JPH01151761A - 排気再循環制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の排気の一部をその運転状態に応じ
て吸気系に再循環する、いわゆる排気再循環制御装置に
関し、特にダイヤフラム式弁の背圧を制御して排気の再
循環量および再循環時間を制ｉ即する排気再循環制御装
置に関する。

（従来の技術） ：に来、内燃機関の運転状態を損なわずエミッションを
良好に維持するために、内燃機関の運転状態に応じて排
気の再循環量および再循環時間を制御する排気再循環制
御装置が採用されている。通常これらの排気部、循環制
御装置は、内燃機関の吸気系と排気系とを連結する排気
再循環経路にダイヤフラム式弁を設け、該内燃機関の運
転状態に応じて決定された制御信号により作動する背圧
制御機器によりダイヤフラム式弁の背圧を調節して排気
再循環状況を決定している。

また、この様な排気再循環側ｉ卸装置は、ダイヤフラム
式弁を用いているために、排気の再循環量が種々の要因
により変動することが知られている。

例えば、特開昭５８−８８４３０号公報に開示される技
術によれは、大気圧の変動により発生するダイヤフラム
式弁の作動量の変化に対処するため、大気圧をパラメー
タとして制御信号を記憶するテーブルを設けている。

これによれば、大気圧が大きく変動しても常に最適の排
気再循環が実行され、内燃機関の運転状態およびエミ・
ンションを良好に維持可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記のごとき排気再循環制御装置にあっても未
だに十分なものではなく、次のような問題点があった。

排気再循環制御装置を構成するダイヤフラム式弁および
該ダイヤフラム式弁の背圧を制御する背圧制御機器は、
圧力を作動源としあるいは制御対象とする機器であり、
機械的な′構成部位が変位して圧力・変位相互の変換を
達成する。

しかし、一般に機械的な変位を発生する機器には、遊び
等が必要であり、圧力と変位との正確な相関関係が保た
れてはいない。従って、この様な排気再循環制御装置で
は、同一制御量を与えても排気再循環量を増加させると
きと減少させるときとでは同一の再循環量とはならず、
いわゆるヒステリシス特性を示すようになる。しかも、
排気再循環制御装置にはその様な機器が背圧制御機器お
よびダイヤフラム式弁と複数必要であるため、制ｆａｉ
ｌ　ＩＡ置全全体特性は、各機器のヒステリシス特性が
相乗的に加えられた大きなヒステリシス特性を示すよう
になる。

このため、如何に大気圧変動に応じた制御信号のテーブ
ルを用意して内燃機関の運転状態に忠実な制御信号を出
力しようとも、排気再循環制御装置が現実に実行する排
気再循環量は、その制御信号のみによって定まる値とは
ならず、未だに晶適量の排気再循環制御を実現できない
でいる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
圧力・変位の変換を行う各機器から構成されるにも拘ら
ず、そのヒステリシス特性を完全に補償して内燃機関の
運転状態に最適な排気再循環制御を実現することで、内
燃機関のドライバビリティおよびエミッションを最良状
態に維持することのできる優れた排気再循環制御装置を
提供することを目的としている。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は第
１図の基本的構成図に示すごとく、内燃機関ＥＧの排気
系ＥＸと吸気系ＩＮとを連結する排気再循環経路ＣＩに
ダイヤフラム式弁ＤＢを配し、内燃機関ＥＧの運転状態
に応じて定められる制御信号Ｃ８により作動する背圧制
御機器ＢＡにより前記ダイヤフラム式弁ＤＢの背圧を制
御して、前記排気再循環経路ＣＩの有効面積を制御する
排気再循環制御装置において、 前記制御信号Ｃ８の変化に応じて、前記ダイヤフラム式
弁ＤＢの変更する前記有効面積の変化分を記憶している
有効面積変化記憶手段Ｃ１と、該有効面積変化記憶手段
Ｃ１の記憶情報および前記内燃機関ＥＧの運転状態から
、前記背圧制御機器ＢＡに出力する制御信号Ｃ８を決定
する制御信号決定手段Ｃ２と、 を協えることを特徴とする排気再循環制御装置をその要
旨としている。

