JP4182317B2 - 排ガス環流制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス環流制御装置に関し、特に、エンジン始動時におけるステッパモータ駆動式排ガス環流手段のイニシャライズを迅速に完了するようにした排ガス環流制御装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
排ガス環流(EGR)装置は、エンジンの排気系と吸気系との間に延びるEGR通路と、その途中に設けられたEGR弁と、このEGR弁を駆動制御するコントローラとを備え、EGR弁の開度を調整して排ガスの一部を必要に応じて吸気系に環流させてエンジンからの窒素酸化物(NOx)の排出量を低減するものになっている。ステッパモータの正逆回転に伴って弁体が開閉方向に変位するようにしたステッパモータ駆動式のEGR弁の場合、コントローラからステッパモータへ供給される駆動パルスの印加方向およびパルス数に応じてEGR弁開度が可変するが、一般に、EGR装置は絶対EGR弁開度たとえばステッパモータの絶対回転位置を検出するためのセンサを具備しておらず、既知のモータ回転位置からの正逆回転量を累算して実際モータ回転位置ひいては実際EGR弁開度を検出するようになっている。従って、モータ回転位置の検出に誤差があると排ガス環流量に過不足が生じて、エンジンのドライバビリティが低下したりNOx排出量が増大するという不具合が生じる。そこで、特開平2−238162号公報に記載のものでは、エンジン始動時にステッパモータ式EGR弁を全閉位置にイニシャライズするようにしている。
【0003】
さて、通常の車両は、運転者の手動によるイグニッションキーのオンオフ操作に応じてエンジンを始動・停止するものになっているが、近年、排ガス量の低減や燃費向上を企図して、運転者によるキー操作の有無にかかわらず車両走行の停止時にエンジンを自動停止すると共に車両発進時にエンジンを自動的に再始動するようにしたアイドルストップ・オートスタート機能を有する車両が開発されている。 そして、この種の車両においてもステッパモータ駆動式のEGR装置を搭載し、更には、EGRの適正化のためにエンジン始動時にEGR弁をイニシャライズすることがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
アイドルストップ・オートスタート機能を備えた車両では、運転者がブレーキペダルの踏み込みを解除したり或いはアクセルペダルを踏み込むなどして車両発進の意思を示したときにエンジンを速やかに始動させることが望ましいが、EGR弁が全開位置にある場合にもEGR弁を全閉位置にイニシャライズ可能とするべく、EGR弁の駆動量は全開位置から全閉位置への閉弁動作量に対応するものとなっており、このためEGR弁のイニシャライズの完了ひいてはエンジン始動に時間を要し、オートスタート時に運転者が違和感を感じることがある。また、EGR弁のイニシャライズに際して、EGR弁の弁体が全閉位置に達したときに弁座に衝突して打音が発生するという問題がある。また、アイドルストップ中にEGR弁に加わる振動などに起因して弁体位置が不本意に変動するとその後のEGR制御が不適正になることから、一般には、アイドルストップ中においてもステッパモータに給電して弁体位置を維持するようにしており、電力消費の増大要因になっている。
【0005】
本発明の主たる目的は、ステッパモータ駆動式の排ガス環流手段を用いた排ガス環流制御を適正に行うべくエンジン始動時に行われる排ガス環流手段のイニシャライズを早期に完了させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、運転者による手動の始動・停止指示操作と車両運転状態に基づく自動制御との双方により始動・停止可能なエンジンに装備されたステッパモータ駆動式のガス環流手段を制御する制御装置に関し、この制御装置は、判別手段が運転者の始動指示操作に応じたエンジン始動を判別した場合にイニシャライズ手段により排ガス環流手段を第1駆動量にわたって駆動して初期状態にセットし、また、自動制御によるエンジン始動を判別した場合には第1駆動量よりも少ない第2駆動量にわたって排ガス環流手段を駆動して初期状態にセットすることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、自動制御によるエンジン始動時における排ガス環流手段のイニシャライズのための駆動量は運転者の始動指示操作に応じたエンジン始動の場合よりも少ないので、イニシャライズが短時間内に完了してエンジン始動が迅速に行われ、運転者が違和感を抱くようなエンジン始動や車両発進の遅れを来すおそれがなくなる。また、イニシャライズのための排ガス環流手段の駆動量が少ないので、イニシャライズに伴う騒音発生が低減する。
