JPH05312110A - 内燃機関の排気還流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステップモータ２７により排気還流率を可変
制御する形式のものにおいて問題となる吸入空気量の小
さい領域での精度低下を防止する。 【構成】 排気還流通路１６を排気還流制御弁１９が開
閉する。負圧制御弁２２は、排気圧力に応じて負圧を調
整し、排気還流率を制御する。負圧制御弁２２の制御特
性は、ステップモータ２７により可変制御でき、排気還
流率を任意に制御できる。吸入空気量が大きい領域で
は、所定のデータテーブルに基づいてステップモータ２
７のステップ数が決定され、オープンループ制御され
る。吸入空気量が小さい領域では、圧力センサ２５にて
検出される排気圧力が目標値となるようにステップモー
タ２７がクローズドループ制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用機関等の内
燃機関における排気還流制御装置に関し、特に排気還流
率をステップモータにより任意に可変制御し得るように
した排気還流制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気の一部を吸気通路に還流してＮＯｘ
等の低減を図る排気還流装置においては、排気還流率の
制御が排気浄化性能や機関の運転性の確保の上で重要で
ある。

【０００３】そこで、本出願人は、排気還流率をステッ
プモータによりきめ細かく制御できるようにした排気還
流制御装置を既に提案している（実開平１−１３００５
８号公報等）。これは、排気還流通路に介装されたダイ
ヤフラム式の排気還流制御弁と、この排気還流制御弁の
負圧室に導入される信号負圧を大気により適宜に希釈し
て排気還流量を制御する負圧制御弁と、この負圧制御弁
の制御特性を可変制御するステップモータとから構成さ
れている。上記負圧制御弁は、排気還流制御弁上流側の
排気圧力が導入される排圧室と大気圧室とがダイヤフラ
ムにて隔成されているとともに、このダイヤフラム上の
弁体に対向して大気圧室内に大気導入ポートが設けられ
ており、この大気導入ポートが排気還流制御弁の負圧通
路に連通している。つまり、排気圧力が低下すると大気
導入ポートが開かれて負圧通路に大気が導入され、負圧
が弱くなって排気還流が減少する。また排気圧力が上昇
すると大気導入が遮断され、負圧が強まって排気還流が
増加しようとする。そして、上記ステップモータは、ス
プリングを介して負圧制御弁のダイヤフラムに付与する
荷重を変化させる構成となっている。従って、該ステッ
プモータの位置によって、排気圧力等のバランスする点
が変化し、排気還流率を所望の特性に容易に制御でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ステップモータの分解能、つまり１ステ
ップで変化する排気還流率の幅が、図７に示すように、
機関吸入空気量Ｑａの大きな領域では小さく、かつ吸入
空気量Ｑａの減少に伴い急激に大きくなる。従って、ス
テップモータを所定のデータテーブルに基づいてオープ
ンループ制御したとすると、吸入空気量Ｑａの小さな領
域で精度が低下し易くなる傾向がある。つまり、吸入空
気量Ｑａの小さな領域で十分な精度を保つためには、ス
テップ数と排気圧力との関係等を厳しく管理する必要が
あり、精度管理が難しくなる、という不具合があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の排気還流制御装置は、図１に示すように、負圧室に導
入される信号負圧によって作動し、排気還流通路を開閉
するダイヤフラム式排気還流制御弁１と、上記排気還流
制御弁１上流の排気圧力に応じて大気導入ポートを開閉
し、上記信号負圧を大気により希釈して排気還流量を制
御する負圧制御弁２と、この負圧制御弁２のダイヤフラ
ムに付与する荷重を変化させて該負圧制御弁２の制御特
性を可変制御するステップモータ３と、内燃機関の吸入
空気量を検出する吸入空気量検出手段４と、内燃機関の
回転数を検出する回転数検出手段５と、上記排気還流制
御弁１上流の排気圧力を検出する圧力センサ６と、上記
ステップモータ３の位置を、吸入空気量と機関回転数と
をパラメータとする所定のデータテーブルに基づいてオ
ープンループ制御する第１の制御手段７と、上記ステッ
プモータ３の位置を、上記圧力センサ６の検出圧力が目
標値と合致するようにクローズドループ制御する第２の
制御手段８と、主に吸入空気量に基づき、第１の制御手
段７あるいは第２の制御手段８を選択する選択手段９
と、を備えたことを特徴としている。

【０００６】

【作用】吸入空気量が大きい運転領域では、選択手段９
によって第１の制御手段７が選択され、ステップモータ
３のオープンループ制御が実行される。つまり所定のデ
ータテーブルによって与えられるステップ数にステップ
モータ３が制御され、これに対応した排気還流率が得ら
れる。この吸入空気量が大きい運転領域では、ステップ
モータ３の１ステップで変化する排気還流率の幅が十分
に小さいので、精度良く排気還流率を制御できる。