（作用） 本発明の排気再循環制御装置は、内燃機関ＥＧの排気系
ＥＸと吸気系ＩＮとを連結する排気再循環経路ＣＩにダ
イヤフラム式弁ＤＢを配し、その背圧を背圧制御機器Ｂ
Ａにより制御して排気再循環経路ＣＩの有効面積を制御
する。ここで、背圧制御機器ＢＡとは、内燃機関ＥＧの
運転状態に応じて定められる制御信号Ｃ８により背圧を
制御する機器である。

更に本発明の排気再循環制御装置は、以下のような作用
の手段を備えている。

まず有効面積変化記憶手段Ｃ１は、上記圧力・変位相互
の変換作用を達成する手段の応答特性ともいえる次の情
報を記憶するものである。すなわち、人力である制御信
号Ｃ８の変化に応じて、出力となるダイヤフラノ、式弁
ＤＢの変更する排気再循環経路ＣＩの有効面積の変化分
がどの様な関係になるかを記憶している。その構成は、
排気再循環制御系に上記有効面積を検出するセンサを用
意し、制御信号Ｃ８の変化に対するセンサの検出結果を
記憶する、いわゆる学習制御により逐次記憶し、かつ該
記憶内容を定期的に更新するもの、あるいは排気再循環
制御装置の設計時に予め推定される応答特性を記憶させ
ておくもの等、その構成は問わない。

制御信号決定手段Ｃ２とは、有効面積変化記憶手段Ｃ１
の記憶情報および内燃機関ＥＧの運転状態から、背圧制
御機器ＢＡに出力する制御信号Ｃ８を決定するものであ
る。すなわち、内燃機関ＥＧの運転状態からシよ最適な
排気再循環量が判明し、この情報に基づき制御すべき有
効面積は決定される。しかし、上記圧力・変位相互の変
換作用を達成する手段には前述のごとくヒステリシス特
性があるため制御すべき有効面積から直ちに制御信号Ｃ
５を決定することはできず、また制御信号Ｃ８が増加傾
向にあるときと減少傾向にあるときではその応答を異に
する。そこで、内燃機関ＥＧの運転状態から求められる
制御目標となる有効面積および運転状態の推移（排気再
循環量の増加、減少傾向）に、更にこの様な応答特性を
記憶している有効面積変化記憶手段ＣＩの記憶情報を配
慮して、制ｉａｊ目標とである有効面積を得るために最
適な制御信号Ｃ８を決定するのである。

なお、上記説明ではダイヤフラム式弁の現実の作動量を
有効面積により判定しているが、間接的にダイヤフラム
式弁の作動量を判定してもよく、例えばダイヤフラム式
弁のリフト量、再循環する排気量等を制御の対象として
もよい。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて説明する。

（実施例） 第２図は、実施例の排気再循環制御装置、およびその周
辺装置の構成を表す構成図である。

図示するように内燃機関２の吸気管４にはエアクリーナ
６を通った吸気が流人するが、このエアクリーナ６には
吸気温度を検出する吸気温センサ８が取り付けられてい
る。吸気管４を通過する吸気の量はスロットルバルブ１
０の開閉制御により調節され、このスロットルバルブ１
００開度を検出するためにスロットル開度センサ１２が
備えられている。吸気管４の更に下流側には、吸気の脈
動を抑えるためのサージタンク１４が形成され、このタ
ンク内の絶対圧（吸気圧）を検出するため吸気圧センサ
１６が備えられている。

一方、内燃機関２の排気管１日には、排気中の酸素）農
度から内燃機関２に供給された燃料混合気の空燃比を検
出する空燃比センサ２０や排気を浄化するための三元触
媒コンバータ２２が備えられている。また、この排気管
１日には排気をサージタンク１４に還流して排気再循環
（以下、ＥＧＲという）を行うＥＧＲ装置２４が設けら
れている。

