JPH0586908A - 内燃機関の排圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】サージトルクの発生を抑止しつつ、ＨＣが再燃
焼されるように充填気中の既燃ガス割合を増大させ、Ｈ
Ｃ排出量を低減する。 【構成】排気圧力を検出するセンサを設けると共に、該
センサの下流側に排圧制御弁を介装する。ここで、所望
の既燃ガス割合に対応する目標排圧Ｐｔ及び排圧制御弁
を開閉駆動するサーボモータの基本制御電圧値Ｖref
を、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとに基づいて
設定する（Ｓ２，Ｓ３）。次に、センサで検出された実
際の排圧Ｐexが前記目標排圧Ｐｔに近づく方向に、基本
制御電圧値Ｖref の補正値Ｖhos を設定し（Ｓ４，Ｓ
５，Ｓ６）、基本制御電圧値Ｖrefに前記補正値Ｖhos
を加算して、最終的な制御電圧値Ｖを得る。そして、制
御電圧値Ｖをサーボモータに出力し、排圧制御弁の開度
を調整することで、既燃ガス割合（残留ガス割合）を運
転条件に応じた適正レベルに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排圧制御装置
に関し、詳しくは、排気圧力の制御を介してシリンダ内
における既燃ガス割合を制御するよう構成された装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気中の有害成分である窒素酸化
物ＮＯｘの生成を抑止しつつ、良好な燃費率を得る目的
で、排気の一部を吸気系に再循環させて、混合気の燃焼
速度及び最高温度を下げるよう構成されたＥＧＲ（Ｅxh
aust Ｇas Ｒecirculation）装置が、排気浄化対策の
１つとして用いられている。

【０００３】前記ＥＧＲ装置では、排気系と吸気系（吸
気弁下流側）とを連通接続する排気還流（ＥＧＲ）通路
を設けると共に、該排気還流通路にコントロールバルブ
を設け、該コントロールバルブの開度を機関回転速度や
機関負荷等の機関運転条件に応じて制御し、機関運転条
件に最も適した排気還流量が得られるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ＥＧＲ装置では、排気を吸気マニホールドの集合部より
も上流側に再循環させ、かかる再循環させた排気を吸気
マニホールドにより各気筒に分配する構成であるから、
各気筒別の排気還流量にばらつきを生じ易く、排気還流
量が過大となった気筒での失火発生により、サージトル
クの増大を招くことがあった。

【０００５】また、排気が吸気系に再循環されるまでの
間に冷え、この冷えた排気が吸気に混じることによって
着火性を悪化させるため、この点からもＥＧＲ装置によ
る排気還流に起因するサージトルクを増加させることに
なっていた（図７参照）。更に、上記ＥＧＲ装置では、
排気の一部を吸気系に還流させる構成ではあるが、排気
中のＨＣについては、これを吸気側に還流させることが
困難であり、既燃ガス割合を高めてもＨＣを低減させる
ことは困難であった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、既燃ガス割合の制御によってサージトルクの増大
を回避しつつ、ＨＣの再燃焼が図れる装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
図１又は図２に示すような構成の内燃機関の排圧制御装
置を提供する。図１において、排圧制御弁は、機関の排
気管に介装されて排気管の有効開口面積を可変制御する
ものであり、排圧制御手段は、運転条件検出手段で検出
された機関の運転条件に基づいて前記排圧制御弁を所定
開度に制御する。

【０００８】また、図２において、排圧制御弁は、機関
の排気管に介装されて排気管の有効開口面積を可変制御
する。また、目標排圧設定手段は、運転条件検出手段で
検出された機関の運転条件に基づいて目標の排気圧力を
設定する。そして、排圧フィードバック制御手段は、前
記排圧制御弁よりも上流側の排気管内における排気圧力
を検出する排圧検出手段で検出される排気圧力を、前記
目標の排気圧力に近づけるように前記排圧制御弁の開度
をフィードバック制御する。

