JPH11193752A - 内燃機関の排気ガス還流制御装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス還流制御装置

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JPH11193752A JP10224691A JP22469198A JPH11193752A JP H11193752 A JPH11193752 A JP H11193752A JP 10224691 A JP10224691 A JP 10224691A JP 22469198 A JP22469198 A JP 22469198A JP H11193752 A JPH11193752 A JP H11193752A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の排気ガス還流制御装置において、
制御の応答性と精度を高めると共に、各気筒間のEGR
率の差を解消する。 【解決手段】 各気筒の吸気行程の開始に相当するクラ
ンク角度位置を検出し、吸気行程の間に吸気管圧力VP及
び新気量VLを検出し、吸気管圧力VPより総吸気量QAを算
出することによりEGR率目標値RTを算出する。また、
吸気行程の終了において新気量の積算値QNを算出し、総
吸気量気量QAと積算値QNとの差としてのその気筒のEGR
率REi を算出する(ステップ207)。吸気管にスロットル
弁を設け、気筒毎のEGR 率REi が目標値となるように定
めた目標開度TRB にスロットル弁開度を気筒毎に独立制
御する(ステップ211-213)。その制御タイミングには最
適値が存在する。一方、EGR 率の気筒間平均値Rが目標
値RTとなるようにEGR 弁を制御する(ステップ208-21
0)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関に導入
される新気量と、新気量と還流排気ガス(EGRガス)
量との和である総吸気量を検出することによって、還流
排気ガス率を算出し、内燃機関の運転条件に応じた還流
排気ガス率を求めることができるようにした内燃機関の
排気ガス還流制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の内燃機関の排気ガス還流(EG
R)制御装置として、内燃機関の排気管と吸気管とを接
続する排気ガス還流通路(EGR通路)に還流排気ガス
量を制御する還流排気ガス量制御弁(EGR弁)を設け
ると共に、機関に吸入された全ガス量を検出する手段
と、新しく吸入された新気の量を検出する手段とを設け
て、両者の検出値の差を排気ガスの還流値とみなし、こ
の値が設定値と等しくなるようにEGR弁の開度をフィ
ードバック制御するものが知られている(特開昭57−
148048号公報参照)。
【0003】EGR弁は高温の排気ガスが通過するEG
R通路に設けられるため、電気式モータ等による駆動で
は信頼性の高い作動を得ることができない。従って、E
GR弁の駆動にはダイヤフラム式のアクチュエータを使
用するのが普通である。この場合、ダイヤフラム室は負
圧源(ディーゼルエンジンの場合は負圧ポンプ、ガソリ
ンエンジンの場合は吸気管の負圧ポート)に接続される
と共に、ダイヤフラム室に導かれる負圧のレベルを所定
値に制御するために負圧制御機構が設けられ、ダイヤフ
ラム室の圧力を所定の負圧レベルとすることによって所
期のEGR弁のリフト、即ちEGR率が得られるように
設定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】負圧制御機構を使用し
たEGR弁の駆動方式では、ダイヤフラム室を負圧配管
と負圧の切換制御用の電磁弁とを介して負圧源(負圧ポ
ンプ又は吸気ポート)に接続する構成となっているの
で、負圧配管系の長さが長くなるのと、電磁弁の応答性
は必ずしも高くないから、これらが原因となってEGR
弁に作動遅れが起こり易い。このような作動遅れはEG
R率を気筒毎に独立に制御する場合に特に問題が生じ易
く、内燃機関の排気ガス還流制御装置に応答性及び精度
の高い動作を期待することができないという問題があっ
た。
【0005】本発明はこの問題を解消するために、常に
高い応答性と精度を維持しながら作動する内燃機関の排
気ガス還流制御装置を提供することを目的としている。
本発明はまた、その排気ガス還流制御装置が全気筒に共
用のものであるにもかかわらず、各気筒のEGR率をそ
れぞれ独立に制御することができ、それによって全気筒
のEGR率を均一に揃えることができるような排気ガス
還流制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては、図1
及び図2において基本的に示すように、機関の各気筒の
吸気行程の開始時期に相当するクランク角度位置を検出
すると共に吸気行程の間に吸気管圧力VP及び新気量V
Nを検出し、吸気管圧力VPから総吸気量QAを算出す
ると共に排気ガス還流率目標値RTを算出する。また、
吸気行程の終了時期において新気量の積算値QNを算出
し、総吸気量QAと積算値QNとの差として、その気筒
の排気ガス還流率REi を算出する。更に、吸気管に吸
気スロットル弁を設けて、気筒毎の排気ガス還流率RE