ＥＧＲ装置２４は、排気管１８とサージタンク１４とを
結ぶ排気通路の有効（開口）面積を調節するダイヤフラ
ム式弁からなるＥＧＲバルブ２６、およびＥＧＲバルブ
２６の作動量を制御するためその背圧をデユーティ比制
御するバキューム令スイッチング・バルブ（以下、ｖＳ
Ｖという）３０から構成されている。ＦＯＲＯＲパル１
の排気室２６ａは排気管１日と、また吸気室２６ｂはサ
ー　。

ジタンク１４とそれぞれ連通し、これら排気室２６ａと
吸気室２６ｂとの間には弁体２６ｅが介在している。従
って、弁体２６ｅのリフト量により、排気室２６ａと吸
気室２６ｂとの連通状態が調節される。吸気室２６ｂに
隣合うダイヤフラム室２６ｄは、ダイヤフラム２６ｃを
介して分離されており、該ダイヤフラム２６ｃに上記弁
体２６ｅが着設されている。このダイヤフラム室２６ｄ
がＶＳＶ３０に接続されており、ＶＳＶ３０の作動によ
りサージタンク１４と連通しあるいは大気開放される。

すなわち、ＶＳＶ３０の作動状況をデユーティ比制御す
るならば、ダイヤフラム室２６ｄ内の負圧を所望の値に
制御することができ、ダイヤフラム２６ｃを図中上下方
向に所定量移動させることによって弁体２６ｅのリフト
量を可変とし、排気室２６ａと吸気室２６ｂの間の開口
面積を任意に調節することができる。

ｖｓｖａｏに与える制ｉ卸信号のデユーティ比とそれに
よる弁体２６ｅのリフト量との関係は、第３図に示すよ
うである。理想的にはＶＳＶ３０に与える制御信号のデ
ユーティ比と弁体２６ｅのリフト量とは完全に比例関係
となることが望ましい。

Ｌ／　カＬ、、ＥＧＲバルブ２６およびＶＳＶ３０は共
に機械的な変位と圧力とを相互変換する機器であり、遊
びや公差等により現実には第３図に示すようなヒステリ
シス特性を示す。すなわち、デユーティ比を次第に大凶
くシ、あるいは小さくする限定された作動領域では、リ
フト量との間には略比例関係が成立している。しかし、
単調増加あるいは単調減少させていたデユーティ比を逆
に減少あるいは増加させるときには、一定方向に変位し
ていた各バルブの変位部材がそれまでとは逆の方向に改
めて変位をし、とれにより変位とリフト量との相関関係
が崩壊するのである。

ディストリビュータ３２は、イグナイタ４０から出力さ
れる高電圧を内燃機関２のクランク角に同期して各気筒
の点火プラグ４２に分配するためのもので、点火プラグ
４２の点火タイミングはイグナイタ４０からの高電圧出
力タイミングにより決定される。

また内燃機関２には、その運転状態を検出するために、
上述の吸気温センサ８、スロットル開度センサ１２、吸
気圧センサ１６、および空燃比センサ２０の他に、ディ
ストリビュータ３２のロータ３２ａの回転から内燃機関
２の回転数を検出する回転数センサ３４、同じくロータ
３２ａの回転に応じて内燃機関２のクランク軸２回転に
１回の割合でパルス信号を出力する気筒判別センサ３６
、および内燃機関２の冷却水温を検出する水温センサ３
８が備えられている。

上記各センサからの検出信号は、マイクロコンピュータ
を中心とする論理演算回路として構成される電子制御回
路４４に出力される。

電子制御回路４４は、予め設定された制御プログラムに
従フて内燃機関制御のための各種演算処理を実行するＣ
ＰＵ５０、そのＣＰＵ５０で各種演算処理を実行するた
めに制御プログラムや初期データが記憶されるＲＯＭ５
２、ＣＰＵ５０の実行する各種演算処理を補助するため
に各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ５４、Ｃ
ＰＵ５０で演算処理を実行するのに必要な制御タイミン
グを決定するクロック信号を発生するクロック信号発生
回路５６、上記各センサからの検出信号を人力するため
の入力ボート５８、およびｖｓｖａＯや燃料噴射弁４６
あるいはイグナイタ４０に駆動信号を出力する出力ポー
トロ０などから構成されている。

