JPH01182566A

JPH01182566A - 排気ガス再循環装置

Info

Publication number: JPH01182566A
Application number: JP63006959A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Fujita; 武久藤田; Hiroyuki Kobayashi; 弘幸小林; Shiro Kumagai; 熊谷　司郎; Nobuyuki Yasuda; 信行安田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-20

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】〈産業上の利用分舒〉本発明は、自動車等の内燃機関に用いられる排気ガス再
循環装置に関し、詳しくは機関運転状態の変化に対する
応答性を高めつつ排気ガス再循環量の学習制御を可能と
するものである。

〈従来の技術〉自動車の排出ガス公害に対する効果的防止装置の一つに
排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　
Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置）がある。

このＥＧＲ装置は、自動車の有害排出ガスのうちで浄化
の最も困難な窒素酸化物（以下、Ｎ０ｘ）を減少させる
ための装置である。ＮＯｘはエンジンの燃焼室内で生成
されるも−のであり、混合気の燃焼が完全燃焼に近くな
り、燃焼温度が高くなるほどその発生量が増大する。そ
のためＥＧＲ装置は、吸入新気と共に不活性ガスである
排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガス）を燃焼室に導入し
、燃焼温度を下げることで前述の目的を達成するのであ
る。

ＮＯｘの発生率は、吸入気に対するＥＧＲガスの混入率
（以下、ＥＧＲ率）が高くなるに従い減少する。しかし
、当然のことながら、同時に混合気の着火性とエンジン
出力の低下が起こるため、ＥＧＲ率はエンジンの運転状
態に合わせて増減させなければならない。

ＥＧＲ率は排気系と吸気系を連通させるＥＧＲガス通路
内に設けられた再循環量制御弁（以下、ＥＧＲ弁）の開
閉により増減される。

Ｅ　Ｇ、Ｒ弁の開閉制御方法としては、旧来、吸気管負
圧と排気圧力を利用したニューマチック制御が行われて
いた。ところが、ニューマチック制御では種々のエンジ
ン運転状態に対する複雑な制御が行なえないことと、排
気ガス浄化の要求が一層高まってきたこと、およびエン
ジンの集中制御システムの発達とから、電子制御式が主
流となってきた。

電子制御式ＥＧＲ装置では、エンジンの回転数や負荷等
に応じて予めプログラムされたＥＧＲ率になるようにＥ
ＧＲ弁が開閉される。

ＥＧＲ弁の駆動源としては負圧以外にパルスモータ等も
用いられ、また、多くの場合フィードバック制御を行っ
ている。以下に、電子制御式ＥＧＲ装置の例として、Ｅ
ＧＲバルブリフトフィードバック方式、および吸気管０
２センサ出力フイードバツク方式の構成と作用を簡単に
記す。

ＥＧＲバルブリフトフィードバック方式とは、特公昭６
０−１１２１４号公報に示され　くた如＜　ＥＧＲ弁を
開閉駆動する駆動手段と、ＥＧＲ弁の開弁量を検出する
検出手段とを具える方式であり、エンジンの運転状態に
応じてＥＧＲ弁を駆動し、所定の開弁量になるようにフ
ィードバック制御を行うものである。

駆動手段としては吸気管負圧やパルスモータ等が、検知
手段としてはボテフシ１メータ等が用いられる。

また、吸気管０２センサ出力フイードバツク方式とは、
特開昭６０−１３８２６４に示された如＜、ＥＧＲ弁を
開閉駆動する駆動手段と、吸気管内に設けられた０２セ
ンサとを具える方式である。この方式ではエンジンの運
転状態に応じてＥＧＲ弁を駆動し、０２センサで測定し
た酸素濃度から計算したＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とのず
れを検出してフィードバック刷部を行うものである。０
２センサとしては、固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度
測定器等が用いられている。

；発明が解決しようとする課題〉ところが、前述の各方式には以下にあげる不具合があっ
た。

ＥＧＲバルブリフトフィードバック方式は制御応答性の
良い反面、ＥＧＲ弁の製作誤差や長期の運転によるＥＧ
Ｒ３ｉ１１路の詰まり等に対する補正が行えないという
重大な欠点を持っている。これは、この方式がＥＧＲ率
ではなくＥＧＲ弁の開弁量を検知しているためであり、
所定開弁量が確保されていてもＥＧＲガスの導入が行わ
れず大量のＮＯｘが排出される等の事態が往々にして発
生していた。