i が目標値となるように定めた最終目標開度TRFi+1
に吸気スロットル弁開度を気筒毎に独立に制御する一
方、排気ガス還流率の気筒間平均値Rが目標値RTとな
るように排気ガス還流量を制御する。
【0007】しかしながら、上記のような制御だけで
は、吸気スロットル弁開度は気筒毎に独立に制御される
ものの、その駆動タイミングは吸気スロットル弁開度の
最終目標開度TRFi+1 を算出した直後になるので、タ
イミングについては気筒毎に独立した制御は行われな
い。そのため、内燃機関によっては排気ガス還流率を気
筒毎に独立に制御することができない場合が生じ、複数
の気筒の間で相互に影響が及ぶことがある。
【0008】そこで、この問題に対して、本発明者らは
更に研究を重ねた結果、吸気スロットル弁には、その下
流側に並列に接続されている複数個の気筒のうちの個別
の気筒の排気ガス還流率を単独に、即ち他の気筒とは実
質的に無関係に制御することができる操作タイミングが
存在することを見出した。
【0009】この点について図3を用いてより詳細に説
明する。、図3に4気筒のディーゼルエンジンの運転条
件が、回転数800rpm、出力トルク27Nmであっ
て、クランク軸の1回転毎に吸気スロットル弁の開度を
180°CAの間に3.2°だけ閉弁側へ操作したとき
の各気筒のEGR率の変化を示す。(a)から(d)の
各場合は、吸気スロットル弁の閉弁動作の開始時期を1
番気筒のTDC後のクランク角度で、(a)500°、
(b)545°、(c)590°、(d)635°とい
うように、45°CAづつ遅角させた場合を示してい
る。なお、(e)は参考のために、スロットル弁の開度
を一定に固定した場合を示すものである。また、”av
e”は全気筒の平均値を示している。
【0010】参考として示したスロットル弁固定時のE
GR率と比較すると、(a)の場合の500°CAで
は、1番気筒と2番気筒のEGR率が大きく増加してい
る。そして閉弁動作の開始時期を遅角させて行くと、2
番気筒のEGR率の増加の度合いが小さくなって行き、
遂に(d)の場合の635°CAにおいては、1番気筒
のみがEGR率の増加を示すようになる。この事実は、
ある最適のタイミングで吸気スロットル弁を開閉制御す
れば、個別の各気筒のEGR率を単独に増減させること
ができるということを意味する。
【0011】そこで、本発明者らはこの点に着目して、
気筒別に最適のタイミングにおいて吸気スロットル弁を
開閉制御することにより、各気筒の排気ガス還流率を個
別に制御し、全気筒の排気ガス還流率を所望の値に揃え
て、前述のような問題点をも併せて解決した。
【0012】より具体的に、本発明は、前記の課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載された内燃機関の排気ガス還流制御装置を提供する
ものである。
【0013】請求項1に記載の技術手段においては、還
流排気ガス量制御弁によって決まる排気ガス還流率に応
じて、吸気系の通路面積制御手段(吸気スロットル弁)
を駆動することによって補完的に所期の排ガス還流率へ
の制御を行っている。そのため、負圧駆動による還流排
気ガス量制御弁のみによって排気ガス還流率を制御する
場合と比較して、応答性を高めることができる。
【0014】請求項2に記載の技術手段によれば、通路
面積制御手段の制御は気筒毎に独立に行っている。従っ
て、各気筒の排気ガス還流率の間に差があっても、各気
筒の排気ガス還流率を個別に制御することによって全て
の排気ガス還流率を揃えることが可能になる。
【0015】請求項3に記載の技術手段によれば、個々
の気筒の吸気行程における最適の時期に通路面積制御手
段を駆動することにより、その気筒の排気ガス還流率を
制御するので、気筒毎に高い応答性と精度をもって排気
ガス還流率の制御を行うことが可能になり、他の気筒と
の間の排気ガス還流率の差を確実に抑制することができ
る。請求項4に記載の技術手段によれば、具体的に2次
元マップを用いて気筒毎に排気ガス還流制御を行う。
【0016】また請求項5に記載の技術手段によれば、
第1検出手段による検出値から第1算出手段によって算
出される新気量と、第2検出手段による検出値から第2
算出手段によって算出される総吸気量とに基づいて、第
3算出手段によって排気ガス還流率を算出し、通路面積
制御手段を制御することにより請求項1と同様な効果を
奏する。
【0017】請求項6に記載の技術手段によれば、エア
ーフローメータと圧力検出器の検出値から還流排気ガス
量を正確に把握することができる。請求項7に記載の技
術手段によれば、新気量の検出値を積算することにより
計測値の変動を防止することができる。請求項8に記載
の発明によれば、各気筒間で平均化された総吸気量の値
によって排気ガス還流率を制御していることから、排気
ガス還流率の気筒間の変動を最小とすることができる。
【0018】請求項9に記載の技術手段によれば、通路
面積制御手段の制御を気筒毎に独立に行うことにより、
請求項2の場合と同一の作用効果を奏することができ
る。請求項10に記載の技術手段によれば、通路面積制
御手段の制御を気筒毎に独立に最適の時期に行うことに
より、請求項3の場合と同様な作用効果を奏することが
できる。請求項11〜13に記載の発明によれば、通路
