JPH0481557A - 内燃機関の排気還流制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関の排気還流制御装置に関し、詳しくは
、筒内圧の検出値に基ついて排気還流量を制御するよう
構成された装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、内燃機関のおける排気浄化方法の１つとして
排気還流（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌ
ａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）制御装置か良く知られている（実
開昭５８−１４６０６４号公報等参照）。

このものは、排気通路と吸気通路とを連通ずるＥＧＲ通
路を設け、このＥＧＲ通路に例えはダイヤフラム式のＥ
ＧＲ制御弁を介装する一方、電磁式の負圧制御弁を備え
吸気負圧を導入する負圧導入通路を前記ＥＧＲ制御弁に
接続しである。

そして、そのときの運転状態に応じてコントロールユニ
ットにより前記負圧制御弁の開駆動信号のデユーティ比
を制侃することにより、ＥＧＲ制画弁の開度を制御して
運転条件に応じたＥＧＲｉか得られるようにしてあり、
吸気通路に排気を還流させることによって、燃焼の最高
温度を低下させて排出されるＮＯｘ量を低減を図ってい
る。

〈発明か解決しようとする課題〉 ところで、ＥＧＲ量は、排圧、吸気圧、排気温。

吸気温等の変化に影響されて増減してしまうため、標準
大気条件でサージトルクレベルやＮＯｘ量や燃費性能を
略満足させ得るＥＧＲ量にマツチングされていても、前
記標準大気条件を外れると所望のＥＧＲ量に制御させる
ことかできなくなり、サージトルクの増大、ＮＯｘ量の
増大、燃費の悪化などを招く慣れがあった。

また、ＥＧＲ量の制御には、上記のようにダイヤフラム
式の弁や電磁弁などを用いているために、かかる部品の
製造バラツキによっても、制御量に対応する所望のＥＧ
Ｒ量か得られなくなって、機関性能か悪化してしまうこ
とかあった。

即ち、従来では、運転条件で必要とされると予測される
ＥＧＲ量をフィードホワード制御するようにしているた
め、燃焼温度を下げるのに必要なだけの最適ＥＧＲｉに
制御することかできず、大気条件や部品バラツキによっ
て機関性能を悪化させてしまうことかあったものである
。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＥＧＲ
量か最適であるか否かを監視しなからＥＧＲ量を制御で
きるようにすることで、大気条件や部品バラツキに影響
されずに最適なＥＧＲ量を保つことができる排気還流制
御装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するだめの手段〉 そのため本発明にかかる内燃機関の排気還流制御装置は
第１図に示すように構成される。

第１図において、排気還流量制御弁は、内燃機関の排気
を吸気系に還流させる排気還流通路に介装されて該排気
還流通路の開口面積を制御する。

また、筒内圧検出手段は、機関の筒内圧を検出し、発生
熱量パラメータ演算手段は、かかる筒内圧検出手段で検
出される筒内圧に基ついて発生熱量に相関するパラメー
タを演算する。

そして、排気還流量制御手段は、発生熱量パラメータ演
算手段て演算される発生熱量に相関するパラメータか機
関運転条件に応じた目標値に近づく方向に前記排気還流
量制御弁の開度を制御する。

ここで、前記発生熱量パラメータ演算手段が、発生熱量
に相関するパラメータとして熱発生率を演算するよう構
成することかできる。

また、前記発生熱量パラメータ演算手段が、圧縮行程中
の点火簡に検出された筒内圧、又は、燃焼中に検出され
た筒内圧に基づいて発生熱量に相関するパラメータを演
算するよう構成することかてきる。

一方、発生熱量による異常判定手段は、発生熱量パラメ
ータ演算手段で演算される発生熱量に相関するパラメー
タか機関運転条件に応じた目標値に対して所定以上の偏
差を有しているときに排気還流制御系の異常判定を下す
。