０２センサ出力フイードバツク方式においては、ＥＧＲ
弁と０２センサの間に距離があるため、加減速時に制御
の遅れが生じる。すなわち、ある時点の吸気量や実ＥＧ
Ｒ率等を基に目標ＥＧＲ率を決定しても、その目標ＥＧ
Ｒ率による制御が行われるまでに吸気量等が変動してし
まうのである。そして、特に減速時においてはＥＧＲ率
が一時的に過大となるためにス四ットル弁開度に応じた
見込み制御を行う等の対策が必要となり、制御プログラ
ムが煩雑になる。しかも、このような見込み制御を行っ
ても適正なＥＧＲ率を得ることが難しかった。

〈課題を解決するための手段≦ そこで、本発明では課題を解決するために、内燃機関の
排気ガスの一部を吸気系に導入して燃焼温度を低下させ
ることにより、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減させ
る排気ガス再循環装置において、当該内燃機関の１転状態を測定する運転状態測定手段と
、排気ガス再循環通路に設けられ、通路を開閉することで
再循環量を増減する再循環量制御弁と、この再循環量制御弁を駆動する制御弁駆動手段と、再循環量制御弁の開弁量を検出する開弁量検出手段と、排気ガス再循環量を検知するためのガス濃度検出器と、前記運転状態測定手段の測定結果に基づき目標となる排
気ガス再循環量を決定して、この目標となる排気ガス再
循環量に応じた開弁量になるように前記ｆａ御ｆＰＷＢ
動手段と前記開弁量検出手段とを用いて前記再循環量制
御弁をフィードバック制御する一方、前記目標となる排
気ガス再循環量と前記ガス濃度検出器を用いて検知され
た実際の排気ガス再循環量との偏差を縮少する方向に前
記再循環量制御弁の開弁量を学習補正する制御手段とを具えたのである。

く作　　　用〉本発明に係る排気ガス再循環装置では、運転状態測定手
段の測定結果に基づき決定された目標となる排気ガス再
循環量に応じて制御弁駆動手段と開弁量検出手段とを用
いて再循環量制御弁をフィードバック制御する一方、前
記目標となる排気ガス再循環量とガス濃度検出器を用い
て検知された実際の排気ガス再循環量との偏差を縮少す
る方向に再循環量制卸弁の開弁量を学習補正する。

く実　施　例〉本発明を電子制御燃料噴射装置（以下、ＥＣＩ）付エン
ジンに適用した一実施例に基づき具体的に説明する。

本実施例の概要は、目標ＥＧＲ流量に基づき開弁量マツ
プからＥＧＲ弁の目標開弁量を求め、開弁量検出手段を
用いて駆動手段を常時フィードバック制御する、と共に
０２センサの測定値より実ＥＧＲ流量を求め、目標ＥＧ
Ｒ流量との偏差から開弁量マツプを補正するものである
。

第１図には本実施例における、集中ｆｌＪ＃システムの
全体を模式的に、第２図には集中制御システムの制御中
枢たる電子制御ユニット（Ｕ下、ＥＣＵ）のハードウェ
ア構成を各々示しである。また、第３図には本実施例の
制御フローチャートを示しである。そして、第４図には
目標ＥＧＲ率のマツプを、第５図にはＥＧＲ弁のコント
ロール負圧に対する流量特性を、第６図には電磁弁のデ
ユーティ比の各々マツプを示しである。

第１図に示すように、エンジンＥにおいては、燃料を噴
射するインジェクタ１と点火を行う点火プラグ２とＥＧ
ＲＧａＯ２度とが、総てＥＣＵ４の制御下におかれてい
る。ＥＣＵ４は各種のデータをもとにこれらの被制御機
器（インジェクタ１２点火プラグ２．ＥＧＲ弁３）を駆
動制御する。以下に、ＥＣＵ４が用いる各種データを採
集するためのセンサ類の概要と被制胛機器の作動を吸気
の流れに沿って述べる。

エンジンＥ内のピストンＥＬの下降によって、エアクリ
ーナ５から負圧吸引された空気は、カルマン渦式のエア
フローメータ６　、　吸ｆｉ温センサ７および大気圧セ
ンサ８に導かれ、吸気量、吸気温および大気圧が検出さ
れる。吸気管９に流入した空気はバタフライ型のスロッ
トル弁１０によって通過量を制御され、このスロットル
弁１０の開度はスロットルセンサ１１により検出される
。

スロットル弁１０下流の吸気管壁には負圧取出管１２と
ＥＧＲガス導入管１３が順に接続、開口しており、負圧
取出管１２からは空気が、ＥＧＲガス導入管１３からは
ＥＧＲガスが各々、吸気管９内に吸引されるようになっ
ている。吸入空気は、とのＥＧＲガスと混合し、下流に
設けられた０２センサ１４により酸素濃度が検出される
。０２センサ１４は従来の技術の項で述べたものと同様
のものである。

