JPH07293349A

JPH07293349A - 内燃機関の排気還流制御装置

Info

Publication number: JPH07293349A
Application number: JP6091761A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shibata; 勇柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ＥＧＲ制御弁開度を必要ＥＧＲ量
を満たす最小のＥＧＲ制御弁開度とすることで、ＥＧＲ
制御弁の応答性を向上させることを目的とする。【構成】吸気通路１９と排気通路２０とを連通する排
気還流通路３３と、排気還流通路３３内に設けたＥＧＲ
制御弁３５と、実際のＥＧＲ量またはＥＧＲ率を検出す
る手段Ｍ１と、目標ＥＧＲ量または目標ＥＧＲ率とを記
憶する手段Ｍ２と、ＥＧＲ制御弁３５を制御する手段Ｍ
３とを有する内燃機関の排気還流制御装置において、目
標ＥＧＲ量または目標ＥＧＲ率に一致する最小のＥＧＲ
制御弁開弁量に制御する手段Ｍ４を設けたことを特徴と
する内燃機関の排気還流制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関から排出され
た排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管へ還流させる
制御を行う内燃機関の排気還流制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関に吸入される酸素や窒
素を含んだ吸気の内、酸素の量が多くなると急速に燃焼
が促進され燃焼温度が非常に高温になる。このとき、内
燃機関の燃焼室内では、高温高圧下で酸素と窒素が結合
してＮＯやＮＯ₂といった、所謂有害排出物ＮＯｘを生
成する。従来このＮＯｘを減少させる手段として、排気
還流（以下、ＥＧＲ）の制御を行う、排気還流制御装置
（以下、ＥＧＲ制御装置）が広く使用されている。この
ＥＧＲ制御装置とは、燃焼により酸素の消費が行われた
排気ガスを吸気経路に再循環させることにより、吸気中
の酸素量を低減し燃焼を緩慢にすることで燃焼温度を低
下させ、ＮＯｘの発生する環境を回避するものである。
このＥＧＲ制御装置の例として、特開平４─１７５４４
７号に開示された排気ガス還流制御装置がある。これ
は、目標ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率とが一致するように
ＥＧＲ制御弁を駆動することにより、実際のＥＧＲ率を
制御したものである。これにより、種々の運転状態に応
じた正確なＥＧＲ制御が行えるようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、ＥＧＲ制御弁は目標ＥＧＲ制御量さえ確保
していれば制御が終了することから、同じＥＧＲ量であ
っても弁開度がかなり開いたものまで、存在することが
分かった。つまり、同じＥＧＲ量であっても常に最小の
ＥＧＲ制御弁開弁開度量になるとは限らない。よって、
ＥＧＲ制御弁の開度が最小のＥＧＲ制御弁開度量より大
きい状態であって、ＥＧＲ制御弁の開度の変化に対し実
際のＥＧＲ量の応答が悪い状態が特にＥＧＲ制御弁開度
を減少させる場合に存在することが分かった。例えば、
急加速状態のようにＥＧＲ量を急激に減少するような変
化に対し、ＥＧＲ制御弁の開度が大きいとＥＧＲ率を制
御するＥＧＲ制御弁の閉弁側への駆動量が増加する。こ
のため、ＥＧＲ制御弁の変化に対してＥＧＲ量の応答が
追いつかず、ＥＧＲの還流率が所定量に制御されるのに
時間がかかるといった制御の遅れが生じるおそれがあっ
た。本発明は、ＥＧＲ制御弁開度を必要ＥＧＲ量が確保
できる最小のＥＧＲ制御弁開度とすることによりＥＧＲ
制御弁の閉弁側へ制御されるときの応答性を向上させる
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の手段は、図１の原理図に示される以下の構成
を備える。内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通する
排気還流通路と、排気還流通路内に設けたＥＧＲ制御弁
と、実際のＥＧＲ量またはＥＧＲ率を検出するＥＧＲ検
出手段Ｍ１と、運転状態に応じた目標ＥＧＲ量または目
標ＥＧＲ率を記憶する記憶手段Ｍ２と、ＥＧＲ検出手段
と記憶手段とからＥＧＲ制御弁を制御するＥＧＲ制御手
段Ｍ３とを有する内燃機関の排気還流制御装置におい
て、目標ＥＧＲ量または目標ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ量
またはＥＧＲ率とが一致する中で最小のＥＧＲ開弁量に
制御する最小開弁量制御手段Ｍ４を設けたことを特徴と
する。