また、制御量による異常判定手段は、排気還流量制御手
段により制御された排気還流制御弁の制御量か所定範囲
を越えているときに排気還流制御系の異常判定を下す。

〈作用〉 かかる構成によると、筒内圧に基づいて発生熱量に相関
するパラメータか検出され、該発生熱量か目標値に近づ
く方向に排気還流量か制御されるから、燃焼温度に応じ
た排気還流量の制画か行えるようになる。

より具体的には、圧縮行程中の点火前で検出した筒内圧
に基づく制御では、排気還流量による充填効率の変化に
よる発生熱量（熱発生率）の変化を検出でき、また、燃
焼中に検出した筒内圧に基つく制御では、排気還流量に
よる燃焼温度の変化を検出てき、いずれの場合も、排気
還流量をサージトルク、ＮＯｘ排出量、燃費を両立でき
る燃焼温度相当の最適量に制御できる。

このように、発生熱量が目標値に近づくように排気還流
量を制御しているときに、発生熱量か目標値と大きく異
なる値を示すときには、例えは排気還流量制御弁の故障
や還流通路の詰まりなどによって制御通りの排気還流量
か得られていないことを判別できる。

同様に、発生熱量に基つく排気還流量制御弁の制御量か
所定範囲を越えている場合には、制御に応じた排気還流
量か得られていないことか推定され、排気還流量制御弁
や排気還流通路なとの排気還流制御系の異常を判定でき
る。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、４サイクル４気筒内燃
機関１には、エアクリーナ２．スロットルチャンバ３．
吸気マニホールド４を介して空気か吸入される。そして
、燃焼排気は、排気マニホールド５．排気ダクト６、三
元触媒７．マフラー８を介して大気中に排出される。

前記スロットルチャンバ３には、図示しないアクセルペ
ダルに連動して開閉するスロットル弁９が設けられてお
り、このスロットル弁９によって機関１の吸入空気量か
制御されるようになっている。

また、各気筒（＃１〜＃４）の燃焼室に臨ませてそれぞ
れ点火栓か装着されているが、第３図に示すようにかか
る点火栓１０と対に、それぞれの気筒毎に筒内圧検出手
段としての筒内圧センサｌｌａ〜ｌｉｄを設けである。

前記筒内圧センサｌｌａ〜ｌｌｄは、第３図に示すよう
に、点火栓１０によってシリンダヘッド１２との間にス
ペーサ１３と共に共線めされるステイ１４に支持される
ようになっており、燃焼室内に臨んて筒内圧を絶対圧と
して検出するセンサてあり、詳細には第４図に示すよう
な構造となっている。

第４図において、中空円筒状のハウジング１７の中空部
にロッド１８が挿置されており、このロッド１８の基端
部には、インシュレータシート１９及びコンタクトプレ
ート２０か装着されており、背面がアッパプレート２１
及びセット荷重を調整するためのストップスクリュー２
２で支えられているピエゾ素子２３（圧電型半導体）が
、ロッド１８か図中上方に移動することてインシュレー
タシート１９及びコントクトプレート２０を介して圧力
を受けるようになっている。前記コンタクトプレート２
０を介して取り出されるセンサ出力は、グロメット２４
を介してケーブル２５により外部に取り出される。スプ
リング２６は、ハウジング１７基端側の首部に装着され
て、前記ステイ１６を固定端側として、ハウジング１７
を図における下方に付勢することで、筒内圧センサ１１
ａ−１ｉｄか挿置される貫通孔か開口されたステイ１６
を前記グロメット２４との間に挟持するようにしてステ
イ１６に対して筒内圧センサｌｌａ〜ｌｉｄを支持させ
るようにしである。

かかる構成において、筒内圧センサｌｌａ〜ｌｌｄのハ
ウジング１７先端の燃焼室内に臨む円筒部（センサ部）
が、筒内圧（燃焼圧）を直接受けて変形すると、かかる
変形によってロッド１８かノ１ウジング１７内で上下動
してピエゾ素子２３に筒内圧を伝え、ピエゾ素子２３は
筒内圧変化を絶対圧の形で電気信号に変換して出力する
。

