JPH06103010B2 - 車両用内燃機関の排気還流制御装置 - Google Patents

車両用内燃機関の排気還流制御装置

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JPH06103010B2
JPH06103010B2 JP61253744A JP25374486A JPH06103010B2 JP H06103010 B2 JPH06103010 B2 JP H06103010B2 JP 61253744 A JP61253744 A JP 61253744A JP 25374486 A JP25374486 A JP 25374486A JP H06103010 B2 JPH06103010 B2 JP H06103010B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、車両用内燃機関の排気還流の制御装置に係
り、特に内燃機関の運転性を損なうことなく、排気ガス
中のNOxの放出量を低下させることができる排気還流制
御装置に関するものである。
従来技術 内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分中の一成
分であるNOxを低減するために、排気ガスの一部を吸気
系に還流させて吸入混合気に混入させる排気再循環(EG
R)が広く適用されていた。
排気還流を或る限度迄行うと、燃焼温度の低下による比
熱比の増大や、吸気圧力上昇によるポンプ損失の減少な
どのために、NOx排出量が低下するのみならず燃費も向
上する。
その反面、排気還流率が或る限度を越えると、NOx排出
量は低下するものの、運転性が低下する。
また市街地は自動車の走行密度が高くかつ人家が密集し
ているので、市街地走行状態では、NOx排出量規制が厳
しく求められ、この規制に適合するため、実公昭56-234
78号公報および特開昭53-1718号公報に示されるよう
に、市街地を走行する低速走行状態においては排気還流
を増量し、人家がまばらな郊外では、排気還流を減量ま
たは遮断する排気還流制御装置が提案されていた。
発明が解決しようとする問題点 ところが、人口密度が高く、かつ自動車の普及率が高
く、しかも降雨量が比較的少ないヨーロッパ等において
は、NOx,SOx等による酸性雨等の公害が発生し、この面
からも郊外走行といえども、NOx発生をできるだけ抑制
する必要性が高くなった。
問題点を解決するための手段および作用効果 本発明は、このような要求に適合しうる車両用内燃機関
の排気還流制御装置の改良に係り、車両の走行状態を判
別して排気還流量を制御する装置において、排気還流調
整手段と、第1の車速以下で走行する低速走行状態、該
第1の車速を越え該第1の車速より高速の第2の車速以
下で走行する中速走行状態、および該第2の車速を越え
て走行する高速走行状態のいずれの走行状態で車両が走
行しているかを判別する車速判別手段と、吸気絶対圧が
基準圧力値よりも大きいか小さいかを判別する吸気圧判
別手段と、単位時間当りの車速変化量が基準値よりも大
きいか小さいかを判別する車速変化量判別手段と、前記
車速判別手段によって低速走行と判別された場合、また
は前記車速判別手段によって中速走行と判別されかつ前
記吸気圧判別手段によって吸気絶対圧が前記基準圧力値
よりも高くて高負荷と判別された場合、もしくは前記車
速判別手段によって高速走行と判別されかつ前記車速変
化量判別手段によって単位時間当りの車速変化量が小さ
いと判別された場合に、前記排気還流調整手段を排気還
流量大に動作させ、前記車速判別手段によって中速走行
と判別されかつ前記吸気圧判別手段によって吸気絶対圧
が前記基準圧力値よりも低くて低負荷と判別された場
合、または前記車速判別手段によって高速走行と判別さ
れかつ前記車速変化量判別手段によって単位時間当りの
車速変化量が大きいと判別された場合に、前記排気還流
調整手段を排気還流量小に動作させる制御手段とからな
ることを特徴とするものである。
本発明は前記したように構成されているので、第1の車