【０００５】

【作用】本発明の排気還流制御装置は、常に必要最小の
ＥＧＲ制御弁開度となるようにＥＧＲ制御弁を制御す
る。よって、例えば急加速時等の急激な燃料増加時にＥ
ＧＲ率を低下させ吸入酸素量を増加させるためＥＧＲ制
御弁を閉駆動するにあたり、本発明によって必要最小の
ＥＧＲ制御弁開度に保たれていることから、実際に閉弁
駆動する駆動量は常に最小に維持される。つまり、ＥＧ
Ｒ制御弁を閉弁する駆動量が最小に維持されていること
から、閉弁信号を与えてから即座にＥＧＲ量が減少さ
れ、酸素濃度の高い新気が導入されるため、急加速状態
のようにＥＧＲ量を急激に減少するようなときにも酸素
不足による出力不足を解消することができる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。本発明の内燃機関の排気還流制御装置の第
一実施例として、ターボ付ディーゼルエンジンの排気還
流装置を挙げ、本第一実施例のシステム図を図２に示
す。エンジンＥｎには、冷却水温度を測定する水温セン
サ１とクランク角を測定するクランク角センサ２とが設
けられ、測定された信号をＥＣＵ３に入力するようにな
っている。また、インテークマニホールド４内に吸気温
度を測定する吸気温センサ５と、ターボチャージャー６
により過給された吸気の圧力を測定するターボプレッシ
ャーセンサ７と、アクセルペダル１０に応じてエンジン
Ｅｎに吸入される吸気量を制御する吸気絞り弁８の弁開
度を測定するスロットルポジションセンサ９が設けられ
ており、各センサからの信号をＥＣＵ３に入力するよう
になっている。

【０００７】また、エンジンＥｎの燃焼室１１内に設け
られた燃料噴射弁１２に燃料を供給するインジェクショ
ンポンプ１３には、燃料の温度を測定する燃温センサ１
４が設けられＥＣＵ３に信号を入力するようになってい
る。ここで、ＥＣＵ３において各センサにより測定され
た値を基に燃料噴射量を算出し、インジェクションポン
プ１３に算出された燃料噴射量に応じた信号を出力する
ことにより燃料噴射弁１２を通し燃焼室１１内に燃料を
噴射することとなる。機関冷間時等には、燃焼室１１内
に設けられたグロープラグ１５に図示しないバッテリー
から供給される電圧をかけることにより、グロープラグ
１５を加熱することによりエンジン始動性を良好にして
いる。

【０００８】燃焼された燃焼ガスは、エキゾーストマニ
ホールド１６を通り、排気系に設けられたターボチャー
ジャー６の排気タービン１７を回転させ、タービン１７
の同軸上に設けられ吸気系２０に設けられたコンプレッ
サ１８を駆動することにより、吸気を過給する。さらに
過給された吸気は、コンプレッサ１８下流側に設けられ
たインタークーラー２１により冷却され、前記インテー
クマニホールド４に送り込まれる。

【０００９】次に、インテークマニホールド４とエキゾ
ーストマニホールド１６との間を連通するＥＧＲ通路３
３について図３を用いて説明する。ＥＧＲ通路３３は、
最高燃焼温度を低減させ、排気ガス中に含まれるＮＯｘ
を低減するために、排気系２０から吸気系１９へＥＧＲ
ガスを還流する通路として設けられ、ＥＧＲ通路３３内
にはＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ制御手段であるＥＧＲ
制御弁３５が設けられている。ＥＧＲ制御弁３５は、Ｅ
ＧＲ通路３３を開閉する弁体４５と、弁体４５を駆動す
るダイヤフラム４３と、弁体４５を閉弁方向に付勢力を
与えるスプリング４６と、負圧を用いてダイヤフラム４
３を駆動する負圧室４４とからなっている。

