JPH1136994A - ターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

ターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置

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JPH1136994A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ターボ過給機７を備えたエンジンにおいて、定
常運転時に多量の排気を還流させることによってＮＯｘ
の低減を図りながら、加速応答性を高める。 【解決手段】加速運転時の目標空燃比を定常運転時の目
標空燃比よりもリーン側に設定し、定常運転時及び加速
運転時の各々において、検出される吸入空気量と燃料噴
射量とに基づいて、それぞれの目標とする空燃比となる
ように排気還流量を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れるターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】特公昭６３−５０５４４号公報には、過
給機付ディーゼルエンジンの排気還流制御装置に関し、
排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を減少させるために、排
気還流量を調節することによって吸気（新気）の空気比
λを調節することが記載されている。
【０００３】特開平６−２２９３２２号公報には、多気
筒エンジンの排気還流制御装置に関し、気筒毎に吸入空
気量を検出し、該吸入空気量に応じて排気還流量を調節
することが記載されている。これは、気筒間のＥＧＲ
（排気還流）率（＝ＥＧＲ量／吸入空気量）にばらつき
を生じないようにする、つまり各気筒のＥＧＲ率を同じ
にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジンは、空燃比がかなりリーン（希薄）な状態で運
転されるため、ＮＯｘの排出量が多くなる。この問題に
対しては、排気還流量を多くすることによって対処する
ことができ、これによりＮＯｘを低減させることができ
る。しかし、排気還流量を多くすると、そのことによっ
て吸気中の空気量が減少するため、排気中のスモーク量
が多くなる。吸気中の空気量が減少するということは、
それだけ空燃比がリッチ側へ変化しているということで
ある。
【０００５】これに対して、本発明者は、空燃比とスモ
ーク量との関係を調べた結果、空燃比がある値を越える
とスモーク量が急に増大することを見出だした。従っ
て、上記ＮＯｘの低減とスモークの低減を両立させるた
めには、スモーク量が急増し始める前のできるだけリッ
チ側の空燃比を目標として排気還流量を制御することが
好ましい、ということができる。
【０００６】しかし、ターボ過給機付ディーゼルエンジ
ンの場合、多量の排気を吸気系に還流させている定常運
転状態では、ターボ過給機に与えられる排気エネルギー
が少なくなっているから、この運転状態からアクセルペ
ダルの踏込みによって過給領域に入っても直ちには所期
の過給効果が得られない。
【０００７】その場合の問題は、アクセルペダルが踏み
込まれると、そのことによって燃料噴射量が多くなる
が、過給が遅れるため空燃比がかなりリッチな状態にな
り、一時的にエンジンの出力が低下していわゆるターボ
ラグが大きくなるとともに、排気中のスモーク量が急増
することにある。しかも、このようにエンジンの出力が
速やかに上昇しない場合には、運転者がさらにアクセル
ペダルを踏み込んでしまってターボラグが助長されるこ
とになり、アクセル踏込み→エンジン出力の低下、スモ
ーク量の増大→アクセル踏込み、という悪循環を招きか
ねない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
では、エンジンがターボ過給機によって過給を行なう過
給運転状態にあるときに、上述の如き問題を生じない適
切な空燃比を設定し、この空燃比を目標として排気還流
の制御を行なうようにしたものである。
【０００９】すなわち、その発明は、エンジンの排気を
利用するターボ過給機と、排気通路の該ターボ過給機の
タービンが配設された部位よりも上流側から排気の一部
を取り出して該ターボ過給機のブロアが配設された部位
よりも下流側に還流させる排気還流通路とを備え、且つ
アクセル操作量に基づいて燃焼室への燃料の噴射量が決
定されるターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御
装置において、上記吸気通路に設けられた吸入空気量を
検出するためのセンサと、上記燃料噴射量を求める手段
と、上記排気還流通路に設けられた排気還流量をリニア
に調節する手段と、エンジンが上記ターボ過給機によっ
て過給をする過給運転状態にあるか否かを判別する手段
と、エンジンが過給運転状態にあるときの目標空燃比を
設定する手段と、エンジンが上記過給運転状態にあると
きに、上記吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて、上記
目標とする空燃比となるように上記排気還流量調節手段
の作動を制御する制御手段とを備えていることを特徴と
する。
【００１０】従って、エンジンがターボ過給機によって
過給をする運転状態にあるときに、目標空燃比を定めて
排気還流量を制御するから、当該過給時に燃料噴射量の
増量に伴って空燃比が過度にリッチになることを避ける
ことができる。すなわち、過給前に排気中のＮＯｘ及び
スモークを低減を低減すべく多量の排気を還流し、その
ことによってターボ過給機に与える排気エネルギーが少
なくなっている場合でも、当該空燃比制御によって排気
還流量を減少させ、相対的に吸入空気量を増やすことに
より、燃料噴射量増量に伴うスモーク発生量の増大やエ
ンジン出力の低下を防止して加速応答性を高めることが
可能になる。
【００１１】−吸入空気量検出センサについて− 上記吸入空気量を検出するためのセンサについては、吸
気通路の空気流量又は吸気管圧力を検出するセンサを採
用することができ、そのセンサからの出力に基づいて吸
入空気量を求めることができる。吸気管圧力を検出した
場合には、これとエンジン回転数とに基づいて吸入空気
量を求めることになる。
【００１２】上記空気流量を検出するセンサとしては、
定温度型ホットフィルム式エアフローセンサを採用する
ことが好適である。これは、通電によって加熱されてい
るホットフィルムの放散熱量はそこを通過する空気の質
量に依存するから、このホットメルトを一定温度に保つ
ために必要な通電量に基づいて空気流量を求める、とい
うものである。これによれば、流速変動があっても、空
気流量を確実にとらえることができる。
【００１３】上記定温度型ホットフィルム式エアフロー
センサとしては、吸気通路に吸気流れ方向と直交するよ
うに配されたヒータとこのヒータを挟んで上流側と下流
側とに配置されたホットフィルムとを備え、両ホットフ
ィルムの温度の高低に基づいて逆流を検出する逆流検出
型が好適であり、これにより、気筒に流れる正方向の空
気流量のみを計測することができ、排気還流量の制御に
逆流による誤差が入ることを避けることができる。
【００１４】ここに、排気中のＯ2 濃度を検出するＯ2
センサを排気通路に設けておいて、該センサの出力から
そのときの空燃比を求め、該空燃比と燃料噴射量とに基
づいて吸入空気量を求めることもできるが、その場合
は、例えば２サイクルほど前の吸入空気量が求まること
になり、ターボ過給機による過給を行なうような過渡時
の排気還流制御には向かない。これに対して、上記吸気
通路のセンサの場合は、燃焼前の吸入空気量を計測する
ことができ、吸入空気量の変化に対応させて応答性良く
排気還流量を制御することができ、上記ＮＯｘ及びスモ
ークの確実な低減に有利になる。
【００１５】−過渡時の排気還流制御について− エンジンが低負荷ないし中負荷の定常運転状態にあると
きの目標空燃比を設定する手段を設けておいて、上記過
給時の目標空燃比設定手段によって、エンジンが上記定
常運転状態から上記過給運転状態に入ったときに過給時
の目標空燃比を設定するようにし、エンジンが低負荷な
いし中負荷の定常運転状態にあるときは上記定常時の目
標空燃比となるように上記排気還流量調節手段の作動を
フィードバック制御し、エンジンがこの定常運転状態か
ら上記過給運転状態に入ったときに上記過給時の目標空
燃比となるように上記排気還流量調節手段の作動をフィ
ードバック制御することが好適である。
【００１６】すなわち、エンジンが定常運転状態にある
ときと、そこから過給運転状態に入った過渡時では、エ
ンジンに求められる特性が異なり、定常運転時では排気
中のＮＯｘやスモークの量を低減することが重要な課題
となり、過渡時ではＮＯｘ・スモークの増大を抑えなが
らエンジン出力を速やかに上昇させることが重要な課題
となる。従って、上記定常時の目標空燃比と過渡時の目
標空燃比を異なるものにすることによって、この課題を
解決することができる。
【００１７】エンジンが上記定常運転状態から上記過給