速以下の低速で走行する市街地では、前記制御手段によ
って前記排気還流調整手段が排気還流量大に動作し、排
気還流量が増大してNOx発生が抑制される。
また本発明において、第1の車速を越え、該第1の車速
より高速の第2の車速以下で走行する中速走行で吸気絶
対圧が基準圧力値より大きくて吸入混合気量が多く、燃
焼温度が高くてNOxが発生し易くかつ運転性をそれ程高
く要求されない運転状態では、前記したと同様に、排気
還流量増大によってNOxの発生が抑制される。
さらに本発明では、第1の車速を越え該第1の車速より
高速の第2の車速以下で走行する中速走行で吸気絶対圧
が基準圧力値より小さくて吸入混合気量がそれ程大くな
く燃焼温度が低くてNOx発生が少ない運転状態におい
て、前記制御手段によって前記排気還流調整手段が排気
還流量小に動作し、排気還流量が少なくなって、運転性
が損なわれない。
さらにまた本発明においては、第2の車速を越えかつ単
位時間当りの車速変化量が小さな定常高速走行で高い運
転性を要求されない状態で、排気還流量が大きくて、NO
x発生量が抑制される。
しかも本発明では、第2の車速を越えかつ単位時間当り
の車速変化量が大きな高速加減速走行で、排気還流量が
低下して、運転性の向上が可能となる。
このように本発明では、低速の市街地走行状態のみなら
ず、中速域で、NOxの発生し易い高負荷運転、および郊
外走行の高速かつ定速走行状態においては、排気還流量
の増大によってNOx発生をできるだけ抑制することがで
きる。
実施例 以下図面に図示された本発明の一実施例について説明す
る。
1は4気筒自動車用ガソリンエンジンである内燃機関で
あり、内燃機関1の吸気管2には、スロット弁3が介装
され、このスロット弁3にはスロットル弁開度センサ4
が付設されており、スロット弁3の弁開度が電気的に検
出されて、この電気信号は電子コントロールユニット
(以下これをECUと称す)5に送信されるようになって
いる。
また吸気管2においては、スロット弁3の直ぐ下流側に
管6を介してPBセンサ7が接続されており、このPBセン
サ7によって電気的に検出された吸気管内絶対圧信号P
BAはECU5に送られるようになっている。
さらに内燃機関1に機関回転数センサ8および冷却水温
度センサ9が付設されており、機関回転数センサ8およ
び冷却水温度センサ9によって電気的に検出された機関
回転数Neおよび冷却水温度TwがECU5に送信されるように
なっている。
さらにまた図示されない自動車に車速センサ10が設けら
れており、この車速センサ10によって電気的に検出され
た車速VはECU5に送られるようになっている。
また内燃機関1の排気管11には三元触媒12が介装されて
おり、内燃機関1は図示されないO2センサからの検出信
号を受けて動作するECU5の制御信号により理論空燃比で
もって運転され、内燃機関1より排気管11に排出された
排気ガス中のCO,HC,NOxが三元触媒12でもって除去され
るようになっている。
さらに吸気管2と排気管11は排気還流通路13でもって相
互に連通され、この排気還流通路13に排気還流弁14が介
装されている。
しかして排気還流弁14は負圧応動弁であって、主とし
て、排気還流通路13を開閉自在に配置された弁体14a
と、電磁弁17により導入された負圧により動作し、弁体
14aを開閉させるダイアフラム14bと、ダイアフラム14b
を閉弁方向へ付勢するバネ14cとよりなっている。
またダイアフラム14bにより区劃された負圧室14dは連通
路15を介して吸気管2に連通され、その連通路15中に
は、負圧室14d寄りにオリフィス16、吸気管2寄りに三
方電磁弁17が介装されており、電磁弁17がECU5からの制
御信号により動作された状態では、吸気管2内の負圧が
負圧室14dに導入されて、排気還流弁14が開放されるよ
うになっており、電磁弁17が不動作状態では大気圧が絞
り17′を介して負圧室14dに導入されて、排気還流弁14
が閉弁されるようになっている。
さらに排気還流弁14には弁リフトセンサ18が付設されて
おり、排気還流弁14の弁リフト量が弁リフトセンサ18に