この電子制御回路４４では第４図に示すようなメインル
ーチンが、内燃機関２の始動時から運転を停止するまで
の期間繰り返し実行されている。

このルーチンで実行される内燃機関２に対する処理とは
、電子制御回路４４の作動開始時にメモリ領域をクリア
するなどの初期１ヒ処理（ステップ１００）、内燃機関
２の運転状態が排気再循環条件を満足したか否かを判断
し、排気再循環条件成立時には、上記ｖｓｖａｏをその
条件に応じたデユーティ比の制御信号で駆動して排気再
循環装置２４を動作させる排気再循環制御（ステップ２
００）、燃料噴射量算出処理にて利用される各種空燃比
学習補正量を学習更新する空燃比学習処理（ステップ３
００）、該空燃比学習処理により学習された学習補正量
を利用して内燃機関２の運転状態に応じて燃料噴射弁４
６から吐出する燃料量、すなわち燃料噴射弁４６の開弁
時間を算出する燃料噴射量算出処理（ステップ４００）
および内燃機関２の運転状態に応じてイグナイタ４０に
高電圧を発生させるタイミング、すなわち点火時期を算
出する点火時期算出処理（ステップ５００）である。

この様なメインルーチンの実行と並行して電子制御回路
４４は１．燃料噴射量算出処理および点火時期算出処理
の算出結果に応じて燃料噴射弁４６およびイグナイタ４
０を駆動制御するために、内燃機関２が所定のクランク
角度回転する度に実行される定クランク角度割り込みル
ーチンや、空燃比センサ２０から出力される空燃比信号
をはじめ、各種センサの検出信号を人力・処理したり、
経過時間をカウントするため、所定時間毎に実行される
タイマ割り込みルーチンが実行される。

以下、この電子制御回路４４で実行される処理のなかて
、実施例の排気再循環装置２４に関連する主要な処理で
ある上記メインルーチンの排気再循環制御（ステップ２
００）について説明する。

第５図は、ステップ２００で実行される排気再循環制御
を詳細に記述したフローチャートである。

ここでは、ＶＳＶ３０の作動の可否および作動させると
きにはその制御信号のデユーティ比の決定がなされる。

まず、ＥＧＲの実行条件が成立しているか否かを判定す
る情報を得る−ために、回転数Ｎｅ、負荷Ｑ／Ｎ、冷却
水温ＴＨＷおよびスロットル開度ＴＡの各種情報を人力
する（ステップ２０２）。

なお、これら回転数Ｎｅ等の情報は、上述したタイマ割
り込みルーチンの実行により吸気圧センサ１Ｇ、回転数
センサ３４、水温センサ３８およびスロットル開度セン
サ１２の出力信号を人力・処理することで常に最新の情
報が得られ、ＲＡＭ５４の所定記憶領域に記憶・更新さ
れているように配慮されている。従って、ステップ２０
２の処理では、ＲＡＭ５４の所定記憶領域をロードする
だけで、その目的を達成できる。

こうした必要な情報の人力を完了すると、ＥＧＲの実行
条件を判定するために水温センサ３８にて検出された冷
却水温Ｔ）ＩＷが所定値α１を越えるものであるか否か
を判定しくステップ２０４）、ＴＨＷ＞α１で条件が満
足されたときには次にスロットルバルブ１０の開度ＴＡ
が所定値α２を越える大きな開度となっているか否かを
判断する（ステップ２０６）。これらの２条件が満足さ
れたときは、ＥＧＲを実行するために後述するＶＳＶ３
０に対して出力する制御信号の決定処理（ステップ２０
８〜ステツプ２１６）が開始され、何れかの条件が不成
立であればｖｓｖａｏに対する制御信号出力を中止する
ＥＧＲ１０ＦＦ処理が実行される（ステップ２１８）。