運転状態に入ったときは、目標空燃比を上記定常時の目
標空燃比よりもリーンに設定することが好適である。す
なわち、過渡時には燃料噴射量の増大に見合うように吸
入空気量が増大することが求められるところ、目標空燃
比をリーンに設定すれば、排気還流量が減少する方向の
制御になるから、その分、吸入空気量が増大するためで
ある。
【００１８】また、一時的に空燃比がリーンになってＮ
Ｏｘ発生量が増えても、加速応答性が高まることから、
早期に定常運転状態に移行して多量の排気還流を行なう
ことができるようになるため、全体的にみればＮＯｘ排
出量は少なくなる。
【００１９】−過渡時の燃料噴射量の増量抑制− エンジンが上記定常運転状態から上記過給運転状態に入
ったときの、上記アクセル操作量の増大に対する燃料噴
射量の増量を抑制する手段を設けることが好適である。
すなわち、上述の如く目標空燃比となるように排気還流
制御を行なっても、フィードバック制御では吸入空気量
を急増させることはできないから、アクセル操作量の増
大に伴って燃料噴射量が急増すれば、空燃比が過度にリ
ッチになり、所期の目的を達成することができない。そ
こで、エンジンが定常運転状態から過給運転状態に入っ
たときの燃料噴射量の増量を抑制するようにするもので
ある。
【００２０】そのような燃料噴射量の増量抑制手段とし
ては、上記定常時の目標空燃比よりもリッチ側の所定の
限界空燃比を越えないように、吸入空気量に応じて燃料
噴射量の上限を定めるものであることが好適である。
【００２１】すなわち、ここで問題にするのは空燃比が
過度にリッチになることであるから、燃料噴射量の上限
を空燃比との関係で定めるものであり、そのための限界
空燃比を定常時の目標空燃比よりもリッチ側に設定して
いるのは、スモーク発生の抑制という面では不利になる
ものの、燃料の増量による加速要求が前提として存在す
るからである。そして、一時的に空燃比がリッチになっ
ても、加速性が向上することによって早期に定常運転状
態に移行することになるため、全体的にみれば、スモー
ク発生量が増大することを避けることができる。従っ
て、限界空燃比は加速要求を満たすことができる範囲で
リッチに設定する必要がある。
【００２２】−排気還流量の強制低減− 上記エンジンが低負荷ないし中負荷の定常運転状態から
上記過給運転状態に入ったとき、空燃比が上記過給時の
目標空燃比に所定レベル以上に近付くまでは、該目標空
燃比によらずに、排気還流量が減少するように又は零と
なるように上記排気還流量調節手段を作動させることが
好適である。
【００２３】すなわち、エンジンが定常運転状態から過
給運転状態に入ったとき、目標とする空燃比となるよう
に排気還流のフィードバック制御を行なっても、排気還
流量を急減させることはできないから、これを強制的に
減少させることによって吸入空気量を急増させるもので
ある。
【００２４】−過給時の排気還流と燃料噴射の並行制御
− 燃料噴射量を調節する手段と、上記過給時に、上記排気
還流制御のための目標空燃比とは別に燃料噴射量を制御
するための目標空燃比を設定する手段と、上記過給時
に、上記排気還流制御と並行して、上記燃料噴射量制御
用の目標空燃比となるように上記燃料噴射量調節手段の
作動をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段とを
設けることが好適である。
【００２５】すなわち、過給時（過渡時）にはアクセル
ペダルの踏み込みに伴って燃料噴射量を増大させる必要
があるが、その場合の目標とする空燃比は、排気還流量
の制御の場合とは別に、加速性の向上の観点から設定す
ることが好ましい。
【００２６】そのような過給時の燃料噴射量制御用の目
標空燃比については、これを上記過給時の排気還流制御
用の目標空燃比よりもリッチ側に設定することが、加速
性の向上の観点から好ましい。但し、この目標空燃比を
過度にリッチ側に設定すると、不完全燃焼によってスモ
ーク量が多くなり過ぎるとともに、エンジン出力の向上
の観点から不利になるため、スモーク量が過剰にならな
い範囲で且つエンジン出力の向上に支障がない範囲でリ
ッチ側に設定する必要がある。
【００２７】また、上記過給時の燃料噴射量制御用の目
標空燃比が上記定常時の目標空燃比よりもリッチ側に設
定され、上記過給時の排気還流制御用の目標空燃比が上
記定常時の目標空燃比よりもリーン側に設定されるよう
にすることが好適である。
【００２８】これにより、排気還流量を下げて吸入空気
量の増大、過給機に与える排気エネルギーの増大を図り
ながら、燃料の増量によるエンジン出力の増大を図るこ