【0008】
自動制御によるエンジン始動時における排ガス環流手段の駆動量を少なくできる主な理由は以下のとおりである。排ガス環流手段は点検修理などのために取り外された後で全開状態で再装着されることがあり、また、再装着後の初めてのエンジン始動は、運転者の始動指示操作に応じて行われる。そこで、始動指示操作に応じたエンジン始動時には、排ガス環流手段が全開状態にある場合にも初期状態へセット可能とするような第1駆動量にわたって排ガス環流手段が駆動される。一方、自動制御によるエンジンの始動は、始動指示操作に伴うエンジン始動が一旦行われた後に行われ、また、一般に自動制御によるエンジン停止の直前に排ガス環流手段が全開状態をとることはない。このため、自動制御によるエンジン停止中に排ガス環流手段が振動を受けるなどしてその動作状態が変化したとしても、自動制御によるエンジン始動時に排ガス環流手段を第1駆動量よりも少ない第2駆動量にわたって駆動することにより排ガス環流手段を初期状態にイニシャライズ可能である。すなわち、始動操作によるエンジン始動時に比べ、自動制御によるエンジン始動時のイニシャライズでの駆動量を小さくすることができ、イニシャライズを短時間内に完了可能になる。
【0009】
また、本発明では、エンジン始動の度に排ガス環流手段を初期状態にセットするので、エンジン停止中にステッパモータへの通電が停止された状態で排ガス環流手段の動作状態たとえば開度が何らかの理由により若干変化したとしても、その後、初期状態を基準として排ガス環流手段を駆動することにより排ガス環流制御が適正に行われる。従って、エンジン運転停止中にステッパモータへの通電を停止してもエンジン始動後における排ガス環流制御の精度を損なうことがなく、この通電停止により電力消費の低減が図られる。始動指示操作および自動制御の双方によって始動・停止可能なエンジンの場合、排ガス排出量の低減を企図してエンジン運転を頻繁に停止するので、電力消費低減効果は大きい。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1のものと基本構成が同一の制御装置に関し、判別手段が始動指示操作に応じたエンジン始動を判別した場合にイニシャライズ手段により排ガス環流手段を第1駆動速度で駆動して初期状態にセットする一方、自動制御によるエンジン始動を判別した場合には第1駆動速度よりも速い第2駆動速度で排ガス環流手段を駆動して初期状態にセットすることを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様、エンジン運転の停止中にステッパモータへの通電を停止して電力消費を低減可能である。また、自動制御によるエンジン始動時のイニシャライズは、始動指示操作によるエンジン始動の場合よりも速い駆動速度で排ガス環流手段を駆動することにより短時間内に完了し、エンジン始動遅れが防止される。
【0012】
請求項1または2の発明において、エンジン始動時に排ガス環流手段を閉駆動して全閉状態にイニシャライズすることが好ましい。一般にエンジン始動時及びその直後のエンジン運転域では排ガス環流が不要であるから、この好適態様によればエンジン始動時に適正な排ガス環流制御が迅速に開始される。また、排ガス環流手段は、全閉位置と全開位置との間で動作可能な排ガス環流バルブ手段からなるもので良く、全閉位置にイニシャライズするのが好ましい。
【0013】
また、請求項1の発明と請求項2の発明のそれぞれの特徴を組み合わせて、排ガス環流手段のイニシャライズをより短時間内に完了させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による排ガス環流制御装置を説明する。
本実施形態の排ガス環流制御装置が搭載される車両は、運転者による手動の始動・停止指示操作に応じて始動・停止可能であると共に車両運転状態に基づく自動制御により始動・停止可能なエンジンを装備し、交差点などでの停車中にエンジン運転を停止して排ガス排出量を低減し且つ燃費を向上するものになっている。