よって検出され、ECU5にその電気的検出信号が送信され
るようになっている。
また第2図は第1図におけるECU5のブロック図で、ECU5
は、中央処理装置(以下「CPU」と称す)501、RAM502、
ROM503、入力カウンタ504、A/Dコンバータ505、I/Oポー
ト506、信号処理回路510、駆動回路511よりなり、これ
らCPU501、RAM502、ROM503、入力カウンタ504、A/Dコン
バータ505、I/Oポート506は、データバス507、アドレス
バス508、コントロールバス509を介して相互に接続され
ている。
さらに機関回転数センサ8は入力カウンタ504に接続さ
れ、スロットル弁開度センサ4、PBセンサ7、冷却水温
度センサ9、車速センサ10、弁リフトセンサ18は信号処
理回路510を介してA/Dコンバータ505に接続され、電磁
弁17は駆動回路511を介してI/Oポート506に接続されて
おり、CPU501はスロットル弁開度センサ4、PBセンサ
7、冷却水温度センサ9、車速センサ10および弁リフト
センサ18の電気信号を信号処理回路510、A/Dコンバータ
505を経てデータバス507を介し入力するとともに、機関
回転数センサ8の電気信号を入力カウンタ504を経てデ
ータバス507を介し入力し、ROM503に記憶されている後
記排気還流弁14の弁開度目標値 LCOMの演算プログラム等に従い、内燃機関1の運転状態
を後で説明するように判別し、この判別した運転状態に
対応し、排気還流弁14の弁開度目標値LCOMを3段階のL
COMH,LCOML,LCOMC(=0)に設定するようになってい
る。
しかもCPU501は弁リフトセンサ18により検出された実弁
開度値LACTと弁開度目標値LCOMとの偏差δ(LACT
LCOM)を演算し、この偏差δが零となるように電磁弁17
の開弁デューティ比Dを設定し、このデューティ比Dで
もって電磁弁17を動作させる電気制御信号をデータバス
507を経てI/Oポート506、駆動回路511を介し電磁弁17に
供給するようになっている。
次に排気還流弁14の弁開度目標値LCOMの演算プログラム
を第3図および第4図のフローチャートに従って説明す
る。
ECU5において、内燃機関1の作動のためにイグニッショ
ンスイッチをONすると、タイマー等によって100mmsecご
とに起動する第3図に図示のルーチンでもって、冷却水
温度Tw、車速V、給気管内絶対圧PBA、機関回転数Ne、
スロットル弁開度θthをまず読込み、次にERGサブルー
チンに入り、次に他の制御ルーチンに入って終了する。
またERGサブルーチンは第4図に図示されるように実行
される。
まず内燃機関1の始動後、ステップにおいて、CPU501
は冷却水温度センサ9によって検出された冷却水温度Tw
がERGをカットすべき温度TEGR(例えば70℃)よりも高
いか低いかを判別し、冷却水温度TwがTEGR以下の温度状
態ではステップに進み、排気還流弁14の弁開度目標値
LCOMをLCOMC=0に設定し、電磁弁17の開弁デューティ
比Dが0となるように、電磁弁17の電気制御信号を0と
する。
ステップで、冷却水温度TwがTEGRを越えた温度状態に
ある場合、ステップに進み、車速Vが排気還流量を大
にすべきV1(例えば17Km/H)よりも高いか低いかを判別
し、車速VがV1より小さい状態では、ステップに進
む。
内燃機関1の始動後では、ステップにて、タイマーT1
は0であるので、ステップに進み、排気還流弁14の弁
開度目標値LCOMをLCOMHに設定し、弁リフトセンサ18に
より検出された排気還流弁14の実弁開度値LACTを弁開度
目標値LCOMHに一致させるように、電磁弁17の開弁デュ
ーティ比Dを大きな値に設定する。この結果、電磁弁17
の開弁時間が長くなって、吸気管2内の吸気管内負圧が
排気還流弁14の負圧室14dに導入される度合が増え、負
圧室14dの小さい圧力(絶対圧で)により排気還流弁14
は大きな弁開度目標値LCOMHに開かれ、EGR量が大とな
る。
ステップにおいて、車速VがV1よりも大きい場合に