とができる。
【００２９】−定常時の排気還流制御用の目標空燃比− この定常時の目標空燃比については、空燃比がリッチに
なることに伴って排気ガス中のスモーク量が増大する変
化特性をみたときの、該スモーク量が緩増から急増に変
化するときの空燃比に設定することが好適である。すな
わち、これにより、ＮＯｘ低減とスモーク量の低減とを
両立させることができる。
【００３０】また、各気筒の定常時の目標空燃比は略同
一とすることができる。この点は過給時の排気還流制御
用及び燃料噴射量制御用の目標空燃比の場合であっても
同様である。略同一とは完全同一を含む。気筒毎に吸入
空気量を検出して気筒毎に排気還流量を制御するように
すれば、各気筒を上記両立が図れる略同一の空燃比に制
御することができる。
【００３１】−ＶＧＴ制御− 上記ターボ過給機として、そのＡ／Ｒを変更することが
できるバリアブルジオメトリー型ターボ過給機を採用
し、エンジンが定常運転状態から過給運転状態に入った
ときのＡ／Ｒを強制的に一時的に小さくすることが好適
である。
【００３２】すなわち、エンジンが定常運転状態にある
ときは、多量の排気を還流させていて、ターボ過給機に
与えられる排気エネルギーが少なくなっており、この状
態で過給を行なっても吸入空気量の速やかな増大は望め
ない。そこで、上記Ａ／Ｒを小さくするとによって過給
効率を高め、空燃比が目標空燃比に所定レベル以上に近
付いたときにＡ／Ｒの低減制御を解除するものである。
【００３３】−排気還流用開閉弁の並列配置− 上記排気還流通路として、開度をリニアに調節すること
ができるリニア開閉弁が設けられた通路と、開・閉の２
位置に切り替えられるオンオフ開閉弁が設けられた通路
とを並列に設け、エンジンが定常運転状態にあるとき
に、上記オンオフ開閉弁を開として目標とする空燃比と
なるように上記リニア開閉弁の開度をフィードバック制
御し、エンジンが定常運転状態から過給運転状態に入っ
たときに上記オンオフ開閉弁を閉に制御することが好適
である。
【００３４】すなわち、エンジンが定常運転状態にある
ときに、オンオフ開閉弁を開としてリニア開閉弁の開度
を制御するようにすれば、この２つの通路によって多量
の排気を還流させることができＮＯｘの低減に有利にな
る。一方、エンジンが過給運転状態に入ったときは上記
オンオフ開閉弁が閉となるから、そのことによって排気
還流量を急減させることができ、吸入吸気量を急増させ
ることができる。
【００３５】−排気還流用開閉弁の直列配置− 上記排気還流通路に、開度をリニアに調節することがで
きるリニア開閉弁と、開・閉の２位置に切り替えられる
オンオフ開閉弁とを直列に配置し、エンジンが定常運転
状態にあるときに、上記オンオフ開閉弁を開として、目
標とする空燃比となるように上記リニア開閉弁の開度を
フィードバック制御し、エンジンが定常運転状態から過
給の運転状態に入ったときに上記オンオフ開閉弁を閉に
制御することが好適である。
【００３６】すなわち、エンジンが定常運転状態にある
ときはリニア開閉弁によって予定するフィードバック制
御を行なうことができ、過給運転状態に入ったときはオ
ンオフ開閉弁の閉によって排気還流が止められるため、
吸入空気量を急増させることができる。
【００３７】−排気還流用開閉弁のプリセット− 上記排気還流量調節手段を、上記排気還流通路に設けら
れたダイヤフラム式開閉弁とした場合、その開度が零の
ときに当該開閉弁の圧力室に所定のプリセット圧を与え
るプリセット圧制御手段を設けることが好適である。
【００３８】すなわち、定常運転時に多量の排気還流を
行なうには排気還流通路の通路断面面積を大きくするべ
く、孔径の大きなパイプを採用する必要がある。従っ
て、ダイヤフラム式開閉弁にあっては、その弁本体が大
型になり、その駆動手段に異常が発生したとき（例えば
作動用の負圧が得られなくなったとき）のフェイルセー
フのために、弁本体が閉止状態で不用意に動かないよう
に、弁本体を弁座に対して大きなばね力で押し付けるこ
とができるようにする必要がある。しかし、そのこと
は、正常時において当該開閉弁を一旦閉にすると、これ
を開動させるために当該ばね力に打ち勝つ圧力を得るま
でに時間がかかることになる。これでは、エンジンが過
給運転状態になって当該開閉弁を閉になつた後、過給運
転状態から定常運転状態に戻ったときに、排気還流を再
開するまでに時間がかかり、その間排気還流ができなく
て、ＮＯｘの発生量が多くなる。
【００３９】そこで、当該発明では、ダイヤフラム式開
閉弁にプリセットを与えるようにして、少しの圧力上昇
（負圧応動式であれば、負圧の大きさの上昇）でこの開