吸気管９の燃焼室４側端部近くには、気筒数分のインジ
ェクタ１が設けられており、ＥＣＵ４からの指令で開弁
じ、それぞれの気筒が必要とする量の燃料を噴射する。

燃料は、図示しない燃料タンクからこれも図示しない燃
料ポンプによって、インジェクタ１に圧送されている。

図中、１５は水温センサであり、冷却水温を検出してい
る。

インジェクタ１から燃料が噴出され、混合気となった空
気は、燃焼室４内に吸引され、圧縮上死点付近で点火プ
ラグ２により点火される。第１図では紙面の都合上、離
れた位置に画かれているが、当然のことながら点火プラ
グ２は燃焼室ち内にその先端が面している。

点火プラグ２へは、点火コイル１６からの高電圧がディ
ストリビュータ１７を介して送られている。送電タイミ
ング（点火時期）はＥＣＵＡ内で演算され、その演算結
果によりパワートランジスタ１８を介して点火コイル１
６が駆動されている。ディストリビュータ１７にはエン
ジンの回転状態を検出すべく、クランク角センサ１９と
気筒判別センサ２０とが内蔵されている。

爆発、Ｉ！！脹行程が終了すると、混合気は排気ガスと
なって、その大部分が排気管２１を通り、キャタライザ
２１ａ内で有害成分が燃焼された後、図示しないマフラ
から大気中に放出される。

そし、て、排気ガスの一部はＥＧＲガスとしてＥＧＲガ
ス抽出管２２に導かれ、ＥＧＲＧａＯ２の量を制御され
て、前述のＥＧＲガス導入管１３から吸気管９内に導入
される。

ＥＧＲｆｐ３は、前述した負圧取出［１２からの負圧で
作動するが、この負圧は負圧取出管１２（Ｄ’ｌｌ＠に
設けられた０Ｎ−ＯＦＦ型の第一電磁弁２３の開閉によ
って増減するようになっている。また、との負圧取出＠
１２には、端部に設けられたフィルタ２４を介して大気
と連通する連通管２５が接続している。そして、負圧取
出管１２と同様この連通管２５の管路にも０Ｎ−ＯＦＦ
型の第二電磁弁２６が設けられ、その開閉によってＥＧ
ＲＧａＯ２大気導入量が増減するようになっている。第
一電磁弁２３と第二電磁弁２６は共にＥＣＵ４からの指
令で開閉する。また、ＥＧＲＧａＯ２部には開弁量を検
知するための検知手段たるリフトセンサ２７が取り付け
られ、ＥＣＵ４に接続して開弁量の信号を送るようにな
っている。

尚、第１図中、２８，２９．３０は各々ＥＣＵ４の駆動
電源たるバッテリとバッテリ電圧を検出するバッテリセ
ンサ、およびイブニラシアンスイッチであり、これらも
ＥＣＵ４に接続している。

上述のようにＥＣＵ４には各種のセンサ類や被制御機蕃
が接続しているが、ＥＣＵ４のハードウェアは第２図に
示すように、ＣＰＵ（中央処理袋Ｎ）３１を中心に構成
されている。吸気温センサ７、大気圧センサ８．スロッ
トルセンサエ１，０□センサ１４．リフトセンサ２７お
よびバッテリセンサ２９からのデータは、アナ四グ信号
であるため、インタフェース３２とＡ／Ｄコンバータ３
３％介してＣＰＵ３１に入力される。イブニラシアンス
イッチ３０からのデータはインタフェース３４を介して
、またクランク角センサ１９と気筒判別センサ２０およ
びエアフローメータ６からのデータは直接に、各々ＣＰ
Ｕ３１に入力される。

ＣＰＵ３１はまた、パスラインを介して、ＲＯＭ　（読
み取り専用メモリ）３５．ＲＡＭ（￥！Ｊき換えメモリ
）３６と、バッテリ２８が接続されている間はイグニッ
シンンスイッチ３０を切っても記憶内容が保存されるＢ
ＵＲＡＭ（バックアップメモリ）３７どの間でデータの
授受を行う。

ＣＰＵ３１内部では、上述の各種データとメモリを用い
て燃料噴射量２点火時期およびＥＧＲ弁の開度を決定す
る。そして、インジェクタドライバ３８を介してインジ
ェクタ１を、点火ドライバ３９を介してパワートランジ
スタ１８を、ＥＧＲドライバ４０を介して第一および第
二電磁弁２３，２６を各々駆動する。

