and second calculation means for calculating the total intake amount for each cylinder of the internal combustion engine based on the detection value of the second detection means And third calculation means for calculating an exhaust gas recirculation rate for each cylinder from a fresh air amount for each cylinder calculated by the first calculation means and a total intake amount for each cylinder calculated by the second calculation means, The value calculated by the third calculating means is equal to the target value set for each operating condition. Ri Do and control means for controlling the operation of the passage area control means so that, together with the control of the passage area control means by said control means is performed for each intake stroke of each cylinder, wherein the controlling, cylinder discrimination means An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine, which is performed by determining the cylinder in the intake stroke at that time and then driving the passage area control means at an optimal time for the cylinder by the drive timing control means . 請求項において、前記第1検出手段が前記還流排気ガス通路の開口部よりも上流側における前記吸気管に設けられたエアーフローメータであり、第2検出手段が前記還流排気ガス通路の開口部よりも下流側における前記吸気管の圧力を検出する圧力検出器である内燃機関の排気ガス還流制御装置。5. The air flow meter according to claim 4 , wherein the first detection means is an air flow meter provided in the intake pipe upstream of the opening of the recirculation exhaust gas passage, and the second detection means is an opening of the recirculation exhaust gas passage. An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine, which is a pressure detector for detecting the pressure of the intake pipe on the downstream side of the engine. 請求項において、前記第1算出手段は、前記第1検出手段の情報を一定時間毎に記憶する記憶手段と、前記内燃機関の各気筒の吸気行程期間中に前記記憶手段の記憶値を積算する積算手段とを備えていて、この積算値が新気量の算出に反映される内燃機関の排気ガス還流制御装置。5. The storage unit according to claim 4 , wherein the first calculation unit accumulates information stored in the storage unit during an intake stroke period of each cylinder of the internal combustion engine. An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine, wherein the integrated value is reflected in the calculation of the fresh air amount. 請求項において、前記第2算出手段は、気筒間で平均化された総吸気量を算出し、この算出値が新気量との差の算出値に反映される内燃機関の排気ガス還流制御装置。5. The exhaust gas recirculation control for an internal combustion engine according to claim 4 , wherein the second calculation means calculates a total intake amount averaged between the cylinders, and the calculated value is reflected in a calculated value of a difference from the fresh air amount. apparatus. 請求項において、前記第3の算出手段は、算出された全気筒の排気ガス還流率に応じた値を平均化する平均値算出手段を備えていて、この平均値が目標値に等しくなるように還流排気ガス制御弁の作動制御を行う内燃機関の排気ガス還流制御装置。5. The fourth calculating means according to claim 4 , further comprising an average value calculating means for averaging values corresponding to the calculated exhaust gas recirculation rates of all the cylinders so that the average value becomes equal to the target value. An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine that controls the operation of a recirculation exhaust gas control valve.
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