JPH09256914A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

内燃機関のｅｇｒ制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】車両用内燃機関における高地走行時のＥＧＲ制
御性能を改善する。 【解決手段】各種機関運転状態の検出値を読み込み (Ｓ
１) 、基本燃料噴射量Ｔｐ及び吸気系の総開口面積Ａａ
を演算し、冷却水温度ＴＷ及びスロットル弁開度ＴＶＯ
がそれぞれ所定範囲内にあってＥＧＲ実行条件が成立し
ているとき (Ｓ３、Ｓ４) 、目標ＥＧＲ率ＥＧＲＱを検
索し (Ｓ５) 、排気圧補正値ＨＥＸＰＲＳ及び排気温度
補正値ＨＥＸＴＭＰを検索し (Ｓ６) 、ＥＧＲ弁目標開
口面積ＥＧＲＡＲを演算し (Ｓ７) 、前記目標開口面積
ＥＧＲＡＲとなるようにＥＧＲ弁を駆動する (Ｓ８) 。

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ＥＧＲ制御
装置に関し、特に、高度に応じたＥＧＲ補正を簡易な構
成で行えるようにした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両用内燃機関においては、周知のよう
にＮＯｘ排出量低減のため排気の一部を吸気系に還流す
るＥＧＲ装置を備えたものがある。また、同一の機関運
転条件 (機関回転速度，負荷等) でも高地においては、
大気密度低下に伴い、ＥＧＲ弁を同一開度に制御しても
ＥＧＲ量が変化してくるので、該変化を補正することが
行われている (特開昭６３−１７９１７１号公報等参
照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のＥＧＲ制御の高
地補正では、大気圧低下時にＥＧＲ量を増量する補正を
行い、また、低吸入空気流量時には、前記ＥＧＲ増量を
低減するようにしているが、大気圧低下時のＥＧＲ率の
低下は、機関の回転速度，負荷によって異なる (図９参
照) 。
【０００４】したがって、排気低減の観点から、機関の
等回転速度，等トルク条件の下で、高地走行時にも等Ｅ
ＧＲ率を得ようとする場合、吸気系の総開口面積及び吸
・排気差圧の変化に対して、別途補正が必要であった。
また、大気圧を検出して該検出値に基づいて行われてい
たため、大気圧検出用のセンサが必要となり、コスト高
につく難点があった。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、比較的簡単な演算で、かつ、大気圧セ
ンサ等を用いることなく、推定によって高精度な大気密
度補正を行うことができるようにした内燃機関のＥＧＲ
制御装置を提供とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は図１に示すように、排気系と吸気系とを結ぶＥ
ＧＲ通路にＥＧＲ弁を介装し、所定の機関運転条件で前
記ＥＧＲ弁を介して排気の一部を機関の吸気系に還流す
る内燃機関のＥＧＲ制御装置において、機関の運転状態
を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段
によって検出される機関運転状態に応じて目標ＥＧＲ率
を設定する目標ＥＧＲ率設定手段と、吸気系の総開口面
積を演算する吸気系総開口面積演算手段と、排気圧に対
するＥＧＲ弁目標開度の補正値を演算する排気圧補正値
演算手段と、排気温度に対するＥＧＲ弁目標開度の補正
値を演算する排気温度補正値演算手段と、前記目標ＥＧ
Ｒ率と、吸気系総開口面積と、排気圧補正値と、排気温
度補正値とに基づいて、ＥＧＲ弁の目標開度を設定する
目標ＥＧＲ弁開度設定手段と、前記目標ＥＧＲ弁開度と
なるようにＥＧＲ弁を駆動するＥＧＲ弁駆動手段と、を
含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】ここで、運転状態検出手段は、機関回転速
度，負荷等を検出し、目標ＥＧＲ率設定手段は、前記機
関回転速度，負荷等で定まる運転領域毎に目標ＥＧＲ率
つまり吸入空気流量に対するＥＧＲ (還流排気) 量の目
標割合を設定する。そして、目標ＥＧＲ弁開度設定手段
が、前記目標ＥＧＲ率と、吸気系総開口面積と、排気圧
補正値と、排気温度補正値とに基づいて、ＥＧＲ弁の目
標開度を設定が設定し、ＥＧＲ弁駆動手段が該目標ＥＧ
Ｒ弁開度となるようにＥＧＲ弁を駆動することにより、
目標ＥＧＲ率となるように制御される。
【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記排気圧