以下に、第３図〜第６図を併用し、本実施例の作用を説
明する。

第３図において、エンジンＥが始動し、所定の運転状態
になるとＥＧＲ制御が開始される。尚、所定の運転状態
とは、本実施例の場合アイドル時、全負荷、高回転等の
運転域以外の運転状態である。

制御が開始されるとＣＰＵ３１はクランク角センサ１９
およびエアフ四−メータ６の出力信号から、エンジンの
回転数Ｎｅおよび負荷Ａ／Ｎを求める。次に、ＲＯＭ３
５に記憶させていたＥＧＲ率のマツプ（以下、マツプＭ
ｌ（第４図に示す））を呼び出し、回転数Ｎｏと負荷Ａ
／Ｎとから目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ）。

を求める。次に、目標ＥＧＲ流量（ＥＧＲ）。

を目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ）Ｔとエンジンの回転数Ｎｏお
よび負荷Ａ／Ｎから求める。尚、（ＥＧＲ）Ｑは下式で
与えられる。

（ＥＧＲ）Ｑ＝　（ＥＧＲ）ＴＸＡ／ＮＸＮｅ　　−（
１）次に、目標ＥＧＲ流量（ＥＧＲ）Ｑから、ＥＧＲＧ
ａＯ２２００ｍＨｇでの換算目標流量（ＥＧＲ）、□。

を求める。これは、ＥＧＩｔ弁３の流量特性を測定する
場合に通常−２００ｍｍＨｇの負圧を与えて行われてい
るためである。

（ＥＧＲ）、Ｔｏは排気圧ｐ、、ｈ（大気圧とほぼ同一
のため、本実施例では大気圧センサ８の入力データを用
いる。）と吸気圧Ｐ、（負荷Ａ／Ｎから求める）とから
得られた吸気管負圧Ｐ１．ｈ−Ｐ８を用いて下式で与え
られる。

尚、吸気圧Ｐ、を本実施例では負荷Ａ／Ｎから求めたが
、吸気圧センサを具える場合には、当然吸気圧センサの
値を用いる。

次に、換算目標流量（ＥＧＲ）、Ｔｏを確保するために
必要な、ＥＧＲＧａＯ２弁量（以下、目標リフト量）　
Ｌｒを求める。本実施例で用いるＥＧＲＧａＯ２量特性
は、第５図のマツプ（以下、マツプＭ２）に実線で示す
とうり、目標リフトｆｉＬｒに対して一次直線的になっ
ている。

尚、マツプＭ２は後述の学習制御により更改されるが、
この時点ではＢＵＲＡＭ３７内の値が用いられる。

次に、リフトセンサ２９の出力電圧■ｐｌを検出し、Ｅ
ＧＲＧａＯ２際のリフトｆ（以下、実リフト量）Ｌａを
算出する。

次に、目標リフトｆｉＬｒと実リフト量Ｌａの偏差Ｌｅ
を算出する。

次に、偏差Ｌｅに基づき第６図に示す電磁弁３の駆動デ
ユーティ比マツプ（以下、マツプＭ３）から、第一電磁
弁２３および第二電磁弁２６の駆動デユーティ比Ｄｖａ
およびＤｖｅを各々求め、それらを駆動する。マツプＭ
３に示すように、Ｌｅ≧ａの場合には第一電磁弁２３を
駆動し、第二電磁弁２６は閉鎖する。

また、Ｌｅ≦−αの場合には第一電磁弁２３は閉鎖し、
第二電磁弁２６を駆動する。そして、１Ｌｅｌ（ｃｒの
範囲はハンチングを防ぐための不感域とし、両電磁弁２
３，２６とも駆動じない。域値αは実験的に求めたもの
である。

次に、エンジンの運転状態を監視して、学習補正の可否
を判定する。学習補正は吸気管９内の０２センサ１４を
用いて行うため、加減速時等においてはＥＧＲ率の変更
手段であるＥＧＲ弁３から検出手段である０□センサ１
４にＥＧＲガスが到達するまでに時間が掛り正確な補正
が行えないからである。判定基準は、同一の運転状態（
具体的にはエンジン回転数Ｎｅと負荷Ａ／Ｎが変化しな
い状態）が所定時間継続することで、これが満足されな
い場合には学習補正は行なわれず、フィードバック制御
の実行が繰り返される。