【0015】
これに関連して、図1に示すように、車両には、エンジン1を始動するためのスタータモータ11と、イグニッションキー操作に応動するイグニッションキースイッチ12を介してスタータモータ11に接続されたバッテリ13と、燃料噴射制御、点火時期制御などを含むエンジン制御およびスタータモータ11への給電制御を行う電子制御ユニット(ECU)10とが搭載され、イグニッションキースイッチ12がオフ位置にあればバッテリ13からスタータモータ11への給電は行われず、エンジン始動(クランキング)位置にあればスタータモータへ給電されてスタータモータによるエンジン始動が行われるようになっている。
【0016】
ECU10の入力側には、イグニッションキースイッチ12、エンジンのクランク角を回転速度として検出するクランク角センサ(エンジン回転速度センサ)14および図示しないセンサ類、たとえば、吸入空気量を検出する吸気センサ、車速を検出する車速センサ、トランスミッションのニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ、運転者によるブレーキペダル踏み込み操作の有無を検出するブレーキセンサ、アクセルペダル踏み込み操作の有無を検出するアクセルペダルセンサ等が接続されている。
【0017】
ECU10は、イグニッションキー12がオンである状態で各種センサ出力に基づいて停車状態を判別するとエンジン停止のためのエンジン制御を行う一方、停車状態の解除を判別するとエンジン始動のための給電制御およびエンジン制御を行う。すなわち、ECUは、車両運転状態に応じてエンジンを自動的に始動・停止するアイドルストップ・オートスタート機能を備えている。
【0018】
エンジン1には排ガス還流(EGR)装置が装備され、このEGR装置は、エンジンの排気管2を吸気管3に連通可能とするEGR通路21と、EGR通路21の途中に配されたステップモータ駆動式のEGR弁(排ガス環流手段)22とを有している。図1中、参照符号4、5、6、7及び8は排気弁、吸気弁、燃料噴射弁、点火プラグおよび電子式スロットル弁をそれぞれ示す。
【0019】
図2に例示するように、EGR弁22は、EGR通路21の途中に形成された弁座22aに対して変位可能に配された弁体22bを有し、この弁体22bは例えば4相式のステッパモータ23に駆動的に連結されている。従って、ECU10からの駆動パルスの供給に応じてステッパモータ23が正逆回転すると、EGR弁2の弁体22bが、弁座22aに着座した全閉位置と弁座から最も離反した全開位置との間で変位し、EGR弁開度ひいてはEGR量が変化するようになっている。
【0020】
ECU10は、例えば、エンジン回転数センサ14、吸気センサ(図示略)およびアクセル開度センサなどにより検出されるエンジン回転数、吸入空気量およびアクセル開度に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン運転状態に応じてEGR弁開度を調整してEGR制御を行うようになっている。また、ECU10は、運転者によるエンジン始動・停止指示操作(イグニッションキー操作)の有無ならびにアイドルストップ・オートスタート(車両運転状態たとえば停車状態か否かに基づく自動制御によるエンジン始動・停止)の要否を判別すると共に、エンジン始動またはイグニッションキーオン時にEGR弁22を所定の初期位置たとえば全閉位置にイニシャライズするものとなっている。すなわち、ECUは、エンジン始動が手動指示操作によるものか或いは自動制御によるものかを判別する判別手段の機能とEGR弁をイニシャライズするイニシャライズ手段の機能とを備え、排ガス環流制御装置の主要部を構成している。
【0021】
以下、本実施形態による排ガス環流制御装置の作用を説明する。
イグニッションキーがオン位置にある間、ECU10は、図3のEGR制御ルーチンと、図4のEGR弁イニシャライズ条件設定ルーチンと、図5のEGR弁駆動ルーチンとをそれぞれ周期的に実行する。