面積制御手段の制御に加えて、各気筒間において平均的
な排気ガス還流率に応じて排気ガス還流制御弁を制御す
ることにより、所期の排気ガス還流率へのより迅速な制
御が実現する。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明を、ターボチャージャを搭
載したスワールチャンバ付ディーゼル機関に適用した場
合の実施形態について、図4〜図6をも参照しながら更
に具体的に説明する。図4において、1はディーゼル機
関の本体、2はスワールチャンバ、3はピストン、4は
スワールチャンバ2に設けた燃料噴射弁、5は排気弁を
示している。排気弁5は排気管6に接続される。図示し
ない吸気弁は吸気管7に接続される。8はターボチャー
ジャを示しており、ターボチャージャ8は、排気管6に
配置されるタービン9と吸気管7に配置されるコンプレ
ッサ10とから構成される。燃料噴射弁4には周知のよ
うに燃料噴射ポンプ(図1にはその回転軸22のみが図
示されている)からの燃料が圧送される。
【0020】タービン9の上流の排気管6とコンプレッ
サ10の下流における吸気管7とは排気ガス還流通路
(EGR通路)11によって接続される。EGR通路1
1上には排気ガス還流量制御弁(EGR弁)12が配置
される。EGR弁12は弁体13と、弁体13に連結さ
れて、負圧に応じて弁体13のリフトを制御することに
よりEGR通路11を流れる還流排気ガス(EGRガ
ス)の流量を制御するダイヤフラム14とから構成され
る。このEGR弁12は弁体13のリフトが大きいほど
開口面積が大きくなり、EGRガスの流量が多くなるよ
うに構成されている。弁体13のリフトの大きさはダイ
ヤフラム14によって形成されるダイヤフラム室15の
負圧の大きさによって決定される。即ち、負圧が強いほ
どダイヤフラム14の図の上方への変位が大きくなって
リフトも大きくなる。ダイヤフラム室15はバキューム
ポンプ16に負圧配管17によって接続され、バキュー
ムポンプ16からの負圧がダイヤフラム室15に導入さ
れる。
【0021】ダイヤフラム14の負圧の制御のために負
圧配管17上に三方電磁弁18が設けられる。電磁弁1
8よりダイヤフラム室15側において負圧配管17はパ
イプ18aによって大気に開口され、この大気開口部に
オリフィス18bが設けられる。また、電磁弁18はコ
イル19を備えており、コイル19の通電制御によって
弁体18が駆動されて、キュームポンプ16からダイヤ
フラム室15へ導入される負圧導入の制御が行われる。
即ち、電磁弁18のコイル19が通電を受けていないと
きはバキュームポンプ16とダイヤフラム室15との連
通は遮断され、弁体13のリフトが最小となるためEG
R作動は行なわれない。一方、コイル19への通電時は
バキュームポンプ16からの負圧がダイヤフラム室15
に導入されて弁体13がリフトする。電磁コイル19の
通電は後述のように制御回路(マイクロコンピュータシ
ステム)50によってデューティ制御され、EGR弁1
2の弁体13は所期のリフトに制御され、ひいてはEG
R量の制御が行われる。
【0022】コンプレッサ10と、EGR通路11と吸
気管7との合流点の間に、新気の通路面積を制御しうる
通路面積制御手段としての吸気スロットル弁29が配置
される。この吸気スロットル弁29の弁軸は図示しない
ギヤ等の連結手段によってステップモータ30等の電気
的回転駆動手段に連結される。ステップモータ30は制
御回路50からの駆動信号を受けることにより回転駆動
され、吸気スロットル弁29の開度(即ち新気量)を任
意に制御することが可能である。
【0023】吸気管7においてコンプレッサ10の上流
に吸入新気量に応じた電気信号(アナログ信号)を出力
するエアーフローメータ20が配置される。また、コン
プレッサ10の下流の吸気管7には圧力検知器21が配
置されて、吸気管圧力に応じた電気信号(アナログ信
号)を出力する。これらのセンサ20,21からの信号
はエンジン1回転当たりの流量(g/rev )として制御回
路50に入力され、両者の信号の差が排気還流量(EG
R量)として把握される。制御回路50の記憶装置(R
OM)にはエンジンの回転数とエンジンの負荷に相当す
る因子である燃料噴射ポンプのアジャスティングレバー
の開度とに応じたEGR量のデータが格納されている。
検出されたEGR量と記憶されたEGR量とに差があれ
ば制御回路50はその差を解消する方向にコイル19へ
の通電を制御する。
【0024】回転数の検出方法としては公知の適当な方
法を採用し得るが、図示の実施形態の回転数センサは、
燃料噴射ポンプの回転軸22(内燃機関のクランク軸に
連結される)上に、周方向に離間した複数個の突起23
を有する回転体を固定し、この突起23に対向させてホ
ール素子等の電磁ピックアップ24を配置して構成され
る。従って、電磁ピックアップ24からは突起23の間
隔に応じたパルス間隔のパルス信号が得られる。
【0025】一方、内燃機関のクランク軸38には、直
径上の対立位置に一対の突起27を有する回転体が取り
付けられ、この突起27に対向させて前述のものと同様
にホール素子等で構成される第2の電磁ピックアップ2
8が配置される。突起27によりクランク軸の2分の1
回転、即ち180°の回転を検出することができる。