閉弁を開動させることができるようにするものである。
【００４０】
【発明の効果】従って、本発明によれば、エンジンがタ
ーボ過給機による過給運転状態にあるときに、吸入空気
量と燃料噴射量とに基づいて、目標とする空燃比となる
ように排気還流量を調節するようにしたから、過給前に
排気中のＮＯｘ及びスモークを低減を低減すべく多量の
排気を還流し、そのことによってターボ過給機に与える
排気エネルギーが少なくなっている場合でも、当該空燃
比制御によって排気還流量を減少させて吸入空気量を増
やすことにより、当該過給時に燃料噴射量の増量に伴っ
て空燃比が過度にリッチになることを避け、スモーク発
生量の増大やエンジン出力の低下を防止して加速応答性
を高めることが可能になる。
【００４１】また、過給時に上記排気還流制御に並行し
て、目標とする空燃比となるように燃料噴射量を制御す
るようにしたものによれば、加速性の向上に有利にな
る。
【００４２】
【発明の実施の形態】
＜エンジン構成＞図１において、１は自動車に搭載され
る直噴式エンジンとしての４気筒ディーゼルエンジンの
エンジン本体、２は吸気通路、３は排気通路、４は各気
筒の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁、５はコントロ
ールユニット（コンピュータ制御手段）である。吸気通
路２には、その上流側から順にエアフローセンサ６、過
給機（ＶＧＴ）７、インタークーラー８が設けられ、下
流端で分岐して各気筒に接続されている。排気通路３に
は、その集合部よりも下流側にＯ2 センサ９、排気圧セ
ンサ１１、上記過給機７及び触媒コンバータ（キャタ）
１２が設けられている。
【００４３】吸気通路２と排気通路３とは、排気通路３
の過給機７よりも下流側から延びて吸気通路２の集合部
に至るＥＧＲ通路１３によって接続され、このＥＧＲ通
路１３には排気還流量を調節する負圧作動式のＥＧＲ弁
１４が設けられている。すなわち、ＥＧＲ弁１４には負
圧通路１５を介して負圧ポンプ１６が接続されていて、
この負圧通路１５に負圧制御用の電磁弁１７及び負圧セ
ンサ１８が設けられている。ＥＧＲ弁１４にはそのリフ
ト量を検出するリフトセンサ１９が設けられている。吸
気通路２の集合部には吸気圧センサ２１、及び吸気温セ
ンサ２２が設けられ、エンジンのクランクシャフトには
クランク角度を検出するセンサ２３が設けられている。
このセンサ２３は、気筒の判別とエンジン回転数の検出
にも用いられる。
【００４４】各気筒の燃料噴射弁５には燃料通路を介し
て燃料噴射ポンプ２４が接続されている。燃料通路のコ
モンレール（共通路）２５には燃料の供給圧を検出する
センサ２６が設けられている。２７はアクセルペダルの
踏込み量を検出するアクセル開度センサである。
【００４５】−ＥＧＲ弁及び過給機について− 図２に示すように、ＥＧＲ弁１４の弁箱を仕切るダイヤ
フラム１４ａに弁棒１４ｂが固定され、この弁棒１４ｂ
の両端にＥＧＲ通路１３の開度をリニアに調節する弁本
体１４ｃとリフトセンサ１９とが設けられている。弁本
体１４ｃはスプリング１４ｄによって閉方向に付勢され
ている。弁箱の負圧室に負圧通路１５が接続されてい
る。この負圧通路１５に設けられた電磁弁１７がコント
ロールユニット５からの制御信号（電流）によって負圧
通路１５を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧ
Ｒ弁駆動負圧が調節され、これによって、弁本体１４ｃ
によるＥＧＲ通路１３の開度がリニアに調節されること
になる。
【００４６】すなわち、図３に示すように、電流が大き
くなるに従ってＥＧＲ弁駆動負圧が大きくなり（つまり
圧力が低くなり）、図４に示すように、ＥＧＲ弁駆動負
圧に比例してＥＧＲ弁本体１４ｃのリフト量が変化す
る。但し、ヒステリシスがみられる。
【００４７】ターボ過給機７は、エンジンの加速時、高
負荷運転時など所定の運転領域ないし運転状態にあると
きに過給を行なうためのものであり。図５及び図６に示
すように、そのタービン室７ａの入口に、該入口の断面
積Ａを変化させると同時に、入口を半径方向の位置Ｒを
変化させるフラップ７ｂが回動可能に設けられているＶ
ＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。図５に
示すように、フラップ７ｂをその先端がタービン室７ａ
の周壁に近付くように位置付けて、Ａ／Ｒを小さくする
と過給効率が高くなり、図６に示すように、フラップ７
ｂをその先端がタービン室７ａの中心に寄るように位置
付けてＡ／Ｒを大きくすると過給効率が低くなる。