図3に示すように、EGR制御ルーチンでは、エンジン運転が停止されているか否かが判別され(ステップS1)、エンジン運転中であれば通常のEGR制御が行われる(ステップS2)。すなわち、例えば、エンジン回転数と吸入空気量とアックセル開度とに基づいて判別されるエンジン運転状態に応じてEGR弁22の開度が全閉から全開の間で適宜調整される。なお、本実施形態では、エンジン運転停止直前において、EGR域から逸脱した極低回転域でエンジンが運転され、EGR弁22が略全閉位置に制御されるものになっている。
【0022】
図3のEGR制御ルーチンのステップS1において、エンジン運転停止中であるとの判別がなされると自動制御によるエンジン停止(アイドルストップ)中であるか否かが判別され(ステップS3)、アイドルストップ中でないとの判別がなされると、ステッパモータ23への通電が維持される(ステップS4)。従って、イグニッションキーがオン位置からクランキング位置へ操作されるまでの間、すなわちイグニッションキー操作によるエンジン始動の開始直前には、ステッパモータ23への通電が行われる。一方、アイドルストップ中であることがステップS3で判別されると、ステッパモータ23への通電が停止され(ステップS5)、これにより電力消費が抑制される。
【0023】
図4に示すEGR弁イニシャライズ条件設定ルーチンでは、エンジン運転が停止されているか否かが判別され(ステップS11)、エンジン運転中であればイニシャライズ条件設定は不要であるので、今回周期での本ルーチンを終了する。エンジン運転停止中であることがステップS11で判別されると、イグニッションキーがエンジン始動位置(クランキング位置)にあるか否かが判別される(ステップS12)。この判別結果が肯定、すなわち運転者によるエンジン始動指示操作(キー始動指示)が判別されると、EGR弁イニシャルフラグがオンされ(ステップS13)、EGR弁閉駆動ステップ数HSTEPとして第1ステップ数HSTEP1たとえば60がセットされ(ステップS14)、更に、EGR弁閉駆動スピードHSPEEDとして第1スピードHSPEED1たとえば毎秒20ステップがセットされる(ステップS15)。
【0024】
イグニッションキーがクランキング位置にないことがステップS12で判別された場合、自動制御によるエンジン再始動指示が発せられたか否かが判別され(ステップS16)、再始動指示でなければ、自動制御によるエンジン停止中であってイニシャライズ条件設定は不要であるので、今回周期での設定ルーチンを終了する。一方、エンジン再始動指示がステップS16で判別されると、イニシャライズフラグがオンされ(ステップS17)、閉駆動ステップ数HSTEPとしてキー始動指示の場合の第1ステップ数HSTEP1よりも少ない第2ステップ数HSTEP2たとえば8がセットされ(ステップS18)、更に、閉駆動スピードHSPEEDとしてキー始動指示の場合の第1スピードHSPEED1よりも速い第2スピードHSPEED2たとえば毎秒50ステップがセットされる(ステップS19)。
【0025】
図5のEGR弁駆動ルーチンでは、EGR弁イニシャライズフラグがオンであるか否かが判別され(ステップS21)、同フラグがオフであれば今回周期での本ルーチンを終了する。一方、イニシャライズフラグがオンであれば、図4の設定ルーチンのステップS15またはS19で設定された閉駆動スピードHSPEEDに応じて定まる駆動タイミングが到来したか否かが判別され(ステップS22)、駆動タイミングでなければ今回周期での本ルーチンを終了する。駆動タイミング判定にはたとえば図示しないタイマカウンタが用いられる。
【0026】
駆動タイミングであれば、EGR弁22の閉弁方向に対応する印加方向(例えば逆転方向)に所要数たとえば1つの駆動パルスがステッパモータ23に供給され(ステップS23)、ステッパモータ23が所要角度だけ逆回転してEGR弁22の弁体22bを閉弁方向に所定量変位させる。すなわち、EGR弁22を1ステップだけ閉駆動する。次に、図4の設定ルーチンのステップS14またはS18で初期設定された閉駆動ステップ数HSTEPから各周期毎に1が減じられて閉駆動ステップ数HSTEPが更新され(ステップS24)、更に、更新後の閉駆動ステップ数HSTEPが値0に等しいか否かが判別される(ステップS25)。閉駆動ステップ数が0でなくてEGR弁22のイニシャライズが終了していなければ、今回周期での本ルーチンの実行を終了する。
【0027】
その後、図4の設定ルーチンで設定された閉駆動スピードHSPEEDでの閉駆動が同ルーチンで設定された閉駆動ステップ数HSTEPにわたって行われてステップ数HSTEPが値0になると、EGR弁22のイニシャライズが完了したと判別され、EGR弁イニシャライズフラグがオフされる(ステップS26)。