【０００７】これに対し、吸入空気量が小さい運転領域
では、選択手段９によって第２の制御手段８が選択さ
れ、ステップモータ３のクローズドループ制御が実行さ
れる。つまり排気還流制御弁１上流の排気圧力が目標値
となるようにステップモータ３が制御され、これに対応
した排気還流率が得られる。この吸入空気量が小さい運
転領域では、ステップモータ３の１ステップで変化する
排気還流率の幅が大きくなるが、圧力センサ６の検出に
基づくクローズドループ制御とすることにより十分な精
度が得られる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【０００９】図２は、この発明に係る排気還流制御装置
の一実施例を示す構成説明図であって、内燃機関１１の
吸気通路１２にスロットル弁１３が介装されているとと
もに、これより上流側に、吸入空気量Ｑａを検出する例
えば熱線式のエアフロメータ１４が配置されている。ス
ロットル弁１３には、その開度を検出するスロットル開
度センサ１５が設けられている。

【００１０】排気還流通路１６は、内燃機関１１の排気
通路１７から吸気通路１２のスロットル弁１３下流側例
えばコレクタ部１２ａにまたがって形成されており、そ
の通路途中にはオリフィス１８が設けられている。また
還流排気の出口部となるコレクタ部１２ａ近傍にダイヤ
フラム式の排気還流制御弁１９が介装されている。

【００１１】この排気還流制御弁１９の負圧室１９ａに
は、負圧通路２０を介して信号負圧、例えば機関のスロ
ットル弁１３全閉位置近傍に開口した所謂ＶＣホール２
１における負圧が導入されるようになっている。また、
負圧通路２０には後述する負圧制御弁２２の大気導入通
路２３が接続されており、この負圧制御弁２２で大気を
導入して信号負圧を希釈することによって、上記排気還
流制御弁１９の開度が制御される。負圧制御弁２２の排
圧室２４には、排気還流通路１６の排気還流制御弁１９
上流における排気圧力Ｐ２が導入されている。そして、
この排気圧力Ｐ２を直接検出するように、圧力センサ２
５が設けられている。

【００１２】上記圧力センサ２５等のセンサ類の検出信
号は、コントロールユニット２６に入力されており、該
コントロールユニット２６が出力する制御信号によって
負圧制御弁２２のステップモータ２７の位置が制御され
ている。尚、２８は機関の冷却水温を検出する水温セン
サ、２９は車速を検出する車速センサ、３０は変速機の
ニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチであ
る。また、３１は機関回転数を検出するクランク角セン
サを示している。

【００１３】図３は、上記負圧制御弁２２の詳細を示す
もので、この負圧制御弁２２は、排気圧力Ｐ２に応じた
基本的な負圧制御を司る下部のダイヤフラム弁部３２
と、その制御特性をさらに所望の特性に変化させるため
の上部のステップモータ２７とから大略構成されてい
る。

【００１４】上記ダイヤフラム弁部３２は、ケーシング
３３内部に配設されたダイヤフラム３４を主体としてお
り、このダイヤフラム３４によって、下部に排圧室２４
が、上部に大気圧室３５が夫々隔成されている。上記ダ
イヤフラム３４には、排圧室２４内に圧縮状態で配設さ
れたセットスプリング３６によって所定のセット荷重が
付与されており、かつその大気圧室３５側に弁体３７が
取り付けられている。そして、大気圧室３５内には、上
記弁体３７に対向して大気導入ポート３８が形成されて
いる。この大気導入ポート３８は、前述した大気導入通
路２３に連通している。

【００１５】一方、ステップモータ２７は、ケーシング
３９に固定された一対のステータ４０と、ベアリング４
１，４２を介して回転自在に支持されたロータ４３とを
有している。このステップモータ２７は、ステータ４０
のコイルに所定のパルス信号を印加することで回転角が
ステップ的に制御されるもので、例えば４ステップでロ
ータ４３が一回転する構成となっている。また上記ロー
タ４３は円筒状をなし、その内周面に雌ねじ４４が形成
されている。

【００１６】４５はケーシング３９のベアリング４２内
周側に固定されたガイド部材、４６は上記ガイド部材４
５によって非回転かつ軸方向に摺動可能にガイドされた
プランジャであって、このプランジャ４６は、上部に雄
ねじ４７が形成されており、これが上記ロータ４３の雌
ねじ４４に螺合している。つまり、このプランジャ４６
は、ステップモータ２７の回転角に応じて軸方向に直線
運動する構成となっている。また、上記プランジャ４６
の下端部には、円盤状のスプリングシート４８が固定さ
れている。