【００４８】＜直噴式エンジンの制御システムの全体構
成＞制御すべき対象は、ＥＧＲ弁（排気通路から吸気通
路に供給する排気還流通路の調節弁）、ＶＧＴ、及び燃
料噴射弁である。これらの制御は、上記コントロールユ
ニット５のメモリ上に電子的に格納された制御プログラ
ムによって実行される。
【００４９】−排気還流量制御− 各気筒のＥＧＲ率（＝ＥＧＲ量／全排気量，なお、以下
では特にことわりがないかぎり、ＥＧＲ率は全排気量中
の還流される排気量ＥＧＲ量の割合をいうものとす
る。）及び各気筒の吸入空気量の平均吸入空気量からの
偏差をみると、図４９に示す結果が得られた。すなわ
ち、排気還流通路の弁の開度を同じにしても各気筒のＥ
ＧＲ率及び吸入空気量偏差にはばらつきがあり、ＥＧＲ
率の高い気筒ではその吸入空気量が少なく、ＥＧＲ率の
低い気筒ではその吸入空気量が多い。これは、還流され
る排気の各気筒への分配性にばらつきがあるだけでな
く、各気筒間の空気吸入特性自体にばらつきがあること
が影響していると考えられる。
【００５０】そこで、基本的には全気筒に共通の目標空
燃比を定め、各気筒毎に吸入空気量を検出し、この吸入
空気量に応じて上記目標空燃比となるように気筒毎に排
気還流量を制御する、つまり、各気筒の吸入空気量に対
するＥＧＲ量の割合の均一化を図るのではなく、所定の
空燃比を目標として各気筒の空燃比の均一化を図るよう
にしたものである。
【００５１】図７に示すように、コントロールユニット
５は、アクセル開度accel 及びエンジン回転数Neの変化
における、実験的に決定された最適な目標トルクtrqsol
を記録した二次元マップ３１、エンジン回転数Ne、目標
トルクtrqsol及び新気量（吸入空気量のことであり燃料
を含まない。以下、同じ。）FAirの変化における、実験
的に決定された最適な目標燃料噴射量Fsolを記録した三
次元マップ３２、並びにエンジン回転数Neと目標トルク
trqsolの変化における、実験的に決定された最適な目標
空燃比A/Fsolを記録した二次元マップ３３を、それぞれ
メモリ上に電子的に格納して備えている。
【００５２】この目標空燃比A/FsolがＮＯｘの低減とス
モークの低減とを両立させるための排気還流量を決定す
る基準となるものである。すなわち、図８にディーゼル
エンジンの空燃比と排気中のＮＯｘ量との関係（一例）
を示すように、空燃比が上昇するとＮＯｘ量が増大する
傾向にある。従って、排気還流量を多くして空燃比を下
げれば（リッチ側にする）ＮＯｘの発生が少なくなるこ
とがわかる。
【００５３】しかし、図９に示すように、同エンジンの
空燃比と排気中のスモーク値との関係をみると、空燃比
がリッチ側になり、ある空燃比以下になるとスモーク量
が急に増大する。このことから、排気還流量を多くする
にも限界があり、上記両立を図るには、目標とする空燃
比をＮＯｘの低減が図れるようにできるだけリッチ側
に、しかもスモーク量が急増し始める前の値に定め、こ
れを目標として排気還流量を制御する必要がある、とい
うことができる。
【００５４】この制御システムでは、エアフローセンサ
６から求まる新気量と、Ｏ2 センサ９から求まる新気量
とを新気量切替部３４によって切り替えて排気還流量の
制御に用いるようになっている。この切替については後
述する。
【００５５】（エアフローセンサ６によって求められた
新気量が用いられる場合）上記センサ１，２により検出
されたアクセル開度accel とエンジン回転数Neとを用い
て、目標トルク演算部４１において上記メモリ上の二次
元マップ３１を参照して目標トルクtrqsolが決定され
る。この目標トルクtrqsolと、エアフローセンサ６によ
って計測され新気量切替部３４を介して送られる新気量
FAirとエンジン回転数Neとを用いて、目標噴射量演算部
４２において上記メモリ上の三次元マップ３２を参照し
て目標噴射量Fsolが決定される。一方、上記目標トルク
trqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標空燃比演算
部４３において上記メモリ上の二次元マップ３３を参照
して上記両立を図るための目標空燃比A/Fsolが決定され
る。
【００５６】また、上記目標噴射量Fsolと目標空燃比A/
Fsolとを用いて、目標新気量演算部４４において目標新
気量FAsol が算出される（FAsol=Fsol×A/Fsol）。この
目標新気量FAsol を目標として、新気量フィードバック
制御部４５において新気量FAirのフィードバック制御が
行なわれる。この制御は、空燃比のフィードバック制御