【0026】また、燃料噴射ポンプのアジャスティング
レバーの位置を知るため、図1におけるポテンショメー
タ25が設けられ、ポテンショメータの摺動接点部25
aは燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーと一体に
移動し、アジャスティングレバーの位置に応じて電圧信
号をポテンショメータ25から得ることができる。
【0027】更に、吸、排気弁を駆動するためのカムシ
ャフト26上に、周方向に1個の突起40を有する回転
体を取り付けて、この突起40に対向させて、前述のも
のと同様にホール素子等で構成される第3の電磁ピック
アップ41が配置される。突起40の検出により、クラ
ンク軸の2回転、即ち720°の回転を検出することが
できる。
【0028】次に図5によって制御回路50の構成を説
明する。制御回路50はエアーフローメータ20の一部
を構成するポテンショメータの摺動接点部20aに接続
された入力端子501と、圧力検出器21に接続される
入力端子502と、燃料噴射ポンプのアジャスティング
レバーの位置検出用ポテンショメータ25の摺動接点2
5aに接続される入力端子503と、第1の電磁ピック
アップ24に接続される入力端子504と、第2の電磁
ピックアップ28に接続される入力端子505と、更
に、第3の電磁ピックアップ41に接続される入力端子
515とを備える。
【0029】また、制御回路50はEGR弁12の電磁
コイル19に接続される出力端子506を備えている。
更に、制御回路50は、入力端子と出力端子との間に、
アナログデジタル(A−D)変換器510、計数器52
0、中央処理ユニット(CPU)530、第1発振器5
40、コンパレータ550、第2発振器560及び駆動
回路570を備えている。A−D変換器510は入力端
子501,502,503に接続され、A−D変換器5
10は周知のようにマルチプレクサ及びA−D変換回路
と、3個の記憶回路と、マルチプレクサの切替回路と、
A−D変換器を起動すると共に、各記憶回路のセレクト
の各信号を発生するタイミングパルス回路とから構成さ
れる。A−D変換器及び3個の記憶回路は、例えば、1
2ビット構成とすることができる。
【0030】計数器520はパルス信号を発生する第
1、第2、及び第3の電磁ピックアップ24,28,4
1からの入力端子504,505,515に接続される
ものであり、第1電磁ピックアップ24からのパルス数
を計測する計数回路と、それを記憶する記憶回路と、計
数回路へのゲート信号、リセット信号及び計数回路への
ラッチ信号を発生するタイミングパルス回路より構成さ
れ、計数器520より8ビットの2連コード信号が出力
される。第2電磁ピックアップ28からのパルス信号は
計数回路のリセットのために使用される。また、第3電
磁ピックアップ41からのパルス信号は気筒判別のため
に使用される。
【0031】CPU530はマイクロコンピュータ、A
−D変換器510の出力及び計数器520の出力とマイ
クロコンピュータのバスラインを接続する3ステートの
バッファ回路と、マイクロコンピュータの出力値を記憶
する記憶回路とより構成される。マイクロコンピュータ
の回路の詳細はこの発明の要部ではないことからその説
明は省略する。また、マイクロコンピュータは2MHz
の内部クロック周波数によって動作しており、電源が投
入されるとイニシャライズが行われ、予め指定されたR
OMのアドレスからのプログラムが実行される。
【0032】制御回路50における第1発振器540は
20Hz のトリガパルスを発生し、このトリガパルスは
CPU530のタイマチェック信号、及びコンパレータ
550のリセット信号となる。コンパレータ550は第
1発振器540からのトリガパルスを基点にして第2発
振器からの20Hz のクロック信号を入力し、CPU5
30からの2進コード出力をパルス幅へ変換する。コン
パレータ550の出力は電磁弁駆動回路570に入力さ
れ、入力信号の増幅が行われ、出力信号は端子506よ
り電磁弁18のコイル19に印加される。
【0033】CPU530は吸気スロットル弁駆動用ス
テップモータ30を駆動するため駆動回路580に接続
され、その出力信号は端子507よりステップモータ3
0のコイルに印加される。ステップモータ30の駆動の
ためのCPU530への出力信号の形成、駆動回路58
0の増幅方法は従来公知のいかなる手法をも採用し得る
ことからその詳細な説明は省略する。
【0034】エアーフローメータ20を構成するポテン
ショメータの両端には一定電圧Vcが印加され、その摺
動接点部20aには吸入空気量に応じた電圧VN が現れ
る。電圧VN はA−D変換器510により2進コードに
変換されて記憶回路に格納される。同様に圧力検出器2
1からの圧力に応じた電圧信号Vp 及び燃料噴射ポンプ
のアジャスティングレバーの位置に応じた電圧信号VL
もA−D変換され、その記憶回路に格納される。一方、
計数器520は第1電磁ピックアップ24からのパルス
信号のパルス数の計測を行い、その計数値は内部記憶回
路内に格納される。また、第2電磁ピックアップ28か
らのパルス信号は計数器520をクリヤするために利用
される。第3電磁ピックアップ41からのパルス信号
は、特定の気筒(例えば1番気筒)の吸気行程の開始時