【0028】
上述のように、エンジン始動時のEGR弁イニシャライズは、エンジン始動がイグニッションキー操作によるキー始動指示によるものであるか或いはオートスタートのための再始動指示によるものであるのかに応じて異なる閉駆動スピードで且つ異なる閉駆動量にわたって行われる。
図6を参照して更に説明すれば、キー始動指示によるエンジン始動時には、イグニッションキーが運転者によりオフ位置からオン位置へ操作され、更にオン位置からクランキング位置へ操作される。イグニッションキーがオンされるとステッパモータ23への通電が開始され、次に、クランキング位置へキー操作されると、ECU10によりキー始動指示が判別され、比較的低速度でステッパモータ23が逆方向回転してEGR弁22の弁体22bが低速度で閉弁方向へ変位する。この閉弁方向変位は、好ましくはEGR弁22の全開位置から全閉位置までの最大変位量に等しい変位量にわたって行われる。これを実現するべく、ステッパモータ23に係る第1閉駆動ステップ数HSTEP1は上記のように好適値たとえば60に設定される。この結果、点検修理などのために取り外されたEGR弁22が全開位置で再装着された後の最初のエンジン始動時にもEGR弁22は全閉位置にイニシャライズされ、その後のEGR制御が適正に行われる。キー操作によるエンジン始動に際しては、多少の始動遅れがあっても運転者が違和感を抱くことはなく、従って、ステッパモータ23の逆転速度ひいてはEGR弁22の閉弁速度が比較的低速であってEGR弁22のイニシャライズにある程度の時間を要しても不都合はない。この様にしてEGR弁22のイニシャライズが行われている間、イグニッションキースイッチ12を介してバッテリ13とスタータモータ11とが接続されてスタータモータによるエンジン始動が開始され、エンジン回転数は図6に例示するように時間経過と共に上昇し、次いで、例えばアイドル回転数に制御される。
【0029】
これに対して、車両が交差点などで一時停止してECUの停止指示に従ってエンジン運転が停止された場合、エンジン停止(アイドルストップ)中はイグニッションキーがオンであるにもかかわらずステッパモータ23への給電は停止され、電力消費の低減が図られる。その後、運転者の車両発進意思を判別したECU10の制御下でステッパモータ23が回転駆動される。この際のモータ回転速度は、上記説明及び図6に示すEGR弁動作位置の変化(傾き)が急峻であることから分かるように、キー始動指示に伴うEGR弁のイニシャライズの場合の例えば約2.5倍ほど速く、従って、EGR弁22が高速度で閉弁する。しかも、EGR弁の閉駆動量は、キー始動指示に伴うイニシャライズの場合の駆動量の約7分の1ないし約8分の1と小さい。この様に、オートスタートに伴うEGR弁22のイニシャライズに際してはEGR弁の駆動量が小さく且つ駆動速度が速いので、全閉位置へのイニシャライズが短時間内に完了し、また、打音も低減される。そして、オートスタート時にはECUの制御下でバッテリ13とスタータモータ11とが接続され、スタータモータによるエンジン始動が開始される。
【0030】
この結果、キー操作の場合に比べてエンジン始動が迅速に行われ、運転者が違和感を抱くような始動遅れを来すおそれがなくなる。なお、アイドルストップ直前にEGR弁22は略全閉位置に制御されるので、アイドルストップ中にEGR弁22に振動が加わるなどしてEGR弁の弁体位置が若干変化したとしても、オートスタート時のイニシャライズにおけるEGR弁の閉駆動量が小さくともEGR弁22を全閉位置にイニシャライズすることができ、その後のEGR制御に支障を来すおそれはない。
【0031】
本発明は上記実施形態のものに限定されず、種々に変形可能である。
例えば、実施形態では、アイドルストップ・オートスタート可能なエンジンを搭載した車両について説明したが、本発明は、エンジンを走行駆動源またはバッテリ充電のための発電手段として搭載してなるハイブリッド車における排ガス環流制御に適用可能であり、EGR弁のイニシャライズの迅速化、電力消費の低減およびEGR弁のイニシャライズに伴う打音の低減を図ることができる。
【0032】