を行っていることと同じであるが、新気供給量自体を直
接調節するのではなく、排気還流量を調節することによ
って新気量を変化させる、というものであり、つまり、
新気の補正量を決定するものではなく、目標とするＥＧ
Ｒ弁の操作量EGRsolを決定することになる。
【００５７】（Ｏ2 センサによって求められた新気量が
用いられる場合）Ｏ2 センサ９によって検出された排気
中のＯ2 濃度は空燃比変換部４６において空燃比A/F に
変換される。この変換は両者の関係を表わす、コントロ
ールユニット５のメモリ上に電子的に格納されたテーブ
ルを参照して行なわれる。この計測空燃比A/F と目標噴
射量Fsolとを用いて新気量演算部４７において新気量FA
irが算出される（FAir＝A/F ×Fsol）。このＯ2 センサ
９による新気量FAirは、先に説明したエアフローセンサ
６の場合と同様に、新気量切替部３４を介して目標噴射
量Fsolの演算に供される。なお、新気量FAirの算出に用
いられる目標噴射量Fsolは前回値である。
【００５８】そして、二次元マップ３３によって得られ
る目標空燃比A/Fsolを目標として、空燃比フィードバッ
ク制御部４８において空燃比A/F のフィードバック制御
が行なわれる。この制御も、排気還流量を調節すること
によって新気量を変化させ空燃比A/F を目標値に近付け
る、というものであり、目標とするＥＧＲ弁の操作量EG
Rsolを決定することになる。
【００５９】（排気還流量調節手段の制御）ＥＧＲ弁駆
動量切替部４９において、上記エアフローセンサ６によ
る新気量を用いて求められたＥＧＲ弁の目標操作量EGRs
olと、Ｏ2 センサ９による新気量を用いて求められたＥ
ＧＲ弁の目標操作量EGRsolとのうちの一方が選択され、
ＥＧＲ弁の制御に用いられる。この選択切替は、先の新
気量切替部３４の切替に連動する。
【００６０】−ＶＧＴ制御− コントロールユニット５は、目標トルクtrqsol及びエン
ジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適
な目標ターボ効率VGTsolを記録した二次元マップ５１を
メモリ上に電子的に格納して備えており、上記二次元マ
ップ３１によって得られる目標トルクtrqsolとエンジン
回転数Neとを用いて、目標ターボ効率演算部５２におい
て当該マップ５１を参照して目標ターボ効率VGTsolが演
算され、これを用いてＶＧＴが制御される。
【００６１】−燃料噴射量制御− コントロールユニット５は、目標トルクtrqsol及びエン
ジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適
なコモンレール圧力CRPsolを記録した二次元マップ５３
をメモリ上に電子的に格納して備えている。そして、上
記二次元マップ３１によって得られる目標トルクtrqsol
とエンジン回転数Neとを用いて、コモンレール圧力演算
部５４において当該マップ５３を参照して目標コモンレ
ール圧力CRPsolが演算され、これを用いてコモンレール
圧力が制御される。この制御されたコモンレール圧力CR
P と目標噴射量Fsolとに基づいて電磁式燃料噴射弁４の
励磁時間を決定し制御する。
【００６２】＜排気還流・燃料噴射制御の全体の流れ＞
当該制御の全体の流れは、図１０に示されている。すな
わち、エアフローセンサ６又はＯ2 センサ９によって検
出される吸入空気量及びクランク角度センサ２３によっ
て検出されるクランク角度に基づいて気筒毎に吸入空気
量FAirが求められる（ステップ１〜３）。また、クラン
ク角度センサ２３によって検出されるエンジン回転数N
e、アクセル開度センサ２７によって検出されるアクセ
ル開度accel 及び上記吸入空気量FAirに基づいて目標燃
料噴射量Fsolが求められる（ステップ４〜６）。
【００６３】アクセル開度accel 、エンジン回転数Ne等
に基づいて当該エンジンが低負荷ないし中負荷の定常運
転状態にあるか、加速運転状態（定常運転状態からター
ボ過給機７による過給が行なわれる過給運転状態に入っ
た状態）にあるかの過渡判定が行なわれ（ステップ
７）、定常運転時には基本目標空燃比が設定され、目標
吸入空気量が求められて、ＥＧＲ弁基本制御が行なわ
れ、この基本制御が気筒毎の吸入空気量FAirに基づく気
筒毎のＥＧＲ弁制御によって補正される（ステップ８〜
１１）。この気筒毎のＥＧＲ弁の補正制御が、ＮＯｘの
低減とスモークの低減とを両立させるための空燃比のフ
ィードバック制御に相当する。加速運転時には加速時の
目標空燃比が設定され、加速時のＥＧＲ弁制御及び噴射