【００１０】機関の運転状態に応じて、バキュームポン
プ３９に一端を開口する負圧通路４７により導かれた負
圧を、ＥＣＵ３の開弁信号を受け負圧通路４０、４７を
連通させる電磁弁４１を介して負圧通路４０に導くこと
により負圧室４４の圧力を低下させ、アクチュエーター
４２のダイヤフラム４３を駆動することにより弁体４５
を開弁駆動することとなる。このように、電磁弁４１を
デューティ制御することにより、ＥＧＲ制御弁３５も電
磁弁４１の開弁量に応じてデューティ制御されることに
より、所望のＥＧＲ量に制御することができる。

【００１１】ＥＣＵ３に予め設けておいたスロットルポ
ジションセンサ９とクランク角センサ２により定まる燃
料噴射量を記憶したマップＭＰ１を基に、スロットルポ
ジションセンサ９とクランク角センサ２の値をＥＣＵ３
に入力することにより、常に最適な燃料噴射量が燃料噴
射弁１５より燃焼室１１内に噴射されるようになってい
る。

【００１２】ＥＣＵ３に予め設けておいたＥＧＲ圧力セ
ンサ３７とクランク角センサ２により定まるＥＧＲ量に
応じたＥＧＲ制御弁４２の弁開度を記憶した記憶手段２
であるマップＭＰ２を基に、ＥＧＲ圧力センサ３７とク
ランク角センサ２とからの信号をＥＣＵ３に入力するこ
とにより、算出されるＥＧＲ制御弁３５の弁開度をマッ
プＭＰ２より算出後、電磁弁４１を駆動制御することに
よりアクチュエーター４２を駆動し、目標ＥＧＲ量を確
保できるＥＧＲ制御弁３５の弁開度とすることができ
る。また、予めＥＧＲ通路３３内圧力とエンジン回転数
Ｎｅとから求められるＥＧＲ量を記憶したマップＭＰ３
を設けておき、ＥＧＲ通路３３内に設けたＥＧＲ検出手
段であるＥＧＲ圧力センサ３７の信号をＥＣＵ３に送
り、クランク角センサ２により演算される機関回転数Ｎ
ｅとから算出することによって、実際のＥＧＲ量を測定
することができる。

【００１３】図４に本発明の第一実施例を示すフローチ
ャートを示す。初めにステップ１００において、前記Ｅ
ＧＲ圧力センサ３７からの信号とＥＧＲ制御弁３５の弁
開度からの信号とから実際のＥＧＲ量を算出し、このＥ
ＧＲ量の値が高負荷時のように０の状態ではないことを
もってＥＧＲガスが入っているかどうかの判定を行う。
ここで、ＥＧＲガスが入っていると判断されれば、次に
ステップ１０２に進みクランク角センサ２によって演算
される車速変化またはスロットルポジションセンサ９に
より演算されるアクセル開度の変化量等のエンジンの運
転状態の変化をを示す値を測定し、定常状態と判定する
所定の変動幅よりも実際の変動幅が小さければ、定常状
態と判断する。また、ステップ１００においてＥＧＲガ
スが入っていないと判断されたとき、およびステップ１
０２において定常状態でないと判断されたときには今回
の処理ルーチンを終了する。