補正値演算手段が、機関の吸入空気流量に基づいて排気
圧補正値を演算することを特徴とする。大気圧に対する
排気圧の差圧は、吸入空気流量に対して所定の相関関係
があるため、該吸入空気流量に基づいて排気圧／大気圧
を推定して排気圧補正値を求めることができる。
【０００９】また、請求項３に係る発明は、前記排気温
度補正値演算手段が、機関回転速度に基づいて排気温度
を推定して排気温度補正値を演算することを特徴とす
る。排気温度は、主として機関回転速度に関連するの
で、該機関回転速度に基づいて排気温度補正値を求める
ことができる。
【００１０】また、請求項４に係る発明は、前記吸気系
総開口面積演算手段は、機関の吸気通路に介装されたス
ロットル弁の開度に応じた該吸気通路の開口面積と、該
吸気通路と並列して前記スロットル弁をバイパスして形
成された補助空気通路に介装された補助空気制御弁の開
度に応じた該補助空気通路の開口面積とを合計して、吸
気系の総開口面積を演算することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、大気密度
が変化すると、同一機関トルクを得るのに必要な吸入空
気流量が変化し、それに伴い、吸気系の総開口面積が変
化する。そして、前記吸気系総開口面積に対するＥＧＲ
弁の開度 (開口面積) の比を目標ＥＧＲ率に設定するこ
とにより、体積流量比としては目標ＥＧＲ率が達成され
るが、大気と排気とで圧力や温度が異なることによる密
度の補正を行う必要がある。
【００１２】その場合、大気圧の変化幅に対して排気圧
の変化幅が大きく、外気温度の変化幅に対して排気温度
の変化幅が大きいため、排気圧及び排気温度に対して補
正すればよく、これらの補正を排気圧補正値と排気温度
補正値とに基づいて行うことにより、比較的簡易な演算
で大気密度が変化しても目標ＥＧＲ率を得ることができ
る。
【００１３】また、請求項２に係る発明によれば、排気
圧をセンサを設けて直接検出することなく、燃料供給量
等の設定のために検出される吸入空気流量に基づいて排
気圧／大気圧を推定することにより、コスト増を伴うこ
となく、排気圧補正値を求めることができる。また、請
求項３に係る発明によれば、排気温度をセンサを設けて
直接検出することなく、基本的な機関制御のために検出
される機関回転速度に基づいて排気温度を推定すること
により、コスト増を伴うことなく、排気温度補正値を求
めることができる。
【００１４】また、請求項４に係る発明によれば、スロ
ットル弁と補助空気制御弁とを兼ね備えている場合に
は、それらの開口面積を合計することで、吸気系の総開
口面積を正しく求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態を示す。
図において、内燃機関１の吸気通路２にはスロットル弁
３が介装され、該吸気通路２のスロットル弁３下流側と
排気通路４とを結んでＥＧＲ通路５が配設されている。
該ＥＧＲ通路５には、ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ手段
としてのＥＧＲ弁６が介装されている。該ＥＧＲ弁６は
ステップモータ等によって駆動され、コントロールユニ
ット７からの制御信号によって開度をリニアに制御でき
るようになっている。
【００１６】また、前記スロットル弁３をバイパスして
吸気通路２に、補助空気通路８が並列に接続され、該補
助空気通路８には、アイドル時に該補助空気通路８内を
流れる補助空気流量を制御して機関回転速度を目標値に
制御するための補助空気制御弁９が介装されている。前
記コントロールユニット７には、バッテリ電圧ＶB 、水
温センサ10により検出される冷却水温度ＴＷ、クランク
角センサ11により検出される機関回転速度Ｎ、エアフロ
ーメータ12により検出される吸入空気流量Ｑ、スロット
ルセンサ13により検出されるスロットル弁３の開度ＴＶ
Ｏ等の各信号が入力され、コントロールユニット７はこ
れら各検出信号に基づいて求められる機関運転状態に応
じて、吸気通路２に装着された燃料噴射弁14を駆動して
燃料噴射制御を行い、燃焼室に装着された点火栓15を駆
動して点火制御を行うと共に、前記ＥＧＲ弁６の制御及
び前記補助空気制御弁９の制御を行う。
【００１７】次に、前記コントロールユニット７による
ＥＧＲ制御を図３のフローチャートに従って説明する。
ステップ (図ではＳと記す。以下同様) １では、前記水
温センサ10により検出された冷却水温度ＴＷ，スロット
ルセンサ13によって検出されたスロットル弁３の開度Ｔ
ＶＯ，補助空気制御弁９の開度 (開度制御値) ＡＡＣ，