また、機関１の図示しないカム軸には、カム軸の回転を
介してクランク角を検出するクランク角センサ２７が設
けられており、気筒間の行程位相差に相当するクランク
角１８０°毎の基準角度信号ＲＥＦと、単位クランク角
毎の単位角度信号ＰＯ８とをそれぞれ出力する。前記基
準角度信号ＲＥＦは、本実施例においてＢ　Ｔ　Ｄ　Ｃ
７０’の位置で出力されるようになっており、かつ、＃
１気筒の圧縮上死点前で出力される信号が他と区別でき
るようにしてあり、これにより、基準角度信号ＲＥＦを
各気筒に対応させることかできるようになっている（第
８図参照）。

更に、吸気マニホールド４上流側と排気マニホールド５
下流側とを連通ずる排気還流通路（ＥＧＲ通路）２８か
設けられており、この排気還流通路２８には該排気還流
通路２８の開口面積を増減制御する電磁式の常閉型排気
還流量制御弁２９か介装されている。

前記筒内圧センサｌｌａ〜ｌｉｄ及びクランク角センサ
２７からの検出信号を入力するコントロールユニット３
０は、これらの検出信号に基ついて前記排気還流量制御
弁２９の開度をデユーティ制御する。

ここで、前記コントロールユニット３０による排気還流
量制御弁２９の開度制御の様子を、第５図〜第７図のフ
ローチャートに従って説明する。

尚、本実施例において、発生熱量パラメータ演算手段、
排気還流量制御手段２発生熱量による異常判定手段、制
御量による異常判定手段としての機能は、前記第５図〜
第７図のフローチャートに示すようにコントロールユニ
ット３０かソフトウェア的に備えている。

第５図のフローチャートに示すプログラムは、クランク
角センサ２７から基準角度信号ＲＥＦが出力されてから
単位角度信号ＰＯ３をカウントすることによって検出さ
れるＢ　Ｔ　Ｄ　Ｃ１２０°の位置で割り込み実行され
るものであり、まず、ステップ１　（図中ではＳｌとし
である。以下同様）では、今回のＢＴＤＣ１２０’の基
礎となった基準角度信号ＲＥＦかとの気筒の圧縮ＴＤＣ
前で出力されたものであるかを判別する。

そして、例えば＃１気筒に対応する基準角度信号ＲＥＦ
の後の実行タイミングであるときには、第８図に示すよ
うに＃３気筒の圧縮行程中であるので（但し、本実施例
では点火順を＃１−＃３−＃４→＃２とする。）、＃３
気筒に設けられている筒内圧センサｌｌｃの検出信号の
Ａ／Ｄ変換値を取り込んで、そのデータをＰｌにセット
する（ステップ２）。

同様にして、直前の基準角度信号ＲＥＦかとの気筒に対
応するものであるかの判別に基づいて圧縮行程中の気筒
を判別し、その気筒に設けられている筒内圧センサＩｌ
ａ〜ｌｌｄの検出値をＰｌにセットする（ステップ３〜
５）。

一方、第６図のフローチャートに示すプログラムは、基
準角度信号ＲＥＦの出力タイミングであるＢＴＤＣ７０
°の位置で割り込み実行されるものであり、まず、ステ
ップ１１で今回の基準角度信号ＲＥＦかどの気筒の圧縮
ＴＤＣ前で出力されたものであるかを判別する。

ここで、例えば、＃１気筒の圧縮ＴＤＣの７０゜前であ
るときには、ステップ１２へ進んで＃１気筒に設けられ
た筒内圧センサｌｌａの検出値をＰにセットする。＃ｌ
気筒に対応する基準角度信号ＲＥＦＯ前には、第８図に
示すように＃２気筒に対応する基準角度信号ＲＥＦが出
力されるから、第５図のフローチャートにおいて＃ｌ気
筒のＢＴＤＣ１２０°の筒内圧がＰｌにセットされてお
り、ここで、＃１気筒の圧縮行程の点火前（点火はＢＴ
ＤＣ００〜５０°の範囲とする）において５０°クラン
ク角間隔毎の筒内圧データかサンブリンクされたことに
なる。