ＶＳＶ３０に対する制御信号の決定処理（ステップ２０
８〜ステツプ２１６）とは、次のようなものである。ま
ず、予めＲＯＭ５２内に用意されている基準デユーティ
比テーブルの検索によって基準デユーティ比ＢＤＮ　　
（添字のＮは時間の経過を表している）の決定がなされ
る（ステップ２０日）。

ＲＯＭ５２に記憶されている基準デユーティ比テーブル
は、内燃機関２の回転数Ｎｅおよび負荷Ｑ／Ｎを２次元
のパラメータとして検索されるもので、その運転条件下
における基準デユーティ比ＢＤのデータが格納されてい
る。第３図において既述したように、ｖｓｖａｏに与え
るデユーティ比信号と弁体２６ｅのリフト量、すなわち
ＥＧＲ量とは相関関係になく、ヒステリシス特性を示す
。

従って、内燃機関２の運転状態（回転数Ｎｅ、負荷Ｑ／
Ｎ）から最適ＥＧＲ量は推定可能であるが、これを得る
ためにＶＳＶ３０に出力する制御信号のデユーティ比は
一意的には決定できない。そこで、ＲＯＭ５２に記・憶
されている基準デユーティ比ＢＤのデータには、弁体２
６ｅを開弁方向に移動すると仮定したときのデユーティ
比−リフト量の特性（第３図中の（ａ）曲線）に則った
データが記憶されている。この様に、弁体２６ｅの開弁
方向の特性に限って、そのリフト量と制御信号のデユー
ティ比との関係を一意的に決定可能とし、記憶しておく
のである。

この様な基準デユーティ比ＢＤＮの今回の検索が終了す
ると、次にその検索した基準デユーティ比ＢＤＮの値と
前回のステップ２０８の処理により検索された基準デユ
ーティ比ＢＤＮ−１との大小比較が実行され（ステ・ン
プ２１Ｏ）、両者の関係がＢＤＮ　≧ＢＤＮ−１である
時には実際にＶＳＶ３０に出力する制御信号のデユーテ
ィ比りに基準デユーティ比ＢＤＮを代入しくステップ２
１２）、ＢＤＮ　＜ＢＤＮ−１，である時には制御信号
のデユーティ比りに基準デユーティ比ＢＤＮから所定値
βを減算した値を代入して（ステップ２１４）制御信号
のデユーティ比りを決定する。

ここで所定値βとは、第３図に示すデユーティ比と弁体
２６ｅのリフト量とのヒステリシス特性において、開弁
方向特性（（ａ）曲線）と閉弁方向特性（（ｂ）曲ｉａ
）との偏差であり、同一リフト量を得るための開弁時と
閉弁時とでのデユーティ比の差である。

すなわちＢＤＮ≧ＢＤＮ−１である時には、弁体２６ｅ
を開弁する制御を実行する場合であり、その特性はＲＯ
Ｍ５２に記憶されている基準デユーティ比ＲＤの特性と
一致している。従って、この場合に限れば検索した基準
デユーティ比ＢＤＮの値を直接ｖｓｖａｏの制御信号の
デユーティ比として用いることで、所望のリフト量を弁
体２６ｅに与えることができる。しかし、ＢＤＮ　＜Ｂ
ＤＮ−１である時には、ｖｓｖａｏに与える制御信号の
デユーティ比と弁体２６ｅのリーフト量との関係は、Ｒ
ＯＭ５２に記憶されている基準デユーティ比ＢＤの値か
ら所定値βの偏差を有する特性を示す。

そこで、この偏差を補償するため、この様な場合にはス
テ・ンプ２１４を実行するのである。

こうしてステップ２１２あるいはステップ２１４の処理
により最終的なデユーティ比りが決定されると、続いて
ステップ２１６が実行されデユーティ比りの制御信号が
ｖｓｖａｏに対して出力され、ＥＧＲが実行される。

