JPH0450453Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は内燃機関の排気ガス再循環装置にお
ける排気ガス再循環率検出器に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の排気ガス再循環（EGR）装置にお
いて排気ガス再循環率（EGR率）を検出するた
め酸素濃度センサを設けたものが知られている。
（例えば、特開昭60−138263号参照。）このタイプ
のEGR検出装置は、排気ガスのデポジツトの影
響を受けることなく正確なEGR率を知ることが
できる利点がある。即ち、酸素濃度センサは還流
排気ガスも含めた全吸入空気中の酸素濃度を検出
する。従つて、もし空燃比が一定に制御されてい
ると仮定すれば、還流ガスの流量の変化に応じて
酸素濃度センサからの信号レベルが変化し、酸素
濃度センサの信号レベルはEGR率を表すことに
なる。そして、酸素濃度センサからの信号によつ
て、所望EGR率となるようにEGR弁を制御する
ことができる。

酸素濃度センサは、空燃比が一定に制御されると
いう前提のもとで初めてEGR率を検出すること
が可能である。空燃比が変化すると、酸素濃度セ
ンサからの信号レベルは直接にはEGR率と対応
しなくなる。なぜなら、EGR率が同一であつて
も、空燃比が変化すれば酸素濃度センサの出力値
は変わつて来るからである。そのため、EGR運
転域において空燃比が可変に制御される内燃機関
ではEGR率の計測は不可能となる。

そこで、特開昭60−138263号公報では酸素濃度
センサに加えて圧力センサからの吸気管圧力信号
によつてEGR率を制御している。吸気管圧力に
よつて目標の酸素濃度を変化させることで空燃比
が変化した場合にあつてもEGR率を計測するこ
とが可能である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

吸気管圧力の値は吸気管の部位によつて大きな
変化がある。ところが、従来技術では、単純に酸
素濃度信号と吸気管圧力信号とによつてEGR率
制御を行うという思想を出ないものである。その
ため、酸素センサの設置箇所において吸気管圧力
を検出するものでは必ずしもなく、EGR率制御
を精度よく行い得ない恐れがあつた。

この考案はかかる従来技術の問題点に鑑み、吸
気管圧力が吸気管の部位によつて変化するにも係
わらずその影響を受けることなく酸素濃度センサ
と組み合わせにおいてEGR率を精度高く検出す
ることができるようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案によれば、内燃機関の排気管から吸気
管への還流排気ガスの割合を検出するための排気
ガス再循環率検出器において、固体電界質より成
る筒状の本体の内周、外周に電極層を形成し、か
つヒータ層を筒状本体に形成して酸素濃度センサ
部を構成し、筒状本体の一端は基板に固定される
と共に、筒状本体の内部孔を介して吸気管圧力を
受ける圧力センサ部を有しており、これにより酸
素センサ部が酸素濃度を検出する吸気管の部位に
おいて圧力センサ部は吸気管圧力を検出し、か
つ、基板は、酸素濃度センサ部が還流排気ガスを
含めた状態で内燃機関への全吸入空気中の酸素濃
度を検出するように吸気管に取り付けられ、酸素
濃度により知られる新気分圧と吸気管圧力との差
の、吸気管圧力に対する比から排気ガス再循環率
を検出する排気ガス再循環率検出器が提供され
る。

〔作用〕

酸素濃度センサ部は筒状本体の内周と外周の電
極間の電位差より酸素濃度を検出する。一方、圧
力センサ部は筒状本体より導入される吸気管圧力
を検出し、酸素濃度により知られる新気分圧と吸
気管圧力との差の、吸気管圧力に対する比から排
気ガス再循環率を検出する。そして、酸素濃度セ
ンサ部が酸素濃度を検出する部位で圧力センサ部
は吸気管圧力を検出する。

〔実施例〕

第３図において、１０はシリンダブロツク、１
２はピストン、１４はコネクテイングロツド、１
６は燃焼室、１８はシリンダヘツド、２０は吸気
弁、２２は吸気ポート、２４は排気弁、２６は排
気ポートである。吸気ポート２２は吸気管２８、
サージタンク３０、スロツトル弁３２を介してエ
アークリーナ３４に接続される。３５は燃料イン
ジエクタであり、吸気ポート２２に近接した吸気
管２８に配置される。排気ポート２６は排気マニ
ホルド３６に接続される。３８はデイストリビユ
ータを示している。