【０００９】

【作用】かかる構成の排圧制御装置により、排気を吸気
系に再循環させる代わりに、排気圧力調整によってシリ
ンダ充填気中における既燃ガス割合を制御するものであ
り、機関の運転条件に基づいた所定開度に排圧制御弁を
制御することで、運転条件に対応した適当な既燃ガス割
合が得られるようにした。

【００１０】また、上記の排気圧力のフィードフォワー
ド制御では、大気圧変化があったときに所望の既燃ガス
割合を得られなくなるので、排気圧力を検出する検出手
段を設けて、排気圧力をフィードバック制御するよう構
成すると良い。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図３において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。そして、機関１からは、
排気マニホールド６，排気ダクト７，三元触媒８及びマ
フラー９を介して排気が排出される。

【００１２】コントロールユニット10は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
のセンサからの入力信号を受け、図示しない燃料噴射弁
の作動を制御すると共に、排気ダクト７に介装された排
圧制御弁11を開閉駆動するアクチュエータであるサーボ
モータ12を制御する。前記排圧制御弁11は、排気ダクト
（排気管）７の有効開口面積を、その開度に応じて調整
し得るバタフライ式の弁である。

【００１３】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中に熱線式等のエアフローメータ13が設けられていて、
機関１の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。ま
た、図示しないカム軸に付設されてクランク角センサ14
が設けられていて、所定クランク角回転毎に検出信号を
出力する。ここで、前記クランク角センサ14からの検出
信号に基づいて機関回転速度Ｎを算出することが可能で
ある。

【００１４】更に、機関１のウォータジャケット内の冷
却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられてい
る。また、前記排圧制御弁11よりも上流側の排気ダクト
７内での排気圧力を検出する排圧検出手段としての排圧
センサ16が設けられている。尚、上記エアフローメータ
13，クランク角センサ14が本実施例における運転条件検
出手段に相当する。

【００１５】ここで、コントロールユニット10によるサ
ーボモータ12（排圧制御弁11）の制御内容を、図４又は
図５のフローチャートに示すプログラムに従って説明す
る。本実施例において、目標排圧設定手段及び排圧フィ
ードバック制御手段としての機能は前記図４のフローチ
ャートに示すように、また、排圧制御手段としての機能
は図５のフローチャートに示すように、コントロールユ
ニット10がソフトウェア的に備えている。

【００１６】図４のフローチャートに示すプログラムに
おいて、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。
以下同様）では、排圧センサ16で検出された排圧をＰex
にセットする。次のステップ２では、クランク角センサ
14からの検出信号に基づき算出された機関回転速度Ｎ
と、この機関回転速度Ｎとエアフローメータ13で検出さ
れた吸入空気流量Ｑとに基づき算出される基本燃料噴射
量Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）と、に基づき区分さ
れる運転領域毎に予め目標排圧Ｐｔを記憶したマップを
参照し、現状の機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ
（機関負荷相当値）と（運転条件）に対応する目標排圧
Ｐｔを設定する。

【００１７】尚、コントロールユニット10は、燃料噴射
制御用として前記基本燃料噴射量Ｔｐを別のプログラム
に従って演算するようになっているので、かかる燃料噴
射制御用として設定されているものを前記ステップ２で
は参照すれば良い。また、前記基本燃料噴射量Ｔｐは、
水温センサ15で検出される冷却水温度Ｔｗ等に基づいて
適宜補正されて最終的な燃料噴射量Ｔｉが演算され、こ
の燃料噴射量Ｔｉに基づきコントロールユニット10は、
図示しない燃料噴射弁の作動を制御するようになってい
る。

【００１８】次のステップ３では、サーボモータ12に送
る制御電圧の基本値Ｖref を、やはり機関回転速度Ｎと
基本燃料噴射量Ｔｐとで区分される運転領域毎に記憶し
たマップを参照し、現状の運転条件に見合った前記基本
制御電圧値Ｖref を設定する。前記基本制御電圧値Ｖre
f は、かかる基本制御電圧値Ｖref に基づきサーボモー
タ12を駆動し排圧制御弁11を開閉制御したときに、基準
の大気圧状態で前記目標Ｐｔが略得られるように予め実
験によってマッチングされた値であり、サーボモータ12
に電圧が印加されていない状態では、図６に示すよう
に、排圧制御弁11は全開状態となり、印加電圧の増大に
応じて開度が絞られるようになっている。