以上のように構成され、作動する本実施例の排気再循環
制御装置は次のような効果を奏する。

ＥＧＲバルブ２６およびＶＳＶ３０は圧力◆変位の変換
を行う機器であり、遊びや公差等が存在する。この影響
により、制御信号のデユーティ比に対して弁体２６ｅの
リフト量、すなわちＥＧＲ量は相関関係にならず、第３
図のようなヒステリシス特性を示す。

しかし、予めそのヒステリシス特性をＲＯＭ５２に記憶
し、リフト量の増減に応じて最適デユーティ比りを算出
してＶＳＶ３０を制御するため、真に内燃機関２Ｑ運転
状態に応じたＥＧＲ量で排気の再循環が達成される。

従って、理論通りにエミッションを良好な状態に推持す
ることができ、また内燃機関２の運転状態も円滑に制御
可能となる。

なお、上記実施例ではＥＧＲバルブ２６およびＶＳＶ３
０の機械的変位の遊び、公差等に起因したヒステリシス
特性を補償する、極めて簡略的な構成の例について説明
した。この様な簡略的構成に限定されるものではなく、
本発明の排気再循環制御部装置の要旨を逸脱しない種々
の態様により具現化してもよい。例えば、その他のＥＧ
Ｒ量の適正化技術と本発明の排気再循環制御装置とを併
用して構成してもよい。すなわち、内燃機関２の運転さ
れる大気圧の変動に起因するＥＧＲ量の変化を補償する
ため、大気圧に応じた上記第３図に示したヒステリシス
特性を記憶するテーブルを複数有し、その時の大気圧に
より使用するテーブルを変更してもよい。

また、よりデユーティ比の適正化を図るため、第３図に
示したヒステリシス特性の経時変化を空燃比センサ２０
の検出出力から学習し、現実のＥＧＲ量置のヒステリシ
ス特性に忠実なデユーティ比制御を実行してもよい。

更に、緻密にデユーティ比を制御するためにリフト量の
最低値および最大値近辺での偏差βをより細分化して計
算し、−層ヒステリシス特性の補償を厳密に実行しても
よい。

発明の効果 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の排気再循
環制御装置は、ダイヤフラム式弁を構成要素とする排気
再循環装置に・存在する制御信号と排気再循環量とのヒ
ステリシス特性を完全に補償することができる。

従って、真に内燃機関の運転状態に即した量の排気再循
環が達成され、内燃機関のドライバビリティおよびエミ
ッションを最良状態に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気再循環制御装置の基本的構成を示
す基本構成図、第２図は実施例である排気再循環制御装
置を搭載した内燃機関システムの概略構成図、第３図は
同実施例の排気再循環制御装置の制御信号デユーティ比
と弁体のリフト量との特性図、第４図は同実施例のメイ
ンルーチンのフローチャート、第５図はその排気再循環
制御の詳細なフローチャート、を示している。 ＥＧ・・・内燃機関　　　　　ＥＸ・・・排気系ＩＮ・
・・吸気系　　　　　　ＣＩ・・・排気再循環経路Ｄ　
Ｉ（・・・ダイヤフラム式弁　Ｃ８・・・制御信号ＢＡ
・・・背圧制御機器 Ｃ１・・・有効面積変化記憶手段 Ｃ２・・・制御信号決定手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の排気系と吸気系とを連結する排気再循環経路
   にダイヤフラム式弁を配し、内燃機関の運転状態に応じ
   て定められる制御信号により作動する背圧制御機器によ
   り前記ダイヤフラム式弁の背圧を制御して、前記排気再
   循環経路の有効面積を制御する排気再循環制御装置にお
   いて、 前記制御信号の変化に応じて、前記ダイヤフラム式弁の
   変更する前記有効面積の変化分を記憶している有効面積
   変化記憶手段と、 該有効面積変化記憶手段の記憶情報および前記内燃機関
   の運転状態から、前記背圧制御機器に出力する制御信号
   を決定する制御信号決定手段と、を備えることを特徴と
   する排気再循環制御装置。