排気マニホルド３６とサージタンク３０とを結
ぶ排気ガス再循環通路（EGR通路）４０が設け
られ、EGR通路４０上に排気ガス再循環制御弁
（EGR弁）４２が配置される。EGR弁４２はダイ
ヤフラム４４に連結され、ダイヤフラム４４にか
かる負圧に応じて、EGR弁４２の開度が制御さ
れる。ダイヤフラム４４は、第１の圧力導管４６
によつてサージタンク３０の負圧ポート３０ａに
接続されると共に、第２の圧力導管４８によつて
スロツトル弁３２の上流の大気圧ポート５０に接
続される。第１の圧力導管４６に負圧制御弁５２
が設けられ、第２の圧力導管４８に大気圧制御弁
５４が設置される。負圧制御弁５２及び大気圧制
御弁５４の開度を制御することにより、ダイヤフ
ラム４４に作用する負圧が制御され、ダイヤフラ
ム４４は圧縮ばね５６の付勢力とバランスするリ
フトをとり、還流ガス量を任意に制御することが
可能になる。

制御回路６０は、この考案に従つたEGR率の
検出作動、及びEGR率の制御作動を行うもので、
マイクロコンピユータシステムとして構成され
る。即ち、制御回路６０はマイクロプロセシング
ユニツト（MPU）６０ａと、メモリ６０ｂと、
入力ポート６０ｃと、出力ポート６０ｄと、これ
らを接続するバス６０ｅとを基本的な構成要素と
する。入力ポート６０ｄは種々のセンサに接続さ
れ、各運運転条件信号が入力される。スロツトル
センサ６２はスロツトル弁３２に連結され、スロ
ツトル弁３２の開度に応じた信号を発生する。ク
ランク角センサ６６は、デイストリビユータ３８
に設けられ、クランク軸の角度位置に応じた、例
えば30°CA毎のパルス信号を発生し、周知のよう
に、エンジン回転数を知ることができる。第１の
酸素濃度センサ６８は排気マニホルド３６に設置
される。第１の酸素濃度センサ６８は例えば理論
空燃比を境に高低のレベルの信号を発生するO₂
センサとして構成され、周知のようにO₂センサ
からの信号によつて燃料インジエクタ３５からの
燃料噴射量が制御され、所定空燃比に維持され
る。

この考案によれば、第２の酸素濃度センサと吸
気管圧力センサとを兼ねたセンサ組立体７０が吸
気管２８に設置される。第１図に示すように、セ
ンサ組立体７０は、酸素濃度センサ部７１と、圧
力センサ部７２とから構成される。酸素濃度セン
サ部７１は還流排気ガスも含めて全吸入空気中の
酸素濃度を検出することができるように配置する
必要がある。酸素濃度センサ部７１は、第２図に
示すようにセラミツクより成る固体電界質の中空
本体７１ａと、その中空本体７１ａの内面に形成
される＋電極７１ｂと、外面に形成されるＪ型の
−電極ｃと、この電極７１ｃを包囲するように本
体表面に形成される印刷ヒータ層７１ｄとから成
り、所謂リニアO₂センサとしての構造を持ち、
酸素濃度の連続的な変化に応じて変化する電圧を
発生することができる。中空本体７１ｂはその一
端が断熱材７３を介して基板７４に固定される。

圧力センサ部７２は、中空本体７１ｂの中心孔
を臨むように固定される半導体式の受圧素子７２
ａと、その周囲に配置され、真空室７２ｂを形成
する内部ケース７２ｃとからなる。受圧素子７２
ｃは、真空室と吸気管との圧力差に応じた電気信
号を発生し、これにより吸気管圧力を知ることが
できる。

内部ケース７２ｃの外部に外部ケース７５が設
けられ、これらの間の回路基板７６が配置され、
酸素濃度センサ部の電極７１ｂ，７１ｃ，ヒータ
７１ｄへの端子部７１ｆ、圧力センサ部の受圧素
子７２ａからのリード線７１′，７２′が接続さ
れ、回路基板７６では各センサ部７１，７２から
の信号の処理が行われ、外部取り出しリード線７
７及びコネクタ７８より取り出され、入力ポート
に結線される。