エアフローメータ12によって検出された吸入空気流量
Ｑ，クランク角センサ11によって検出される機関回転速
度Ｎｅが読み込まれる。
【００１８】ステップ２では、前記検出された吸入空気
流量Ｑと、機関回転速度Ｎｅとに基づいてシリンダ吸入
空気量に比例的な値として基本燃料噴射量Ｔｐが演算さ
れ、また、前記スロットル弁３の開度ＴＶＯから求めら
れる吸気通路２の開口面積ＡＴＶＯと、補助空気制御弁
の開度ＡＡＣから求められる補助空気通路８の開口面積
ＡＡＡＣとを加算して、吸気系の総開口面積Ａａを求め
る。
【００１９】ステップ３，ステップ４では、ＥＧＲを行
う条件か否かを次の条件の成立の有無によって判定す
る。即ち、ステップ３では、前記検出された冷却水温度
ＴＷが、下限値ＴＷＬ＜ＴＷ＜上限値ＴＷＨを満たす範
囲にあるか否かを判定し、ステップ４ではスロットル弁
３の開度ＴＶＯが、同様に下限値ＴＶＯＬ＜ＴＶＯ＜上
限値ＴＶＯＨを満たす範囲にあるか否かを判定する。
【００２０】そして、前記ステップ３及びステップ４の
条件が共に成立したときに、ＥＧＲを行う条件であると
判定してステップ５へ進む。前記条件が不成立の場合は
ステップ９へ進んで目標ＥＧＲ率ＥＧＲＱ＝０としてＥ
ＧＲを停止する。ステップ５では、ＥＧＲを行うときの
目標ＥＧＲ率ＥＧＲＱを、機関運転状態に応じて設定す
る。例えば、機関運転状態として機関負荷 (トルク) を
代表する値として前記演算された基本燃料噴射量Ｔｐと
前記検出された機関回転速度Ｎｅとに基づいて、これら
基本燃料噴射量Ｔｐ及び機関回転速度Ｎｅとで区分され
る運転領域毎に目標ＥＧＲ率ＥＧＲＱを記憶したマップ
(図４参照) から、対応する運転領域の目標ＥＧＲ率Ｅ
ＧＲＱを検索する等によって設定する。
【００２１】ステップ６では、排気圧補正値ＨＥＸＰＲ
Ｓ及び排気温度補正値ＨＥＸＴＭＰを設定する。ここ
で、前記排気圧補正値ＨＥＸＰＲＳ及び排気温度補正値
ＨＥＸＴＭＰを設定する理由及びその方法について説明
する。前記目標ＥＧＲ率は、機関の低負荷域においては
下記の(1) 式のように設定される。
【００２２】 目標ＥＧＲ率＝Ｋ (定数) × (ＥＧＲ弁開口面積／吸気系総開口面積) × (排気圧／大気圧) × (外気温度／ＥＧＲガス温度) 1/2 ・・・(1) ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス質量流量／吸入空気質量流量で
定義される値であり、低負荷時はスロットル弁３上流側
と下流側との差圧、ＥＧＲ弁６上流側と下流側との差圧
が共に大きく、吸入空気，ＥＧＲガスは音速流となって
弁下流側に流れ込むと考えてよいので、音速ノズルを通
過するガス流量の式に基づいて前記(1)式が得られる。
【００２３】(1) 式を変形して、制御すべきＥＧＲ弁の
開口面積は、下記の(2）式で示される。 ＥＧＲ弁開口面積＝１／Ｋ (定数) ×目標ＥＧＲ率×吸気系総開口面積× (大気圧／排気圧) × (ＥＧＲガス温度／外気温度) 1/2 ・・・(2） したがって、前記(2）式における (大気圧／排気圧) に
相当する補正と、 (ＥＧＲガス温度／外気温度) 1/2 に
相当する補正とを行う必要がある。但し、大気圧の変化
幅に比較すると排気圧の変化幅が大きく、外気温度の変
化幅に比較するとＥＧＲガス温度の変化幅が大きいの
で、実際上は、排気圧と排気温度とで補正を行うことで
十分良好な補正が行える。
【００２４】そして、大気圧に対する排気圧 (排気絶対
圧−大気絶対圧) は、吸入空気流量Ｑの約1.7 乗に比例
することが知られているので (図５参照) 、前記 (大気
圧／排気圧) に相当する排気圧補正値ＨＥＸＰＲＳを、
吸入空気流量Ｑに基づいてマップ (図６参照) からの検
索等により推定演算することができる。また、排気温度
は、主として機関回転速度Ｎｅに依存し、機関回転速度
Ｎｅが大きいほど排気温度が高くなる傾向があるので、
排気温度補正値ＨＥＸＴＭＰを機関回転速度Ｎｅに基づ
いてマップ (図７参照) からの検索等により推定演算す
ることができる。但し、機関回転速度Ｎｅの他機関負荷
をも考慮して極め細かく推定してもよい。
【００２５】図３に戻ってステップ７では、前記(2）式
に基づいて、ＥＧＲ弁開口面積ＥＧＲＡＲを演算する。
即ち、ステップ２で求めた吸気系の総開口面積Ａａ、ス
テップ５で設定した目標ＥＧＲ率ＥＧＲＱ、ステップ６
で演算した排気圧補正値ＨＥＸＰＲＳ及び排気温度補正
値ＨＥＸＴＭＰを用いて、ＥＧＲＡＲ＝ＥＧＲＱ×Ａａ
×ＨＥＸＰＲＳ×ＨＥＸＴＭＰとして求めることができ
る。
【００２６】ステップ８では、前記ＥＧＲ弁開口面積Ｅ
ＧＲＡＲが得られるようにＥＧＲ弁６を駆動する。この