【００１９】ステップ４では、ステップ２で設定した目
標排圧Ｐｔとステップ１で設定した実際の排圧Ｐexとを
比較する。ここで、目標排圧Ｐｔよりも実際の排圧Ｐex
が大きいと判別されたときには、ステップ５へ進み、前
記基本制御電圧値Ｖref に加算さる補正値Ｖhos を所定
値Ｉだけ減少することにより、最終的な制御電圧値Ｖが
前記所定値Ｉだけ減少補正されて、排圧制御弁11が開方
向、即ち、排圧減少方向に修正制御されるようにする。

【００２０】一方、ステップ４で、実際の排圧Ｐexが目
標排圧Ｐｔ以下であると判別されたときには、ステップ
６へ進み、前記基本制御電圧値Ｖrefに加算さる補正値
Ｖhos を所定値Ｉだけ増大することにより、最終的な制
御電圧値Ｖが前記所定値Ｉだけ増大補正されて、排圧制
御弁11が閉方向、即ち、排圧増大方向に修正制御される
ようにする。

【００２１】このように、実際の排圧Ｐexが目標排圧Ｐ
ｔに近づく方向に前記補正値Ｖhosを増減させると、次
のステップ７では、前記ステップ３で設定された基本制
御電圧値Ｖref に補正値Ｖhos を加算し、該加算結果を
最終的な制御電圧値Ｖとして設定する。そして、次のス
テップ８では、前記ステップ７で設定された制御電圧値
Ｖをサーボモータ12に出力して、前記制御電圧値Ｖ相当
の開度に排圧制御弁11が制御されるようにする。

【００２２】このように、図４のフローチャートに示す
プログラムでは、予め設定されている目標排圧Ｐｔに実
際の排圧Ｐexが一致するように排圧制御弁11の開度がフ
ィードバック制御されるようになっており、前記目標排
圧Ｐｔは、シリンダ充填気中の既燃ガス量の割合（残留
ガス割合）が運転条件毎に適当となるように予め設定さ
れている。

【００２３】即ち、排圧Ｐexを上昇させることで既燃ガ
ス割合が増大制御され、然も、かかる既燃ガス割合の増
大は、排気を吸気側に還流させる場合と異なって、残留
ガスの割合を高めることになるからＨＣを再燃焼させる
ことができ、大気中に排出されるＨＣを大幅に低減でき
るものてあり（図８参照）、前記既燃ガス割合の目標を
目標排圧Ｐｔに置き換えて制御させるようにしてある。

【００２４】ここで、本実施例のように排圧の制御によ
って既燃ガス割合を制御する構成であれば、排気を吸気
系に再循環させて前記既燃ガス割合を制御する場合のよ
うに、気筒間で既燃ガス割合に大きなばらつきが発生
し、特定気筒で既燃ガス割合が過大となって燃焼が極度
に不安定となることを抑止できる。また、排気を吸気系
に再循環させる場合には、再循環中に冷えた排気が吸気
に混入され、これにより着火性が悪化する場合がある
が、上記の排圧制御では、残留ガス量を制御するもので
あるから、既燃ガス割合の制御によって吸気温度を低下
させることがなく着火性の悪化を回避できる。

【００２５】従って、本実施例の排圧制御を介しての既
燃ガス割合の制御では、排気を吸気系に再循環させる場
合に比べ、燃焼性を安定させることができるから、サー
ジトルクの発生を抑止することができ、以て、既燃ガス
割合を増大させて前記ＨＣの低減効果を充分に発揮させ
ることができるものである（図７及び図８参照）。尚、
上記図４のフローチャートに示すプログラムでは、実際
の排圧Ｐexが目標排圧Ｐｔになるように排圧制御弁11の
開度がフィードバック制御されるから、前記基本制御電
圧値Ｖref の設定を行わなくても良い。しかしながら、
前記基本制御電圧値Ｖref を設定させる構成とすること
で、運転条件が変化するときのフィードバック制御の遅
れを補償することができる。