期を判別するために用いられる。
【0035】以下、図1及び図2に示すフローチャート
によってCPU530の動作を詳細に説明する。電源投
入により処理が開始され、ステップ101では動作が開
始されてCPU530の全てのメモリやレジスタやポー
トのイニシャライズが実行される。ステップ101−1
ではi=0か否かの判断が行われる。i=0は、特定の
気筒(例えば1番気筒)において吸気行程が開始される
時期であり、720°CAの周期で発生するパルスに対
応する。
【0036】ステップ102ではパルスカウンタCn =
0か否かの判断が実行される。Cn=0はいずれかの気
筒において吸入行程が開始されると共に、別のいずれか
の気筒において吸入行程が終了するタイミングとなって
いる。即ち、第1電磁ピックアップ24からのパルスに
よってインクリメントされ、第2電磁ピックアップ28
からの180°毎のパルスによってクリヤされる計数ル
ーチンが設けられており、第2電磁ピックアップ28が
パルスを発生するクランク角度位置では、ある気筒は吸
気行程の開始に対応すると共に、別の気筒は吸気行程の
終了に対応するように設定され、この位置においてCn
=0とされる。
【0037】カウンタ値(Cn )が0でないとき、即
ち、ステップ102の判断が否定的であるときには、ス
テップ102からステップ103に流れ、所定時間T1
毎に発生される信号の入力があったか否かの判断が行な
われる。時間T1 が経過する毎に発生されるパルス信号
の入力があったと判断されたときはステップ104に進
み、そうでないときはステップ109に進む。時間T1
の経過時点であると判断されたときに実行されるステッ
プ104〜108はEGR率の目標値の算出ルーチンを
示している。即ち、ステップ104ではA−D変換器5
10内の記憶回路に記憶されている吸気管圧力値Vp の
読み込みが行なわれ、ステップ105では同じくA−D
変換器510内の記憶回路に記憶されている吸入空気量
値VL の読み込みが行なわれる。
【0038】ステップ106は機関回転数Nの算出を示
している。回転数Nの計測はクランク軸が180°回転
するための時間T180によって行なわれる。即ち、計
数器520はクランク軸の180°の回転毎の第2電磁
ピックアップ28からのパルス信号によってクリヤされ
るものであり、T180の値は計数器520におけるパ
ルス数が前回零となったときから今回零となるまでの経
過時間となる。
【0039】ステップ107は、1個の気筒内に吸入さ
れる全ガス量QAの算出を示しており、全ガス量QAの
算出は圧力検出器21により検出された吸気管圧力値V
p とエンジン回転数Nによって行うことができる。即
ち、吸気管圧力値Vp とエンジン回転数Nとの間には一
定の関係があり、この関係はCPU530内に二次元マ
ップfとして格納されているので、ステップ104にお
いて読み取られた吸気管圧力値Vp とステップ106に
おいて算出されたエンジン回転数Nに対応する全ガス量
の値が補間演算される。
【0040】ステップ108はそのエンジン運転条件に
おいて最適なEGR率の目標値RTの算出を示してい
る。即ち、燃料噴射量(負荷)に対応する燃料噴射ポン
プのアジャスティングレバーの位置(ポテンショメータ
25の出力値)VL とエンジン回転数Nとの間には一定
の関係が存在しており、この関係は二次元マップgとし
てCPU530内に格納されているので、ステップ10
8ではポテンショメータの出力値VL 及びエンジン回転
数Nの実測値に対応した目標EGR値RTの補間演算が
行われる。
【0041】ステップ109ではその運転条件において
最適なスロットル弁開度目標値TRBの算出が行われ
る。即ち、燃料噴射量(負荷)に対応する燃料噴射ポン
プのアジャスティングレバーの位置(ポテンショメータ
出力値)VL とエンジン回転数Nとの間には所定の関係
が存在しており、この関係は二次元マップhとしてCP
U530内に格納されており、ステップ109ではポテ
ンショメータ25の出力値VL 及びエンジン回転数Nの
実測値に対応した目標スロットル弁開度TRBの補間演
算が実行される。
【0042】ステップ110〜113はエアーフローメ
ータ20の計測値の積算処理を示している。即ち、ステ
ップ110はエアーフローメータの出力信号を検出する
ためのタイマーチェックであり、所定時間周期T2 毎に
入力される信号の入力があったか否かの判定が行われ
る。T2 はエンジンの高回転時においても各気筒の吸入
空気量を検出し得るように、エンジンの最高回転数にお
ける1個の気筒の吸入行程を実行するための時間よりも
短いことが好ましい。T2 パルスの入力があったと判断
されたときはステップ111に進み、A−D変換器51
0内の記憶回路に格納されているエアーフローメータ2
0の計測値VN の読み込みが行われる。ステップ112
においてはステップ111において読み込まれたVN の
値の積算、即ちΣVN の計算が実行される。ステップ1
13は積算カウンタCADのインクリメントを示す。
【0043】ステップ102において回転パルスカウン
タの値Cn =0のとき、即ち、吸気行程の開始又は終了
の時期であるときはステップ201に進み、気筒マーク
iがインクリメントされ、ついでステップ202におい
てi>4か否かの判断が行われる。i>4のときはステ