基板７４はボルト７９により、サージタンク３
０の壁面に固定される。

酸素濃度センサ部７１、圧力センサ部７２から
の酸素濃度信号、吸気管圧力信号により以下の原
理でEGR率を知ることができる。このEGR率測
定原理を説明すると、酸素濃度センサ部７１によ
つて、EGRガスも含めた形での全吸入空気中の
酸素濃度MPO₂を検出することができる。このよ
うにして検出された酸素濃度MPO₂を空気密度で
ある0.21で割ることにより全吸入空気中に占める
新気の分圧を知ることができる。従つて、EGR
ガスを含めた全吸入空気の圧力をPMとすれば実
測値としてのEGR率（EGR_C）は、 （PM−MPO₂／0.21／PM によつて算出することができる。第４図はEGR
率と酸素濃度MPO₂との関係を各吸気管圧力PM
について示すグラフである。

この考案の構造では、酸素濃度センサ部７１
と、圧力センサ部７２とが同一の組立体７０とし
て設置され、同一個所で酸素濃度及び吸気管圧力
を検出することができる。そのため、EGR率検
出精度を上げることができる。通常の吸気管圧力
の検出はサージタンクに設けた別体の圧力センサ
によつて行われるが、この場合は吸気圧力の脈動
の影響によりEGR率測定用の酸素濃度センサを
設置個所の吸気管圧力を正確に検出するとはいえ
ない。第５図は圧力センサのサージタンク内の設
置個所を端面（実線）と、中央部（破線）とで変
えたときの吸気管圧力の変化を内燃機関の一サイ
クル（720°CA）にわたつて見たものであり、同
一のサージタンク内でも吸気管圧力の値に大きな
変化があり、通常の設置方法では大きな誤差が予
測される。この考案の構造では吸気管の同一の位
置で酸素濃度と、吸気管圧力を検出できるるで、
脈動の影響を受けずに正確なEGR率の測定が可
能となる。

この考案のEGR率検出器による、EGR率制御
作動の一例としての制御回路６０の作動を第６図
のフローチヤートによつ説明する。ステツプ80で
は、現在機関がEGR作動域にあるか否か判別さ
れる。例えば、スロツトル弁３２が僅か開けられ
た低負荷運転域はEGR領域である。EGR域でな
いときはステツプ82に進み、アイドル条件か否か
が判別される。アイドル条件はスロツトル弁３２
がアイドル開度にあり、且つエンジン回転数が所
定値より小さいことによつて把握することが可能
である。アイドル状態であるとすれば、ステツプ
84に進み、アイドル状態での吸気管における酸素
濃度の基準値であるAirPO₂がメモリ６０ｂより
入力される。ステツプ86では、出力較正値Ｋがア
イドル基準値AirPO₂の、第２酸素濃度センサと
しての酸素濃度センサ部７１により実測される酸
素濃度MPO₂の比として算出される。即ち、
EGR率と、酸素濃度センサ部７１により実測さ
れる酸素濃度MPO₂との間には吸気管圧力を固定
すれば線型関係があることは前述の通りである
が、この場合比例定数、即ち直線の傾斜は第７図
のようにバラツキがある。これを、そのままとす
ると正確なEGR率制御ができなくなる。そこで、
EGRを行わない一定の運転時、例えばアイドル
時における酸素濃度の基準値を記憶しておき、こ
れと実際の運転時に酸素濃度センサ部７１により
実測されるアイドル時の酸素濃度値MPO₂との比
である出力較正値Ｋを算出し、この出力較正値Ｋ
をセンサの実測値に乗算することで、酸素濃度セ
ンサの実測値MPO₂の較正を行い、バラツキを防
止するものである。

ステツプ88では、EGR弁開度信号を格納する
メモリ番地EGRDにEGR弁４２の全閉に相当す
る値である０が入れられる。そのため、後述の通
り、EGR弁４２は閉鎖される。

ステツプ80でEGR条件と判別されるときはス
テツプ90に流れ、機関運転条件によつて決められ
る目標EGR率であるEGR₀の演算が実行される。
EGR₀の値は運転状態、例えば負荷としての吸気
管圧力及び回転数によつて決まる。即ち、メモリ
６０ｂには、負荷及び回転数の組合せに対する
EGR₀の値が格納されてあり、センサ６４，６６
により実測される負荷及び回転数に対するEGR₀
の値が補間演算される。

次のステツプ92ではステツプ90で演算される
EGR率目標値EGR₀を得ることができる目標EGR
弁開度（EGR₀Ｄ）が算出される。EGR₀Ｄの算
出方法はEGR₀の算出方法と同様であり、メモリ
に負荷、回転数に応じたEGR₀Ｄのデータが格納
されてあり、センサ６４，６６により実測される
負荷、回転数に対する補間演算が実行される。