【００２６】ところで、上記のように、排圧をフィード
バック制御させれば、大気圧が変化しても所望の排圧
（既燃ガス割合）を維持できることになるが、簡易的に
は、排圧（排圧制御弁）の制御をフィードホワードによ
って行っても良い。かかるフィードホワード制御の例
が、図５のフローチャートに示してある。図５のフロー
チャートに示すプログラムにおいて、まず、ステップ11
で吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎとに基づいて基本燃
料噴射量Ｔｐ（機関負荷相当値）を演算し、次のステッ
プ12では、前記演算された基本燃料噴射量Ｔｐと機関回
転速度Ｎとに基づいて、サーボモータ12に送る制御電圧
値Ｖを設定する。ここでの制御電圧値Ｖは、図４のフロ
ーチャートのステップ３で設定される基本制御電圧値Ｖ
ref に相当するものであり、予め基準大気圧状態で運転
条件毎の目標排圧（既燃ガス割合）が得られるように設
定されたものである。

【００２７】そして、次のステップ13では、前記ステッ
プ12で設定された制御電圧値Ｖをサーボモータ12に出力
し、前記制御電圧値Ｖ相当の開度に排圧制御弁11を制御
する。上記のフィードホワード制御によれば、排圧セン
サ16が不要になると共に制御が簡素化されるが、前述の
ように、大気圧の変動に対応することができず、大気圧
が変化した場合には所望の既燃ガス割合が得られずに、
ＮＯｘ生成の増大や燃焼性の不安定化を招く惧れがある
ため、図４のフローチャートに示したフィードバック制
御の方が制御精度の点で好ましい選択である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、排
気を吸気側に還流させる排気還流と異なり、排圧制御に
よって既燃ガス割合（残留ガス割合）を調整するもので
あるから、ＨＣを再燃焼させることができ、ＨＣの排出
量を大幅に低減させることができる。然も、気筒間にお
ける既燃ガス割合のばらつきや吸気温度の低下を抑止し
つつ既燃ガス量を制御できるから、サージトルクの発生
を抑えた範囲内で既燃ガス割合を増大させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図３】実施例のシステム構成を示すシステム構成図。

【図４】排圧のフィードバック制御を示すフローチャー
ト。

【図５】排圧のフィードホワード制御を示すフローチャ
ート。

【図６】排圧制御弁の開度と制御電圧値Ｖとの関係を示
す線図。

【図７】ＥＧＲ率とサージトルク及び燃費率との関係を
示す線図。

【図８】従来の排気還流装置と同上実施例との効果の違
いを示す線図。

【符号の説明】

１ 機関 ７ 排気ダクト 10 コントロールユニット 11 排圧制御弁 12 サーボモータ 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 排圧センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気管に介装されて排気管の有効開
   口面積を可変制御する排圧制御弁と、 機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、 前記運転条件検出手段で検出された機関の運転条件に基
   づいて前記排圧制御弁を所定開度に制御する排圧制御手
   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圧制
   御装置。
2. 【請求項２】機関の排気管に介装されて排気管の有効開
   口面積を可変制御する排圧制御弁と、 機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、 該運転条件検出手段で検出された機関の運転条件に基づ
   いて目標の排気圧力を設定する目標排圧設定手段と、 前記排圧制御弁よりも上流側の排気管内における排気圧
   力を検出する排圧検出手段と、 該排圧検出手段で検出される排気圧力を前記目標排圧設
   定手段で設定された目標の排気圧力に近づけるように前
   記排圧制御弁の開度をフィードバック制御する排圧フィ
   ードバック制御手段と、 を含んで構成された内燃機関の排圧制御装置。