は、ステップに進み、車速VがV2(例えば45Km/H)よ
りも大きいか否かを判別し、車速VがV2より小さい状態
では、ステップに進む。
ステップにおいて、吸気管内絶対圧PBAが小さなEGRを
行うべきか否かの基準圧力PEGR(例えば絶対圧で370mmH
g)よりも大きいか小さいかの判別をCPU501が行い、吸
気管内絶対圧PBAが基準圧力PEGRよりも大きい状態で
は、ステップを経てステップに進み、前記したと同
様な動作を行う。
またステップにおいて吸気管内絶対圧PBAが基準圧力P
EGRよりも小さい状態では、ステップに進んで、タイ
マーT1にTDRY(=1.0Sec)を設定し、ステップに進
む。この状態ではタイマーT2は0であるので、ステップ
に進み、排気還流弁14の弁開度目標値LCOMをLCOML
設定し、弁リフトセンサ18により検出された排気還流弁
14の実弁開度値LACTを弁開度目標値LCOMLに一致させる
ように、電磁弁17の開弁デューティ比Dを小さな値に設
定する。この結果、電磁弁17の開弁時間が短くなって、
吸気管2内の吸気管内負圧が排気還流弁14の負圧室14d
に導入される度合が減り、負圧室14dの比較的大きな圧
力(絶対圧で)により排気還流弁14は小さな弁開度目標
値LCOMLに開かれ、EGR量が小となる。
さらに自動車が加速されてステップにおいて車速Vが
V2より大きい場合では、ステップに進み、車速Vの1
秒当りの変化量ΔVの絶対値|ΔV|が基準値ΔVCR(=
1.0Km/H/sec)よりも大きいか小さいかを判別し、車速
Vの1秒当りの変化量の絶対値|ΔV|が基準値ΔVCR
り大きい状態即ち加減速状態では、ステップに進み、
前記したと同様にステップを経てステップに進み、
EGR量が小のままとなる。
さらにまた車速VがV2よりも大きく、その1秒当りの車
速変化量の絶対値|ΔV|が基準値ΔVCRよりも小さくな
る即ち定速状態になると、CPU501はステップにおい
て、タイマーT2にTHLD(=0.5Sec)を設定し、ステップ
に進む。この場合には、それ以前の状態において、ス
テップにてタイマーT1をTDRYに設定しているため、ス
テップで1秒当りの車速変化量の絶対値|ΔV|が基準
値ΔVCRよりも小さくなった瞬間からTDRY=1.0秒経過す
る迄は、ステップに進み、EGR量が小のままとなって
いるが、前記した瞬間からTDRY=1.0秒経過すると、タ
イマーT1は0となり、ステップに進み、EGR量が大に
変わる。
また車速VがV2よりも大きくその1秒当りの車速変化量
の絶対値|ΔV|が基準値ΔVCRよりも小さい状態におい
て、この車速変化量の絶対値|ΔV|が増大して基準値Δ
VCRよりも大きくなると、これ迄ステップからステッ
プ、、に進んで、EGR量が大になっていた状態か
ら、ステップからステップ、と切換り、この切換
った瞬間からTHLD=0.5秒経過する迄は、ステップに
進み、EGR量が大のままとなっているが、前記した瞬間
からTHLD=0.5秒経過すると、タイマーT2は0となり、
ステップに進み、EGR量は小に変わる。
このように図示の実施例では、第5図に図示されるよう
に、車速VがV1より小さく排気ガス規制の高い市街地走
行領域と、車速VがV2より小さくかつ吸気管内絶対圧P
BAが基準圧力PEGR(=370mmHg)以上であって吸入混合
気量が多く燃焼温度が高くてNOxが発生し易い領域とを
合せてハッチ で示された運転性をそれ程要求されない領域では、EGR
量は大きい。
また車速VがV1より大きくてV2よりも小さくかつ吸気管
内絶対圧PBAが基準圧力PEGR(=370mmHg)以下であって
吸入混合気量がそれ程多くなくて燃焼温度が低いため、
NOxが比較的少ない領域(ハッチなし)では、EGR量は小
さく、運転性を損なうことがない。
さらに車速VがV2より高速である領域(第5図でハッチ で示された部分)で、1秒当りの車速変化量の絶対値|
ΔV|がΔVCRよりも小さい場合、即ち定速走行状態で、
高い運転性を必要としない場合では、EGR量が大きくな
り、NOx発生量を抑制できる。
さらにまた車速VがV2より高速である領域で、1秒当り