＃１気筒の現在の筒内圧をＰにセットすると、次にステ
ップ１３へ進み、（Ｐ−ＰＩ）に＃ｌ気筒の筒内圧セン
サｌｌａ用の補正項ｈ１を乗算した値を、圧縮行程中点
火前における筒内圧の単位クランク胸当たりの変化量（
クランク角θについての微分値）としてｄＰ／ｄθにセ
ットする。

前記補正項ｈ１は、筒内圧センサｌｌａ〜ｌｉｄの検出
特性バラツキを補償するためのものてあり、例えは、圧
縮行程中の点火前の所定クランク角位置において各筒内
圧センサｌｌａ〜ｌｉｄの検出値が同−になるように各
気筒別に補正項ｈ１〜ｈ４を設定させる。

上記では、今回の基準角度信号ＲＥＦか＃ｌ気筒に対応
する場合について述へたが、基準角度信号ＲＥＦか＃３
．　＃４．　＃２に対応する場合であっても同様な制御
か行われ、現状か圧縮行程中である気筒の筒内圧の微分
値を演算してｄＰ／ｄθを更新させる（ステップ１４〜
１９）。

このように各気筒の圧縮行程毎に筒内圧のクランク角に
ついての微分値ｄＰ／ｄθか演算されると、ステップ２
０ては、この微分値ｄＰ／ｄθと最新の筒内圧Ｐとに基
つき、発生熱量に相関するパラメータとして熱発生率γ
を演算する。

熱発生率γ（＝ｄＱ／ｄθ、Ｑは発生熱量）は、以下の
式で演算される。

ここて、Ａは仕事の熱当量ｋｃａｌ／ｋｇｍ、　Ｋは圧
縮指数（比熱比）、■は容積であり、上記熱発生率γの
演算式において変数かｄＰ／ｄθ及びＰのみであるので
、微分値ｄＰ／ｄθと筒内圧Ｐとを上記式に代入して熱
発生率γを求めることかできる。

尚、筒内圧微分値ｄＰ／ｄθ及び筒内圧Ｐを変数として
熱発生率γを設定したマツプを予め記憶させておいて、
かかるマツプから最新のｄ　Ｐ／ｄθとＰとに対応する
熱発生率γを検索して求めるようにしても良い。

上記のようにして圧縮行程中の点火前に検出された筒内
圧に基ついて熱発生率γを演算すると、次のステップ２
１では、予め設定されている前記熱発生率γの運転条件
に応じた目標値に対して、今回演算された熱発生率γか
所定以上の偏差を有しているか否かを判別する。

前記目標値は、機関負荷を代表する吸入空気量相当の基
本燃料供給量Ｔｐと機関回転速度Ｎとに応じて予めマツ
プに記憶されており、第７図のフローチャートに示すバ
ックグラウンド処理されるプロクラムのステップ３１で
、前記マツプから現在の機関運転条件に見合った目標値
か検索されるようになっている。

また、前記第７図のフコ−チャートに示すバックグラウ
ンド処理されるプログラムのステップ３２ては、前記目
標値と同じく基本燃料供給量Ｔｐと機関回転速度Ｎとに
応じて予め設定されているマツプからスライスレベルＳ
Ｌか検索されるようになっており、前記ステップ２１て
は、目標値±ＳＬに今回演算された熱発生率γか含まれ
ているか否かを判別する。

本実施例では、前記演算される熱発生率γか目標値に近
づくようにＥＧＲ量か制御されるようになっているので
、前記演算された熱発生率γか目標値に対してスライス
レベルＳＬ以上の偏差を有しているときには、制御の結
果か実際の排気還流量として実現しておらず、排気還流
量制御弁２９の故障や排気還流通路２８の詰まりなとの
排気還流制御システムの異常状態が発生しているものと
推定できるので、ステップ２２へ進んで排気還流制御シ
ステム（ＥＣ，Ｒシステム）に異常か発生していること
を表示等の手段により警告する。