【００１７】また４９は、上記プランジャ４６の作動を
上記ダイヤフラム３４に伝達する中間部材を示してい
る。この中間部材４９は、円盤状のスプリングシート部
４９ａと、スプリングシート部４９ａの一側部からプラ
ンジャ４６軸方向に延びたプッシュロッド部４９ｂとか
らなり、上記プッシュロッド部４９ｂがケーシング３３
の大気圧室３５上面部分を貫通して配設されている。そ
して、上記スプリングシート部４９ａと上記スプリング
シート４８との間には補助スプリング５０が圧縮状態で
配設されており、これによって中間部材４９のプッシュ
ロッド部４９ｂ先端がダイヤフラム３４上面のリテーナ
５１に圧接している。

【００１８】上記負圧制御弁１のステップモータ２７
は、上述したように４ステップで１回転するものであ
り、また、例えば０〜３２の３２ステップに作動範囲が
定められている。

【００１９】図３は、上記ステップモータ２７のステッ
プ数が適宜な中間値にある状態を示しており、プランジ
ャ４６先端と中間部材４９とはある程度離れている。こ
の状態では、ダイヤフラム３４には排気圧力Ｐ２と大気
圧との差圧が作用するとともに、セットスプリング３６
によって閉方向へ付勢され、かつ補助スプリング５０に
よって開方向へ付勢されている。従って、両スプリング
３６，５０の付勢力によって定まる圧力（開弁圧）より
も排気圧力が低くなると大気導入ポート３８が開放さ
れ、かつそれよりも排気圧力Ｐ２が高くなると大気導入
ポート３８は閉じられる。そのため、信号負圧として用
いられる負圧が一定であると仮定すれば、排気圧力Ｐ２
の上昇にともなって大気導入量が減少し、排気還流制御
弁１９の開度は増大することになる。

【００２０】ここで、上記補助スプリング５０の付勢力
は、該補助スプリング５０の上端を支持するスプリング
シート４８の位置に応じて変化するので、ステップモー
タ２７が回転してスプリングシート４８が上方に移動す
ると上記開弁圧は低下し、逆にスプリングシート４８が
下方に移動すると上記開弁圧は上昇する。すなわち、ス
テップモータ２７の回転角制御によって大気導入ポート
３８の開閉特性を補正でき、これによって最終的な排気
還流量特性を所望の特性に得ることが可能となってい
る。

【００２１】次に、図４は、上記ステップモータ２７の
制御の内容を示すフローチャートであり、以下、このフ
ローチャートに基づいて上記実施例の作用を説明する。
尚、このフローチャートに示すルーチンは一定時間毎に
繰り返し実行される。

【００２２】先ず、ステップ１では、機関吸入空気量Ｑ
ａ，機関回転数Ｎ等の運転状態の検出を行う。次に、ス
テップ２で、検出した運転状態から排気還流を行うべき
運転領域であるか否かを判定する。これは、例えば図５
に示すような吸入空気量Ｑａと機関回転数Ｎとに基づく
領域判定によってなされ、排気還流をオープンループ制
御で行う領域Ａと、排気還流をクローズドループ制御で
行う領域Ｂと、排気還流を行わない領域Ｃとに分類す
る。この例では、領域Ａと領域Ｂとは単に所定の吸入空
気量Ｑａ１において分けられているが、他の条件を加味
して両者を仕切るようにしても良い。尚、冷却水温が低
いような場合には、運転領域に拘わらず排気還流停止条
件となる。

【００２３】排気還流を行わない領域Ｃであった場合に
は、ステップ３に進み、タイマＴをリセットするととも
に、ステップ４で排気還流の停止を行う。具体的には、
大気導入ポート３８が常時開状態となる位置にステップ
モータ２７を制御する。

【００２４】運転状態で領域Ａであった場合には、ステ
ップ２からステップ５へ進み、運転状態に対応したステ
ップ数の検索を行う。すなわち、予め吸入空気量Ｑａと
機関回転数Ｎとをパラメータとするステップ数のデータ
テーブルが与えられており、そのときの運転状態に対応
するステップ数が該データテーブルに基づいて設定され
る。尚、このステップ数は、車速等の条件によっても異
なった値となる。そして、ステップ６でタイマＴをリセ
ットする。