ップ203においてi=1とされる。ステップ201〜
203の処理はクランク角度の180°毎に実行され、
爆発順序が決まっていることから、iの値はその時に吸
気行程を行う気筒の番号と対応させることができる。な
お、この例では、機関を停止及び再始動させても変わら
ないように、i=1は常に1番気筒と定めている。
【0044】ステップ204では各気筒の吸入空気量一
吸気行程での新気吸入空気量(グラム)の算出が次の
式、 QNi =(ΣVN / CAD)×T180 によって実行される。ここでT180は前述のようにク
ランク軸が180°(即ち、一吸気行程のクランク角
度)回転するのに要する時間である。この式においてエ
アーフローメータ20の計測値の積算値ΣVN を積算回
数CADで除することによりエアーフローメータの計測
値の平均値が得られ、これにクランク軸が180°回転
するための時間、即ち一吸気行程を実施するのに要する
時間を乗算することによって一吸気行程当たりの新気吸
入量が算出される。
【0045】ステップ205では各気筒のEGRガス量
QEi の算出が行われる。即ち、EGRガス量QEはス
テップ107において算出した筒内へ吸入される全ガス
量QAからステップ204において算出される新気吸入
量QNi を差し引いたものである。ステップ206では
EGR率が全ガス量QAに対するEGRガス量QEiの
比として算出される。ステップ207はステップ206
において算出したEGR率の値を気筒iのEGR率とし
てREi に格納している。
【0046】ステップ208では全気筒i=1〜4のE
GR率が加算され、気筒数4によって除算することによ
り全気筒について平均したEGR率Rの算出が行われ
る。ステップ209及び210は電磁弁18のコイル1
9への駆動信号の形成を示している。即ち、ステップ2
09ではステップ108において算出された目標EGR
率RTから、ステップ208において算出された実測平
均EGR率REを引くことにより、制御偏差ΔDが算出
される。
【0047】ステップ210においては、電磁弁18の
ON時間DP´が、 DP´=DP´+ΔD×K によって算出される。即ち、この式においてKはゲイン
であり、ステップ210の処理の実行を継続することに
より、電磁弁18にフィードバックがかかるため最終的
には偏差=0となり、4気筒の平均EGR率は目標EG
R率RTに一致するようになる。即ち、EGR弁12の
開度は全気筒間において平均したEGR率に制御され
る。
【0048】ステップ211においては、各気筒のEG
R率REi の目標EGR率RTに対する差ΔTRi が算
出される。ステップ212では、気筒毎の吸気スロット
ル弁の開度補正量が TRCi =TRCi +ΔTRi ×k´ によって算出される。この式において、k´はゲインで
あり、例えば、特定気筒のEGR率が目標に対して小さ
い場合はEGR率を高めるように吸気スロットル弁29
を閉弁させる方向に開度の補正量が更新される。
【0049】ステップ213においては、次に吸気行程
となる気筒の吸気スロットル弁の最終目標開度TRFi+
1 を算出する。TRFi+1 はステップ109において算
出された目標吸気スロットル弁開度TRBと、当該気筒
の前回の吸気行程終了時に、ステップ212において算
出された補正量TRCi+1 を加算することにより求めら
れる。
【0050】一方、吸気スロットル弁29の開度補正を
行うタイミングは、ステップ213−1において、燃料
噴射量(負荷)VL と回転数Nにより決定される。この
関係は、予め試験を行うことによって求めたデータが、
2次元マップとして制御回路50内に格納されている。
そして、ステップ213−1によって決定されたタイミ
ングti において、このTRFi+1 の値は駆動回路58
0の出力信号として反映され、それによって吸気スロッ
トル弁駆動用モータ30が駆動されて、所定の吸気スロ
ットル弁開度を得ることができる。ステップ214では
次回の計測のためVN 及びCADがクリヤされる。
【0051】次に、電磁弁18の制御について説明する
と、RAMの所定アドレスに格納された電磁弁18のO
N時間DP´はBUSラインに転送され、CPU530
内の記憶回路に格納される。コンパレータ550はCP
U530からの2進コード値と、第1発振器540のト
リガ信号をリセット信号とする第2発振器560からの
クロック数とが一致したときに一致信号を出力する。従
って、第1発振器540のトリガ信号の周期が50 ms
であることから、トリガ信号が高レベルから低レベルに
切り替わってからCPU530からの2進コード数とク
ロック数とが一致するまでは電磁弁18のON時間、一
致してからトリガ信号が高レベルから低レベルに切り替
わるまでの時間が電磁弁18のOFF時間となる。この
様子は図6に示される。
【0052】即ち、図6の(A)は第1発振器540の
出力信号、図6の(B)はコンパレータ550の出力信
号を示す。また、時間Tは図2に示すステップ210に
よって求められ、RAMの所定アドレスに格納されてい
るDP´(第2発振器560の周期0. 05 msec )に
一致する。この時間Tにより電磁弁18のON−OFF
比、即ちEGR量が決まる。駆動回路570はコンパレ
ータ550からの信号を電力増幅した後に電磁弁のコイ
ル19に印加する。