また、上記実施形態では、EGR弁を全閉位置にイニシャライズしてエンジン始動時およびその直後のEGR制御を迅速に開始するようにしたが、イニシャライズではEGR弁を所定の開度となる初期位置にセットすれば良く、初期位置を基準としてEGR弁の開度を制御することによりEGR制御を実施可能である。また、上記実施形態では、オートスタートに伴うEGR弁のイニシャライズに際してEGR弁の閉駆動量をキー操作に伴うイニシャライズの場合よりも小さくすると共にEGR弁の閉弁速度を速くするようにしたが、閉駆動量を小さくするだけでも良く、或いは閉弁速度を速くするだけでも良い。
【0033】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明は、判別手段が運転者の始動指示操作に応じたエンジン始動を判別した場合にイニシャライズ手段によりステッパモータを介して排ガス環流手段を第1駆動量にわたって駆動する一方、自動制御によるエンジン始動を判別した場合には第1駆動量よりも少ない第2駆動量にわたって排ガス環流手段を駆動し、これにより排ガス環流手段を初期状態にセットするようにしたので、自動制御によるエンジン始動時における排ガス環流手段のイニシャライズを早期に完了可能であり、また、イニシャライズに伴う騒音を低減できる。
【0034】
請求項2に記載の発明は、判別手段が始動指示操作に応じたエンジン始動を判別した場合にイニシャライズ手段により排ガス環流手段を第1駆動速度で駆動する一方、自動制御によるエンジン始動を判別した場合には第1駆動速度よりも速い第2駆動速度で排ガス環流手段を駆動し、これにより排ガス環流手段を初期状態にセットするので、自動制御によるエンジン始動時における排気ガス環流手段のイニシャライズを早期に完了できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による排ガス環流制御装置を同装置が装備されるエンジンと共に示す概略図である。
【図2】図1に示したEGR弁の構成例を示す拡大断面図である。
【図3】図1に示したECUが実行するEGR制御ルーチンのフローチャートである。
【図4】EGR弁イニシャライズ条件設定ルーチンのフローチャートである。
【図5】EGR弁駆動ルーチンのフローチャートである。
【図6】イグニッションキー操作およびオートスタートによるエンジン始動時のそれぞれのEGR弁イニシャライズにおけるEGR弁動作位置の時間的変化を関連動作と共に示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
10 電子制御ユニット(ECU)
11 スタータモータ
12 イグニッションキー
21 EGR通路
22 EGR弁
23 ステッパモータ
Claims (2)
- 運転者による手動の始動・停止指示操作に応じて始動・停止可能であると共に車両運転状態に基づく自動制御により始動・停止可能なエンジンの排ガス環流通路に設けられたステッパモータ駆動式の排ガス環流手段を制御する排ガス環流制御装置において、
エンジン始動が前記始動指示操作によるものか或いは前記自動制御によるものであるのかを判別する判別手段と、
前記始動指示操作に応じたエンジン始動が判別された場合に第1駆動量にわたって前記排ガス環流手段を駆動して該排ガス環流手段を初期状態にセットする一方、前記自動制御によるエンジン始動が判別された場合には前記第1駆動量よりも少ない第2駆動量にわたって前記排ガス環流手段を駆動して該排ガス環流手段を前記初期状態にセットするイニシャライズ手段と
を備えることを特徴とする排ガス環流制御装置。 - 運転者による手動の始動・停止指示操作に応じて始動・停止可能であると共に車両運転状態に基づく自動制御により始動・停止可能なエンジンの排ガス環流通路に設けられたステッパモータ駆動式の排ガス環流手段を制御する排ガス環流制御装置において、
エンジン始動が前記始動指示操作によるものか或いは前記自動制御によるものであるのかを判別する判別手段と、
前記始動指示操作に応じたエンジン始動が判別された場合に第1駆動速度で前記排ガス環流手段を駆動して該排ガス環流手段を初期状態にセットする一方、前記自動制御によるエンジン始動が判別された場合には前記第1駆動速度よりも速い第2駆動速度で前記排ガス環流手段を駆動して該排ガス環流手段を初期状態にセットするイニシャライズ手段と
を備えることを特徴とする排ガス環流制御装置。
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