一方、目標値±ＳＬに今回演算された熱発生率γか含ま
れているときには、排気還流量制御弁２９の開度制御に
よって熱発生率を目標値に近づける制御か実行できるも
のと判断して、ステップ２３へ進む。

ステップ２３ては、今回演算された熱発生率γと目標値
との偏差Ｚ（←γ−目標）を演算し、次のステップ２４
では、この偏差Ｚかゼロ以下であるか又はゼロを越えて
いるかを判別する。

前記偏差Ｚかセロ以下である場合には、実際の熱発生率
γか目標値を下回っていて熱量が少ない状態であるから
、このときにはステップ２５へ進み、ＥＧＲ量を減少さ
せるへく排気還流量制御弁２９に送る駆動信号の開駆動
時間割合であるデユーティ比を所定値だけ減少させる。

一方、前記偏差Ｚかゼロを越えているときには、実際の
熱発生率γか目標を上回っていて熱量か多い状態である
から、このときにはステップ２６へ進み、燃焼温度低下
のためにＥＧＲ量を増大させるべく排気還流量制御弁２
９に送る駆動信号の開駆動時間割合であるデユーティ比
を所定値だけ増大させる。

このように、熱発生率γか目標に近づくようにＥＧＲ量
を制御することて、ＥＧＲ量を最適値に保つものである
。

即ち、熱発生率γか目標値よりも少なく燃焼温度かＮＯ
ｘ発生量を抑えるのに充分なたけ低いときには、排気還
流量（ＥＧＲ量）を減少させて、燃費の向上やサージト
ルクの低下を図るべく、ＥＧＲ量を減少させるものであ
る。排気還流量か減少すると、新気か増大して充填効率
を増加させることになって、圧縮行程中の点火前の筒内
圧が増大して熱発生率γを増加させるようになるから、
ＥＧＲ量を除々に減少させていった結果、熱発生率γが
目標値を越えるようになると、今度は逆にＥＧＲ量を増
加させることにより、燃焼温度の低下を図ってＮＯｘ量
の減少を図ることかできる。

従って、過不足なくＥＧＲ量を制御することかでき、Ｎ
Ｏｘの低減を図りつつ、サージトルクの低減や燃費向上
を図れるものであり、然も、例えばデユーティ比に対す
る排気還流通路２８の開口面積の関係か変化したり、大
気条件か変化しても、必要とされるＥＧＲ量を確保する
ことかでき、また、排気還流通路２８には制御弁２９の
みを介装させれは良いのて、排気還流制御のシステムを
簡略化させることもてきる。

ここで、ステップ２５又はステップ２６での制御の結果
、ＥＧＲ量か実際に増減しない場合には、偏差Ｚかプラ
ス・マイナス間に反転しなくなって、排気還流量制御弁
２９に送られる駆動信号のデユーティ比か増大され続け
て１００％を越えるようになったり、逆に減少され続け
て０％を下回るようになったりする。従って、前記デユ
ーティ比（制御量）が、上記のように通常設定範囲（０
％〜１００％）を越えて変化している場合には、排気還
流量制御弁２９の故障や排気還流通路２８の詰まりなと
の異常が推定されることになり、第７図のフローチャー
トのステップ３３では、前記デユーティ比（制御量）か
通常設定範囲内に設定されているか否かによってＥＧＲ
制御系の異常を判別し、通常設定範囲を越えてデユーテ
ィ比か設定されている場合には、排気還流制御系が異常
であると判定し、ステップ３４へ進んでかかる異常を表
示などの手段で警告する。

上記実施例では、圧縮行程中の点火前に検出された筒内
圧に基ついて排気還流量を制御させるようにしたが、燃
焼中の筒内圧に基づいてそのときの燃焼における発生熱
量（燃焼温度）を推定し、前述と同様にしてＥＧＲ量を
制御することもてきる。