【0053】以上の実施例では、EGR弁12について
はEGR率の気筒間平均値Rが目標値RTになるように
フィードバック制御を行う一方、吸気スロットル弁29
は気筒毎にEGR率REi が目標値になるように独立制
御している。そのため、避けることができない気筒間偏
差があっても気筒間のEGR率の変動を防止することが
でき、かつ目標値へのEGR率の制御を迅速に行うこと
ができる。また、各気筒の吸気行程毎にEGRガスの吸
入情報を検出し得るため、燃焼毎にEGR制御が可能と
なり、過渡時においても所期のEGR制御を行うことが
可能となる。
【0054】EGR弁12の制御については実施例のよ
うにフィードバック制御をせず、オープンループによる
制御のみとしてもよい。最も、単純な方式としてはオン
・オフ制御でもよい。即ち、EGR条件時はEGR弁1
2が開放され、非EGR条件時にはEGR弁12が閉鎖
されるような制御を行うことができる。
【0055】以上の実施例において全ガス量の演算は圧
力検出器21の出力によって行っているが、全ガス量の
演算値の精度を向上させるために、圧力検出器21の付
近に吸気温度計を設けて、その出力によって圧力検出値
に基づく全ガス量の演算値の補正を行うのが望ましい。
また、内燃機関としてはターボチャージャ付きのディー
ゼル機関としたが、本発明はターボチャージャが設置さ
れていない内燃機関にも適用可能である。また、排気還
流を行いやすくするために、吸気管にスロットル弁を設
置したディーゼル機関にこの発明を適用すると特に有用
である。この場合、スロットル弁の下流にEGRポート
及び圧力検出器を設けて、スロットル弁の上流にエアー
フローメータが位置することになる。
【0056】上記実施例では吸入された全ガス量の検出
の手段として圧力検出器21を使用しているが、この代
わりにエアーフローメータ20の構造と同様の構造のも
の、または熱線を使用する構造のものを採用することも
可能である。ただ、逆流する排気ガスによる汚染を考慮
すると、機械的な可動部分を持たないで圧力を検出する
方式のものが望ましい。
【0057】また、内燃機関としてはガソリンを燃料と
する火花点火内燃機関にもこの発明は応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図5に示す制御回路の動作を説明するフローチ
ャートの一部である。
【図2】図1のフローチャートの残りの部分である。
【図3】吸気スロットル弁の作動による各気筒のEGR
率の変化を示す図表である。
【図4】本発明の実施形態としての内燃機関の全体構成
図である。
【図5】制御回路の構成を示すブロック線図である。
【図6】制御回路によるデューティ比制御動作を説明す
るタイミング図である。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関の本体 6…排気管 7…吸気管 11…排気ガス還流通路(EGR通路) 12…排気ガス還流量制御弁(EGR弁) 15…ダイヤフラム室 18…三方電磁弁 20…エアーフローメータ 21…圧力検出器 22…燃料噴射ポンプの回転軸 24,28,41…電磁ピックアップ 26…カムシャフト 29…吸気スロットル弁 38…クランク軸 50…制御回路 i…気筒マーク N…機関回転数 QA…総吸気量 QE…EGRガス量 QN…新気吸入量 R…EGR率の気筒間平均値(ave) REi …気筒毎のEGR率 RT…EGR率の目標値 TRB…吸気スロットル弁の開度目標値 TRCi …気筒毎の吸気絞り補正量 TRF…吸気スロットル弁の最終目標開度 VL …燃料噴射量(負荷) VN …新気量 VP…吸気管圧力
フロントページの続き (72)発明者 三好 新二 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 中島 樹志 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 還流排気ガス量を制御する還流排気ガス
    量制御弁と、内燃機関に導入される新気の量を検出する
    新気量検出手段と、還流排気ガスと新気とが混合された
    総吸気量を検出する総吸気量検出手段と、検出された新
    気量及び総吸気量から排気ガス還流率を算出する排気ガ
    ス還流率算出手段と、新気が内燃機関に導入される吸気
    通路に設けられて通路面積を制御する通路面積制御手段
    と、算出された排気ガス還流率が得られるように前記通
    路面積制御手段を制御する排気ガス還流率制御手段とを
    備えている内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、新気量及び総吸気量
    の検出は前記内燃機関の各気筒毎に行なわれ、前記排気
    ガス還流率制御手段による通路面積制御手段の制御は算
    出された還流排気ガス量に応じて各気筒毎に行なわれる
    内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、更に、吸気行程にあ
    る気筒を判別する気筒判別手段と、各気筒の吸気行程に
    おいて前記通路面積制御手段を駆動するタイミングを最
    適制御する駆動タイミング制御手段が設けられ、前記気