【００１４】ＥＧＲガスが入っていて、かつ定常状態と
判定されれば、次にステップ１０４へ進み、ＥＧＲ圧力
センサ３７によりＥＧＲ通路３３内圧力を測定し、その
測定値とその測定時のエンジン回転数Ｎｅとからマップ
ＭＰ３により実際のＥＧＲ量を算出する。このときの実
際のＥＧＲ量に対応した圧力をＰ（ベース）、その時の
ＥＧＲ制御ｄｕｔｙをｄ（ベース）とする。次にステッ
プ１０６へ進み、ＥＧＲ制御ｄｕｔｙを微小所定量Δｄ
減量し、更にステップ１０８へ進み、その時の実際のＥ
ＧＲ量に対応した圧力Ｐ１をＥＧＲ圧力センサ３７によ
り計測する。次にステップ１１０へ進み、ＥＧＲ通路３
３内に設けられたＥＧＲ圧力センサ３７からの信号にお
いて、ΔＰをエミッションに影響を与えない最小の圧力
差とすると、Ｐ（ベース）−Ｐ１＜ΔＰであればＥＧＲ
減量可能と判断し、ステップ１０６に戻り更に微小所定
量Δｄ減量するルーチンに入る。

【００１５】このようにして、ステップ１０６からステ
ップ１１０を繰り返すうちに、エミッションに影響のな
い範囲でＥＧＲ制御弁３５の弁開度量を減量していき、
最終的にはステップ１１０にて、Ｐ（ベース）−Ｐ１＞
ΔＰとなるとエミッションへの影響が出るため、ステッ
プ１１２に進みΔｄデューティーを加算し、要求ＥＧＲ
量に影響のない範囲にＥＧＲ制御デューティーを設定し
ＥＧＲ弁３５の弁開度補正を終了する。ここで、フロー
チャートのステップ１０６から１１２までが最小開弁量
制御手段に相当する。以上の制御では、実際のＥＧＲ量
をマップ３により算出していたが、実際のＥＧＲ率を算
出して制御を行ってもよい。よって、第二実施例では、
実際のＥＧＲ率を算出して制御を行うものの例を挙げ
る。

【００１６】先ず、実際のＥＧＲ率を算出することにつ
いて説明する。図５のように、ＥＧＲ通路３３ｂと吸気
管１９ａと１９ｂ内に、それぞれＥＧＲ検出手段である
温度センサ５１、５２、５３を設けて、それぞれの測定
値をＴ１、Ｔ２、Ｔ３とする。ここで、現状のＥＧＲ率
Ｅは次のようにして求められる。すなわち、図５に示す
ようにそれぞれのガス量をＱ１、Ｑ２、Ｑ3 と仮定し、
ガスの比熱も全て同一とすると、この時にＥＧＲ率ＥはＥ＝Ｑ３／Ｑ１となり、かつＱ２＝Ｑ１＋Ｑ３Ｑ１・Ｔ１＋Ｑ３・Ｔ３＝（Ｑ１＋Ｑ３）・Ｔ２となるから、Ｅ＝Ｑ３／Ｑ１＝（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ３−Ｔ２） (1) の関係となる。つまり、ＥＧＲ率Ｅを温度Ｔ１、Ｔ２、
およびＴ３の関数として求めることができるのである。

【００１７】図６に本発明の第二実施例を示すフローチ
ャートを示す。初めにステップ２００において、前記温
度センサ５１、５２、および５３により測定された値を
もとに(1)式よりＥＧＲ率Ｅを測定する。ここで、ＥＧ
Ｒ率Ｅが０でないことをもってＥＧＲガスが入っている
かどうか判定を行う。ここで、ＥＧＲガスが入っている
と判断されれば、次にステップ２０２に進みクランク角
センサ２によって演算される車速変化またはスロットル
ポジションセンサ９により演算されるアクセル開度の変
化量等のエンジンの運転状態を示すものより機関の変動
量を測定し、所定の変動幅よりも実際の変動幅が小さけ
れば、定常条件と判断する。また、ステップ２００にお
いてＥＧＲガスが入っていないと判断さたとき、および
ステップ２０２において定常条件でないと判断されたと
きには今回の処理ルーチンを終了する。