ステツプ94では、酸素濃度センサ部７１により
算出される酸素濃度信号値MPO₂にステツプ86で
算出された較正値Ｋを乗算することで、酸素濃度
信号のバラツキ補正が行われる。

ステツプ96は、現在実測されるEGR率である
EGR_Cが、 （PM−MPO₂／0.21）／PM によつて算出される。吸気管圧力PMは圧力セン
サ部７２により検出される。

ステツプ98では、この実測EGR率であるEGR_C
からステツプ90で算出される目標EGR率である
EGR₀との偏差△が算出される。

ステツプ100では、EGR率フイードバツク補正
係数であるFEGRを格納するアドレスの内容が現
在値にｋ×△を加えたものに更新される。ここに
ｋはフイードバツクゲインとなる。ステツプ102
では、EGR弁開度信号を入れるアドレスEGRD
の内容が現在値にEGR弁開度目標値EGR₀Ｄにフ
イードバツク補正係数FEGRを乗算したものとさ
れる。

ステツプ104ではEGR弁駆動信号形成処理が行
われ、ステツプ102で算出されるEGR弁開度が得
られるよう、負圧制御弁５４、大気圧制御弁５２
の駆動信号が形成される。例えば、計算された
EGR弁開度が得られるようなデユーテイ比を持
つたパルス信号が形成され負圧制御弁５２、大気
圧制御弁５４に印加される。即ち、負圧制御弁５
２はEGRDに正比例するデユーテイ比を持つたパ
ルス信号で駆動され、大気圧制御弁５４はEGRD
に反比例するデユーテイ比を持つたパルス信号で
駆動される。

〔考案の効果〕

この考案によれば、還流排気ガスも含めた全吸
入空気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ部
７１により新気分圧を知り、圧力センサ部７２に
より検出される吸気管圧力とからEGR率を算出
している。そのため、制御空燃比が一定でなくて
も、EGR率を知ることが可能となる。

そして、酸素濃度センサ部７１と圧力センサ部
７２とは、同一の組立体７０として構成され、吸
気管（サージタンク３０）の同じ部分で酸素濃度
と、吸気管圧力とを検出している。そのため、脈
動の影響を排除した精密にEGR率測定が可能で
ある。

また、筒状本体７１に設けたヒータ層７１ｄは
筒状本体７１を介して圧力センサ部７２に導入さ
れるガス中のオイルミトスやブローバイガス等の
付着物を焼却し、精度の高い圧力検出を長期に渡
つて保証する効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のEGR率検出器の断面図。
第２図は酸素濃度センサ部の概略斜視図。第３図
はこの考案のEGR率検出器を備えたEGR装置の
全体構成概略図。第４図はEGR率と酸素濃度セ
ンサの出力との関係を各吸気管圧力に対して示す
グラフ。第５図はサージタンク内の圧力センサ位
置を変えたときの出力電圧のエンジン１サイクル
内での変化を説明する図。第６図はEGR制御の
ための制御回路の作動を説明するフローチヤー
ト。第７図は吸気管圧力を固定したときのEGR
率と酸素濃度センサの出力変動を説明するグラ
フ。 ２８……吸気管、３０……サージタンク、３２
……スロツトル弁、３６……排気マニホルド、４
０……EGR通路、４２……EGR弁、５２……負
圧制御弁、５４……大気圧制御弁、６０……制御
回路、７０……組立体、７１……酸素濃度センサ
部、７１ａ……筒状本体、７１ｂ，７１ｃ……電
極、７１ｄ……ヒータ層、７２……圧力センサ
部、７２ａ……受圧部、７２ｂ……真空室、７６
……回転基板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の排気管から吸気管への還流排気ガス
   の割合を検出するための排気ガス再循環率検出器
   において、固体電界質より成る筒状の本体の内
   周、外周に電極層を形成し、かつヒータ層を筒状
   本体に形成して酸素濃度センサ部を構成し、筒状
   本体の一端は基板に固定されると共に、筒状本体
   の内部孔を介して吸気管圧力を受ける圧力センサ
   部を有しており、これにより酸素センサ部が酸素
   濃度を検出する吸気管の部位において圧力センサ
   部は吸気管圧力を検出し、かつ、基板は、酸素濃
   度センサ部が還流排気ガスを含めた状態で内燃機
   関への全吸入空気中の酸素濃度を検出するように
   吸気管に取り付けられ、酸素濃度により知られる
   新気分圧と吸気管圧力との差の、吸気管圧力に対
   する比から排気ガス再循環率を検出する排気ガス
   再循環率検出器。