    筒判別手段によって判別された気筒を対象として前記駆
    動タイミング制御手段によって最適の時期に前記通路面
    積制御手段を作動させて、気筒毎の還流排気ガス量を制
    御する内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記駆動タイミング
    制御手段が、気筒毎に前記通路面積制御手段を作動させ
    る駆動タイミングを制御するための2次元マップを備え
    ている内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  5. 【請求項5】 吸気管と排気管とを連通する還流排気ガ
    ス通路の途中に還流排気ガス量制御弁を備える内燃機関
    の排気ガス還流制御装置において、内燃機関に導入され
    る新気の量に応じた値を検出する第1検出手段と、該第
    1検出手段による検出値に基づいて内燃機関の気筒毎に
    供給される新気量を算出する第1算出手段と、新気量と
    還流排気ガス量との和である前記内燃機関の総吸気量に
    応じた値を検出する第2検出手段と、該第2検出手段の
    検出値に基づいて前記内燃機関の気筒毎の総吸気量を算
    出する第2算出手段と、前記第1算出手段により算出さ
    れる気筒毎の新気量と第2算出手段により算出される気
    筒毎の総吸気量から気筒毎の排気ガス還流率を算出する
    第3算出手段と、該第3算出手段による算出値が運転条
    件毎に設定された目標値に等しくなるように前記通路面
    積制御手段の作動を制御する制御手段とからなる内燃機
    関の排気ガス還流制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記第1検出手段が
    前記還流排気ガス通路の開口部よりも上流側における前
    記吸気管に設けられたエアーフローメータであり、第2
    検出手段が前記還流排気ガス通路の開口部よりも下流側
    における前記吸気管の圧力を検出する圧力検出器である
    内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  7. 【請求項7】 請求項5において、前記第1算出手段
    は、前記第1検出手段の情報を一定時間毎に記憶する記
    憶手段と、前記内燃機関の各気筒の吸気行程期間中に前
    記記憶手段の記憶値を積算する積算手段とを備えてい
    て、この積算値が新気量の算出に反映される内燃機関の
    排気ガス還流制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項5において、前記第2算出手段
    は、気筒間で平均化された総吸気量を算出し、この算出
    値が新気量との差の算出値に反映される内燃機関の排気
    ガス還流制御装置。
  9. 【請求項9】 請求項5において、前記制御手段による
    前記通路面積制御手段の制御が各気筒の吸気行程毎に行
    われる内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  10. 【請求項10】 請求項9において、前記通路面積制御
    手段によって各気筒の吸気行程毎に行われる制御が、気
    筒判別手段によってその時に吸気行程にある気筒を判別
    した後に、駆動タイミング制御手段によってその気筒に
    最適の時期に前記通路面積制御手段を駆動することによ
    って行われる内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  11. 【請求項11】 請求項5において、前記第3の算出手
    段は、算出された全気筒の排気ガス還流率に応じた値を
    平均化する平均値算出手段を備えていて、この平均値が
    目標値に等しくなるように還流排気ガス制御弁の作動制
    御を行う内燃機関の排気ガス還流制御装置。
  12. 【請求項12】 還流排気ガス量を制御する還流排気ガ
    ス量制御弁と、内燃機関に導入される新気の量を検出す
    る新気量検出手段と、還流排気ガスと新気とが混合され
    た総吸気量を検出する総吸気量検出手段と、検出された
    新気量及び総吸気量から排気ガス還流率を算出する排気
    ガス還流率算出手段と、新気が内燃機関に導入される吸
    気通路に設けられ、その通路面積を制御する通路面積制
    御手段と、算出された排気ガス還流率に応じて前記還流
    排気ガス量制御弁を制御する第1の制御手段と、算出さ
    れた排気ガス還流率に応じて前記通路面積制御手段を制
    御する第2の制御手段とを備えている内燃機関の排気ガ
    ス還流制御装置。
  13. 【請求項13】 請求項12において、前記第1の制御
    手段は各気筒の排気ガス還流率の平均値に応じて還流排
    気ガス量制御弁の制御を行い、第2の制御手段は各気筒
    の排気ガス還流率に応じて通路面積制御手段を気筒毎に
    独立制御する内燃機関の排気ガス還流制御装置。
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