判定基準が満足され学習補正を行う場合、まず０□セン
サ１４の出力電圧ＩＰｏを検出する。

次に、この出力電流値■２゜を負荷Ａ／Ｎで補正する。

これは、０２センサ１４の出力特性が吸気圧（負荷Ａ／
Ｎに比例）により変化するためである。次に、出力電流
値”ｐｏから実際のＥＧＲ率（ＥＧＲ）Ａを求める。こ
の演算には、ＥＧＲを行っていない時のｏ２センサ１４
の出力電流値（ＩＰ。）。が用いられ、（ＥＧＲ）Ａは
下式で与えられる。

次に、実ＥＧＲ率（ＥＧＲ）Ａから、実ＥＧＲ流［（Ｅ
ＧＲ）’、を求める。（ＥＧＲ）’、は下式で与えられ
る。

（ＥＧＲ）’、＝　（ＥＧＲ）ＡｘＡ／ＮｘＮｅ−（４
）次に、目標ＥＧＲ流量（ＥＧＲ）Ｑと実ＥＧＲ流量（
ＥＧＲ）’。の差ΔＥＧＲを下式により求めろ。

ΔＥＧＲ＝　（＋：ａｒｔ）Ｑ−（ＥＧＲ）’、　　　
・・・　（５）次に、ΔＥＧＲからリフト補正量ΔＬを
下式により求める。

ΔＬ＝にΔＥＧＲ・・・（６）ここで、ｋは換算係数であり、ΔＬが充分小さくなるよ
うに設定され、ハンチングを防いでいる。

次に、求めたΔＬを用いてマツプＭ２を更新する。第Ｓ
図において破線で示したものは、弁体周囲にカーボンが
堆積した場合の補正結果てあり、ＥＧＲ流量に対するリ
フト量が全域に亙って増大していることがわかる。

このように、本実施例のＥＧＲ装置ではリフトセンサを
用いた応答性のよいフィードバック制御を行いながら、
０□センサによる経時変化等に対する学習補正が行われ
る。

以上で、本実施例の説明を終えるが、当然のことながら
本発明は乙の実施例に限るものではなく、例えば、ＥＣ
Ｔに代えてキャブレタを有するエンジンに本発明を適用
してもよい。また、再循環量検出手段を０２センサ以外
のものとしてもよいし、ＥＧＲ弁として高次曲線的流量
特性を有するものや負圧に代えてパルスモータ等で駆動
されるものを用いてもよい。さらに、制御における演算
方法や演算手順も実施例では具体的に述べたが、再循環
量検出手段の検出結果を基に、ＥＧＲｆｐを制御するた
めの設定値を学習制御により補正するようになっていれ
ばよい。

〈発明の効果〉本発明に係るＥＧＲ装置では、リフトセンサを用いた応
答性のよいフィードバック制御を行うと共に、０゜セン
サを用いた学習補正を行うため、ＥＧＲ弁の製作誤差や
ＥＧＲ装置全体の経時変化等に拘らず、常に最適な量で
のＥＧＲ制御が行われる。その結果、給気系に高いＥＧ
Ｒ率でＥＧＲガスの供給を行うことが運転性を阻害せず
に可能となし、有害排出ガスによる環境汚染が減少され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、本発明の一実施例における、各々集
中制御システムの模式図と電子［御ユニットのハードウ
ェア構成図である。第３図は、本実施例の制御フローチ
ャートである。第４図〜第６図は、目標ＥＧＲ率とＥＧ
Ｒ弁の流量特性と電磁弁のデユーティ比の、各々マツプ
である。図　　　中、３はＥＧＲ弁、４はＥＣＵ。１４は０２センサ、２３．２６は電磁弁、２７はリフトセンサ、３５はＲＯＭ。３６はＲＡＭ。３７はＢＤＲＡＭである。

Claims

【特許請求の範囲】内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に導入して燃焼温度
を低下させることにより、排気ガス中の窒素酸化物濃度
を低減させる排気ガス再循環装置において、当該内燃機関の運転状態を測定する運転状態測定手段と
、排気ガス再循環通路に設けられ、通路を開閉することで
再循環量を増減する再循環量制御弁と、この再循環量制御弁を駆動する制御弁駆動手段と、再循環量制御弁の開弁量を検出する開弁量検出手段と、排気ガス再循環量を検知するためのガス濃度検出器と、前記運転状態測定手段の測定結果に基づき目標となる排
気ガス再循環量を決定して、この目標となる排気ガス再
循環量に応じた開弁量になるように前記制御弁駆動手段
と前記開弁量検出手段とを用いて前記再循環量制御弁を
フィードバック制御する一方、前記目標となる排気ガス
再循環量と前記ガス濃度検出器を用いて検知された実際
の排気ガス再循環量との偏差を縮少する方向に前記再循
環量制御弁の開弁量を学習補正する制御手段とを具えたことを特徴とする排気ガス再循環装置。