例えば、燃焼中の筒内圧サンプリングタイミングとして
所定気筒の圧縮ＢＴＤＣ５°と圧縮ＴＤＣとで燃焼温度
に直接関連する筒内圧を読み込み、前述と同様な式に従
って熱発生率γを求め、この熱発生率γか目標値に近づ
く方向にＥＧＲ量を増減制御すれば良く、第５図〜第７
図のフローチャートに示す実施例の場合と筒内圧のサン
プリングタイミングを変えるのみて、燃焼中の筒内圧に
基づ＜ＥＧＲ制陣が行える。

尚、本実施例では、各気筒別に筒内圧センサ１１ａ〜ｌ
ｌｄを設けるようにしたが、特定１気筒にのみ筒内圧セ
ンサを設け、この筒内圧センサを設けた気筒の圧縮行程
の点火前又は燃焼中にサンプリングした筒内圧に基つい
てＥＧＲ量を制御させるようにしても良い。

また、本実施例では、４気筒機関について述へたか気筒
数を限定するものでないことは明らかであり、また、筒
内圧センサの形状を第３図及び第４図に示すものに限定
するものでもない。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、ＥＧＲ量か最適で
あるか否かを監視しなからＥＧＲ量を制御できるように
なるため、大気条件や部品バラツキに影響されずに最適
なＥＧＲ量を保つことかでき、ＮＯｘの低減を図りつつ
、サージトルクの低減及び燃費の向上を図ることかでき
るという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図は第２図示
の筒内圧センサの取付は状態を示すシリンダヘット部の
断面図、第４図は第２図示の筒内圧センサの詳細構造を
示す縦断面図、第５図〜第７図はそれぞれ同上実施例に
おける筒内圧を用いたＥＧＲ制御の内容を示すフローチ
ャート、第８図は同上実施例における制御特性を示すタ
イムチャートである。 １・・・内燃機関　　４・・・吸気マニホールド５・・
・排気マニホールド　　ｌｌａ〜ｌｌｄ・・・筒内圧セ
ンサ　　２７・・・クランク角センサ　　２８・・・排
気還流通路　　２９・・・排気還流量制御弁　　３０・
・・コントロールユニット 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄 第２図 第３図 第７図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気を吸気系に還流させる排気還流通
   路に介装されて該排気還流通路の開口面積を制御する排
   気還流量制御弁と、 機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧
   検出手段で検出される筒内圧に基づいて発生熱量に相関
   するパラメータを演算する発生熱量パラメータ演算手段
   と、 該発生熱量パラメータ演算手段で演算される発生熱量に
   相関するパラメータが機関運転条件に応じた目標値に近
   づく方向に前記排気還流量制御弁の開度を制御する排気
   還流量制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気還
   流制御装置。
2. （２）前記発生熱量パラメータ演算手段で演算される発
   生熱量に相関するパラメータが熱発生率であることを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関の排気還流制御装置。
3. （３）前記発生熱量パラメータ演算手段が、圧縮行程中
   の点火前に前記筒内圧検出手段で検出された筒内圧に基
   づいて発生熱量に相関するパラメータを演算するよう構
   成されたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに
   記載の内燃機関の排気還流制御装置。
4. （４）前記発生熱量パラメータ演算手段が、燃焼中に前
   記筒内圧検出手段で検出された筒内圧に基づいて発生熱
   量に相関するパラメータを演算するよう構成されたこと
   を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機
   関の排気還流制御装置。
5. （５）前記発生熱量パラメータ演算手段で演算される発
   生熱量に相関するパラメータが機関運転条件に応じた目
   標値に対して所定以上の偏差を有しているときに排気還
   流制御系の異常判定を下す発生熱量による異常判定手段
   を設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４のい
   ずれかに記載の内燃機関の排気還流制御装置。
6. （６）前記排気還流量制御手段により制御された排気還
   流制御弁の制御量が所定範囲を越えているときに排気還
   流制御系の異常判定を下す制御量による異常判定手段を
   設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５の
   いずれかに記載の内燃機関の排気還流制御装置。