【００１８】ＥＧＲガスが入っていて、かつ定常条件と
判定されれば、次にステップ２０４へ進み、温度センサ
５１、５２、５３により吸気管１９ａ、１９ｂ、および
ＥＧＲ通路３３ｂの温度を測定し、(1)式よりＥＧＲ率
Ｅを算出する。このときの実際のＥＧＲ率ＥをＥ（ベー
ス）、その時のＥＧＲ制御ｄｕｔｙをｄ（ベース）とす
る。次にステップ２０６へ進み、ＥＧＲ制御ｄｕｔｙを
微小所定量Δｄ減量し、更にステップ２０８へ進み、そ
の時の実際のＥＧＲ率をＥ１を温度センサ５１、５２、
５３により測定した値をもとに(1)式により算出する。
次にステップ２１０へ進み、ΔＥをエミッションに影響
を与えない最小のＥＧＲ変動量とすると、Ｅ（ベース）
−Ｅ１＜ΔＥであればＥＧＲ減量可能と判断し、ステッ
プ２０６に戻り更に微小所定量Δｄ減量するルーチンに
入る。

【００１９】このようにして、ステップ２０６からステ
ップ２１０を繰り返すうちに、エミッションに影響のな
い範囲でＥＧＲ制御弁３５’の弁開度量を減量してい
き、最終的にはステップ２１０にて、Ｅ（ベース）−Ｅ
１＞ΔＥとなるとエミッションへの影響が出るため、ス
テップ２１２に進みΔｄデューティーを加算し、要求Ｅ
ＧＲ量に影響のない範囲にＥＧＲ制御デューティーを設
定しＥＧＲ弁３５’の弁開度補正を終了する。ここで、
フローチャートのステップ２０６から２１２までが最小
開弁量制御手段に相当する。

【００２０】以上のような制御を行うことで、定常時の
エミッションに影響を与えない必要最小のＥＧＲ制御デ
ューティーに設定できる。即ち、ＥＧＲ制御弁の開弁量
を最小に設定できる。このため、特に急激な加速時のよ
うに定常状態から急にアクセル開度が大きくなるような
場合のＥＧＲ制御弁３５’のリフト量の変化量は最小限
に抑えられる。よって、ＥＧＲ制御弁の閉弁への応答を
改善でき、ＥＧＲ制御弁の応答遅れにより発生する過渡
スモークを低減することができる。

【００２１】上記のように、ＥＧＲ量またはＥＧＲ率を
直接求めるものだけに限らない。つまり、運転状態に応
じたＥＧＲ量が得られるように、エンジン回転数Ｎｅや
アクセル開度等の機関運転状態を示す値によって算出さ
れるＥＧＲ制御弁開度に開弁制御を行った後、ＥＧＲ量
またはＥＧＲ率にエミッションに影響を与えない幅で制
限値を設けておき、その制限値内で変化があるかどうか
の判定をすることによって、実際のＥＧＲ量またはＥＧ
Ｒ率の変化を検出する手段で実際のＥＧＲ量またはＥＧ
Ｒ率に換算することにより、制御することもできる。

【００２２】例えば、第三実施例として、ターボチャー
ジャー付エンジンであれば、ターボチャージャーのター
ビンの回転数の変動をみて、ＥＧＲ制御弁３５を制御す
ることができる。具体的には、ターボチャージャー付き
エンジンであれば、ＥＧＲ量またはＥＧＲ率が変化する
ことにより排気ガスがターボチャージャーのタービンに
向かう量に変化が生じるため、タービンの回転数が変化
する。このタービンの回転数の変化を検出するタービン
回転数センサの信号の変動をもって、ＥＧＲ量またはＥ
ＧＲ率の変化を検出することができる。そして、排気エ
ミッションに影響を与えないタービンの回転数の所定の
変動幅内で最小のＥＧＲ制御弁開度となるように、ＥＧ
Ｒ制御弁をデューティ制御すればよい。

【００２３】また、第四実施例として、ＥＧＲ量または
ＥＧＲ率の変化を検出するために、ＥＧＲ管内温度を測
定し、温度の変化幅が排気エミッションに影響を与えな
い所定の変動幅内で最小のＥＧＲ制御弁開度となるよう
に、ＥＧＲ制御弁をデューティ制御すればよい。