の車速変化量の絶対値|ΔV|がΔVCRよりも大きい場
合、即ち加減速状態では、EGR量を小さくして運転性の
向上を図ることができる。
しかもステップ、でタイマーT1、T2をTDRY、THLDに設
定し、ステップ、でタイマーT1、T2がその設定時間
を経過したか否かの判断を行っているため、ステップ
、の切換え動作にヒステリシスを付与し、制御装置
を安定して動作させることができる。
前記実施例では、内燃機関1の運転状態が定常状態か過
渡状態かを判別するデータとして車速Vの1秒当りの変
化量の絶対値|ΔV|を用いたが、この代りにΔPBA(=1
00mmHg/sec)、Δθth(=2°/sec)、ΔNe(=100rpm
/sec)を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る車両用内燃機関の排気還流制御装
置の一実施例を図示した全体構成図、第2図はその電子
コントロールユニット内の回路構成の一例を説明したブ
ロック図、第3図は前記実施例のメインルーチンりフロ
ーチャート、第4図はそのEGRサブルーチンのフローチ
ャート、第5図は横軸に車速V、縦軸に吸気管内負圧P
BAを取って、内燃機関の運転状態を図示した説明図であ
る。 1……内燃機関、2……吸気管、3……スロットル弁、
4……スロットル弁開度センサ、5……ECU、6……
管、7……PBセンサ、8……機関回転数センサ、9……
冷却水温度センサ、10……車速センサ、11……排気管、
12……三元触媒、13……排気還流通路、14……排気還流
弁、14a……弁体、14b……ダイアフラム、14c……バ
ネ、14d……負圧室、14e……大気室、15……連通路、16
……オリフィス、17……電磁弁、18……弁リフトセン
サ、 501……CPU、502……RAM、503……ROM、504……入力カ
ウンタ、505……A/Dコンバータ、506……I/Oポート、50
7……データバス、508……アドレスバス、509……コン
トロールバス、510……信号処理回路、511……駆動回
路、 PBA……吸気管内絶対圧、Ne……機関回転数、Tw……冷
却水温度、V……車速、θth……スロットル弁開度。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の走行状態を判別して排気還流量を制
    御する装置において、 排気還流調整手段と、 第1の車速以下で走行する低速走行状態、該第1の車速
    を越え該第1の車速より高速の第2の車速以下で走行す
    る中速走行状態、および該第2の車速を越えて走行する
    高速走行状態のいずれの走行状態で車両が走行している
    かを判別する車速判別手段と、 吸気絶対圧が基準圧力値よりも大きいか小さいかを判別
    する吸気圧判別手段と、 単位時間当りの車速変化量が基準値よりも大きいか小さ
    いかを判別する車速変化量判別手段と、 前記車速判別手段によって低速走行と判別された場合、
    また前記車速判別手段によって中速走行と判別されかつ
    前記吸気圧判別手段によって吸気絶対圧が前記基準圧力
    値よりも高くて高負荷と判別された場合、もしくは前記
    車速判別手段によって高速走行と判別されかつ前記車速
    変化量判別手段によって単位時間当りの車速変化量が小
    さいと判別された場合に、前記排気還流調整手段を排気
    還流量大に動作させ、前記車速判別手段によって中速走
    行と判別されかつ前記吸気圧判別手段によって吸気絶対
    圧が前記基準圧力値よりも低くて低負荷と判別された場
    合、または前記車速判別手段によって高速走行と判別さ
    れかつ前記車速変化量判別手段によって単位時間当りの
    車速変化量が大きいと判別された場合に、前記排気還流
    調整手段を排気還流量小に動作させる制御手段とからな
    ることを特徴とする車両用内燃機関の排気還流制御装
    置。
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