ようにすれば、機関の全運転領域においてＥＧＲ弁６の
開度が補正され、例えば高地走行時は低地走行時に対し
て、図８に示すように開度が補正される。その結果、全
運転領域において低地と同等のＥＧＲ率が得られ、効果
的にＮＯｘを低減することができる。
【００２７】また、前記排気圧と排気温度とによる補正
を、特別にセンサを設けることなく、機関の基本制御に
用いる検出値に基づいて設定することができ、コスト増
を伴うことなく、高精度なＥＧＲ制御を行うことができ
る。尚、前記(1) 式は、機関の低負荷時におけるもので
あり、高負荷時には、 (排気圧／大気圧) の項が、排気
圧及び大気圧の他、ＥＧＲガス流入部分の吸気圧も関係
した項となるため、誤差を生じるものの、その誤差が拡
大する吸気圧の大きな領域は、運転性及び出力確保の観
点から、ＥＧＲ率を高く設定できないので、誤差の絶対
値も小さくなり、問題ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態のＥＧＲ制御を示すフローチャー
ト。
【図４】同じく目標ＥＧＲ率を設定するためのマップ。
【図５】同じく吸入空気流量の1.7 乗の値と排気絶対圧
との関係を示す図。
【図６】吸入空気流量に対する排気圧補正値の関係を示
す線図。
【図７】機関回転速度に対する排気温度補正値の関係を
示す線図。
【図８】高地走行と低地走行との回転領域別の各種特性
値を示す線図。
【図９】ＥＧＲ弁等開度での低地走行時に対する高地走
行時のＥＧＲ率の変化を示す線図。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 吸気通路 ３ スロットル弁 ４ 排気通路 ５ ＥＧＲ通路 ６ ＥＧＲ弁 ７ コントロールユニット ８ 補助空気通路 ９ 補助空気制御弁 10 水温センサ 11 クランク角センサ 12 エアフローメータ 13 スロットルセンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気系と吸気系とを結ぶＥＧＲ通路にＥＧ
    Ｒ弁を介装し、所定の機関運転条件で前記ＥＧＲ弁を介
    して排気の一部を機関の吸気系に還流する内燃機関のＥ
    ＧＲ制御装置において、 機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 前記運転状態検出手段によって検出される機関運転状態
    に応じて目標ＥＧＲ率を設定する目標ＥＧＲ率設定手段
    と、 吸気系の総開口面積を演算する吸気系総開口面積演算手
    段と、 排気圧に対するＥＧＲ弁目標開度の補正値を演算する排
    気圧補正値演算手段と、 排気温度に対するＥＧＲ弁目標開度の補正値を演算する
    排気温度補正値演算手段と、 前記目標ＥＧＲ率と、吸気系総開口面積と、排気圧補正
    値と、排気温度補正値とに基づいて、ＥＧＲ弁の目標開
    度を設定する目標ＥＧＲ弁開度設定手段と、 前記目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁を駆動する
    ＥＧＲ弁駆動手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制
    御装置。
  2. 【請求項２】前記排気圧補正値演算手段は、機関の吸入
    空気流量に基づいて排気圧補正値を演算することを特徴
    とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
  3. 【請求項３】前記排気温度補正値演算手段は、機関回転
    速度に基づいて排気温度補正値を演算することを特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ制
    御装置。
  4. 【請求項４】前記吸気系総開口面積演算手段は、機関の
    吸気通路に介装されたスロットル弁の開度に応じた該吸
    気通路の開口面積と、該吸気通路と並列して前記スロッ
    トル弁をバイパスして形成された補助空気通路に介装さ
    れた補助空気制御弁の開度に応じた該補助空気通路の開
    口面積とを合計して、吸気系の総開口面積を演算するこ
    とを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記
    載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
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