【００２４】また、第五実施例として、吸気管内に設け
られ吸入空気量を測定するエアフローメータを用いる
と、ＥＧＲ量が増加することにより、新気吸入空気量が
低減されエアフローメータの測定する値が減少するの
で、この値の変動幅をもとにＥＧＲ制御弁の弁開度を最
小にするようにデューティ制御すればよい。

【００２５】また、第六実施例として、リーンセンサを
用いたフィードバックシステムであれば、その運転状態
での目標ＥＧＲ量に対し差が出ないところまでＥＧＲ制
御弁開度量を減量することができるため、本発明の考え
方を用いることができる。

【００２６】ガソリンエンジンに本実施例の内燃機関の
排気還流制御装置を適用すると、本実施例の特徴である
特に機関の急加速時等においてＥＧＲ制御弁の応答性が
向上しているため、エンジンの燃焼に影響を与えない最
大のＥＧＲ量を導入しても、急加速時には即座にＥＧＲ
制御弁が閉弁方向に駆動されＥＧＲ量が応答良く減量さ
れるため、ドライバビリティを悪化することなく加速状
態に入ることができる。また、ガソリンエンジンで問題
であった、スロットル弁の吸気絞り効果によるポンピン
グロスについても、エンジンの燃焼に影響を与えない最
大のＥＧＲ量をシリンダ内に導入することにより、機関
のポンピングロスを低減することができ、機関の高効率
化に貢献できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の内燃機関の排気還流制御装置で
は、目標ＥＧＲ量または目標ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ量
またはＥＧＲ率とが一致する中で最小のＥＧＲ開弁量に
制御する最小開弁量制御手段を設けたので、同じＥＧＲ
量であっても常に最小のＥＧＲ制御弁開度量にすること
ができ、ＥＧＲ制御弁の開度が不必要に大きい状態が避
けられる。ここで、急加速状態のように急激な燃料の増
加に伴い、吸入酸素量を増加させるため酸素濃度の低い
ＥＧＲからの吸入量を急激に減少させ、酸素濃度の高い
新気を導入するような変化に対し、常に最小のＥＧＲ制
御弁開度となっているため、ＥＧＲの還流率を制御する
ＥＧＲ制御弁の駆動量が少量となる。よって、ＥＧＲ制
御弁の変化に対してＥＧＲ量の応答が良好となり、ＥＧ
Ｒの還流率が所望の量に瞬時に制御することができる。
よって、常に必要酸素量を十分確保できるため、酸素不
足による不完全燃焼に伴う排気エミッションの悪化やド
ライバビリティの悪化といったことが避けられ、完全燃
焼による出力向上および省燃費にも貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の原理図

【図２】第一実施例のシステム図

【図３】第一実施例のＥＧＲ通路の説明図

【図４】第一実施例の制御フローチャート

【図５】第二実施例のＥＧＲ通路の説明図

【図６】第二実施例の制御フローチャート

【符号の説明】

３・・・ＥＣＵ６・・・ターボチャージャー８・・・吸気絞り弁１１・・・燃焼室１２・・・燃料噴射弁１７・・・排気タービン１８・・・コンプレッサ１９・・・吸気系２０・・・排気系３３・・・ＥＧＲ通路３５・・・ＥＧＲ制御弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通
する排気還流通路と、該排気還流通路内に設けたＥＧＲ
制御弁と、実際のＥＧＲ量またはＥＧＲ率を検出するＥ
ＧＲ検出手段と、運転状態に応じた目標ＥＧＲ量または
目標ＥＧＲ率を記憶する記憶手段と、前記ＥＧＲ検出手
段と前記記憶手段とから前記ＥＧＲ制御弁を制御するＥ
ＧＲ制御手段とを有する内燃機関の排気還流制御装置に
おいて、前記目標ＥＧＲ量または目標ＥＧＲ率と前記実
際のＥＧＲ量またはＥＧＲ率とが一致する中で最小のＥ
ＧＲ開弁量に制御する最小開弁量制御手段を設けたこと
を特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。