【００２５】従って、この領域Ａでは、データテーブル
に基づいて決定されたステップ数によってステップモー
タ２７が直接に制御され、オープンループ制御となる。

【００２６】一方、運転状態が低吸入空気量領域の領域
Ｂであった場合には、ステップ２からステップ７以降へ
進む。ステップ７，８は、ステップ数の変化が少なくと
も一定期間Ｔ１は生じないようにして微小間隔でのチャ
タリングを防ぐようにしたもので、タイマＴを順次イン
クリメントし（ステップ７）、これがＴ１（ステップ
８）に達した場合にのみステップ９へ進む。ステップ９
では、圧力センサ２５によって検出された実際の排気圧
力Ｐ２を読み込む。またステップ１０では、そのときの
運転状態に対応する排気圧力目標値Ｐ２Ｂを所定のデー
タテーブルに基づいて決定する。この排気圧力目標値Ｐ
２Ｂは、例えば吸入空気量Ｑａと機関回転数Ｎとをパラ
メータとして設定される。そして、ステップ１１で、排
気圧力Ｐ２と排気圧力目標値Ｐ２Ｂとの偏差ＤＰを求
め、該偏差ＤＰが所定値ＤＰ１以上であった場合には、
ステップモータ２７のステップ数を現在位置よりも１ス
テップだけ進める（ステップ１２，１３）。また、偏差
ＤＰが所定値ＤＰ２以下（但し、ＤＰ２は負の値）であ
った場合には、ステップモータ２７のステップ数を現在
位置よりも１ステップだけ戻す（ステップ１４，１
５）。最後に、タイマＴをリセットする（ステップ１
６）。尚、偏差ＤＰがＤＰ１〜ＤＰ２の間にあれば、ス
テップ数は変化しない。

【００２７】従って、この領域Ｂでは、排気圧力目標値
Ｐ２Ｂに沿ったクローズドループ制御によってステップ
モータ２７の位置が制御される。

【００２８】上記のようにステップモータ２７の制御を
切り換えることによって、排気還流率の設定誤差は最大
でも図６に実線で示す特性のようになる。すなわち、オ
ープンループ制御の場合、１ステップに対する変化代の
増大に伴って低吸入空気量側で誤差が大きくなり、破線
のように許容誤差を越えてしまう虞れがあるが、所定の
吸入空気量Ｑａ１以下でクローズドループ制御に切り換
えれば、吸入空気量Ｑａに無関係に圧力センサ２５自体
の検出誤差によって最大誤差が定まる。従って、許容誤
差内に収めることが容易となる。また吸入空気量Ｑａの
大きな領域では、オープンループ制御とすることで圧力
センサ２５の誤差の影響を受けないので、図示するよう
に、精度を高めることができる。尚、領域Ａ，Ｂを仕切
る吸入空気量Ｑａ１は、図５のように、オープンループ
制御による最大誤差のラインとクローズドループ制御に
よる最大誤差（圧力センサ２５の最大誤差）のラインと
が交差する点に設定すれば、最も誤差が少なくなる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気還流制御装置によれば、排気還流
率を可変制御するステップモータの位置制御を、所定の
データテーブルに基づくオープンループ制御と、圧力セ
ンサを用いた排気圧力検出値に基づくクローズドループ
制御とに切り換えるようにしたので、吸入空気量の小さ
な領域での精度低下を防止でき、排気還流率のばらつき
による運転性悪化や排気浄化性能の低下を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気還流制御装置の構成を示す
クレーム対応図。

【図２】この発明に係る排気還流制御装置の一実施例を
示す構成説明図。

【図３】ステップモータを内蔵した負圧制御弁の断面
図。

【図４】この実施例のステップモータの制御を示すフロ
ーチャート。

【図５】各制御領域を示す特性図。

【図６】この実施例における排気還流率設定誤差の特性
を示す特性図。

【図７】ステップモータの１ステップで変化する排気還
流率の変化幅（分解能）を示す特性図。

【符号の説明】

１…排気還流制御弁 ２…負圧制御弁 ３…ステップモータ ４…吸入空気量検出手段 ５…回転数検出手段 ６…圧力センサ ７…第１の制御手段 ８…第２の制御手段 ９…選択手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負圧室に導入される信号負圧によって作
   動し、排気還流通路を開閉するダイヤフラム式排気還流
   制御弁と、上記排気還流制御弁上流の排気圧力に応じて
   大気導入ポートを開閉し、上記信号負圧を大気により希
   釈して排気還流量を制御する負圧制御弁と、この負圧制
   御弁のダイヤフラムに付与する荷重を変化させて該負圧
   制御弁の制御特性を可変制御するステップモータと、内
   燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、上記排
   気還流制御弁上流の排気圧力を検出する圧力センサと、
   上記ステップモータの位置を、吸入空気量と機関回転数
   とをパラメータとする所定のデータテーブルに基づいて
   オープンループ制御する第１の制御手段と、上記ステッ
   プモータの位置を、上記圧力センサの検出圧力が目標値
   と合致するようにクローズドループ制御する第２の制御
   手段と、主に吸入空気量に基づき、第１の制御手段ある
   いは第２の制御手段を選択する選択手段と、を備えたこ
   とを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。