量制御が行なわれる（ステップ１２〜１４）。
【００６４】＜気筒毎の吸入空気流量の検出及び吸入空
気量の算出＞この検出に用いたエアフローセンサ６は、
定温度型ホットフィルム式であり、吸気通路２に吸気流
れ方向と直交するように配されたヒータとこのヒータを
挟んで上流側と下流側とに配置されたホットフィルムと
を備え、両ホットフィルムの温度の高低に基づいて逆流
を検出する逆流検出型である。図１１に検出された吸入
空気流量の例が示されている。同図の斜線を入れた部分
が逆流分であり、この逆流分が差し引かれた積分値、す
なわち、実際に各気筒に吸入された空気量が変動してい
ることがわかる。
【００６５】図１２に上記エアフローセンサ６を用いた
ときの気筒毎の吸入空気量の算出（図１０のステップ１
〜３）の具体的なフローを示す。吸入空気流量を積分し
ていくとともに、経過時間を計測していき、クランク角
度が１８０度に達する都度、その１８０度分の吸入空気
流量の積分値Ｑを当該気筒(i) の吸入空気量Ｑi とし、
その所要時間（クランクタイマ時間Ｔ）を当該気筒(i)
のクランク間隔Ｔi とし、得られた４気筒の吸入空気量
Ｑi の平均値を基本吸入空気量Ｑavとして求める（ステ
ップＡ１〜Ａ７）。なお、４気筒の各々には便宜上気筒
番号「０，１，２，３」を与えている。
【００６６】また、吸気行程の時期が１つの前の気筒(i
-1) を基準とする、当該気筒(i) の吸入空気量の変化率
ΔＱi=Ｑi/Ｑi-1 とクランク間隔の変化率ΔＴi=Ｔi/Ｔ
i-1を求め、吸気行程の時間を加味した吸入空気量の変
化指数ΔＱti＝ΔＱi/ΔＴiを求める（ステップＡ８〜
Ａ１０）。ここで、ΔＴi を考慮するのは、トルク変動
（クランクシャフトの角速度変動）による外乱をできる
だけ排除するためであり、この処理は特にトルク変動の
大きなアイドル運転時に効を奏する。そして、この変化
指数ΔＱtiに基づいて各気筒の吸入空気量特性ΔＱt'
(i) を次式により求める（ステップＡ１１）。
【００６７】 ΔＱt'(i) ＝ΔＱti×ｒ＋ΔＱti´（１−ｒ） 但し、０＜ｒ≦１ すなわち、ΔＱti´は変化指数ΔＱtiの前回値であり、
今回の変化指数ΔＱtiに前回値を所定の割合で反映させ
るものである。これにより、吸入空気量に関する気筒間
の固体差が漸次明瞭になっていく。
【００６８】＜過渡判定＞図１３に過渡判定（図１０の
ステップ４〜７）の具体的なフローを示す。この過渡判
定は加速判定であり、アクセル開度の変化による判定
と、燃料噴射量の変化による判定とがある。エンジンの
加速運転時には、燃料噴射量の増大に応じて吸入空気量
を増やす必要があるが、そのためには排気還流量を速や
かに減らす必要がある。このような排気還流量低減制御
を行なうための過渡判定である。
【００６９】すなわち、アクセル開度Acc とエンジン回
転数Neと吸入空気量Ｑavとを用いて、図７の三次元マッ
プ３２より燃料噴射量Ｆを読み込むとともに、アクセル
開度の今回値Acc と前回値Acc'とに基づいてその変化量
ΔAcc=Acc −Acc'を求める（ステップＢ１〜Ｂ３）。燃
料噴射量Ｆとエンジン回転数Neとを用いて二次元マップ
から加速判定基準αccを読み込む（ステップＢ４）。
【００７０】このαccは、上記アクセル開度変化量ΔAc
c に基づいて加速判定をするためのものであり、例えば
エンジン回転数Neが高いほど大きくなり（加速判定され
難い）、燃料噴射量Ｆが多いほど小さくなる（加速判定
され易い）、というように、燃料噴射量Ｆとエンジン回
転数Neの変化における、最適な値が実験的に決定されて
メモリ上に電子的に格納されている。低負荷運転時はも
ともと排気還流量が多いため、アクセル変化（燃料噴射
量増大変化）が大きいときに、排気還流量の低減制御に
速やかに移行することができるように、燃料噴射量が多
いほど上記αccを小さくしているものである。
【００７１】そして、加速係数α＝ΔAcc/αccが１より
も大のときに当該エンジンが加速運転状態にあると判定
される。加速が判定された場合には、加速係数αと別途
求められた目標空燃比ＴA/F とに基づいて過渡時のＥＧ
Ｒ弁操作量ＫＴegr をマップより読み込む（ステップＢ
５〜Ｂ７）。これは、アクセル開度の拡大方向の変化が
急であるような場合（アクセルペダルが急に踏み込まれ
たような場合）には、排気還流によるＮＯｘの低減より
も、加速要求を優先させて排気還流量を速やかに減らす
ためである。従って、ＥＧＲ弁操作量ＫＴegr のマップ
は、加速係数αが大きくなるほどＥＧＲ弁の開度が小さ
くなるように、その操作量が実験的に求められて作成さ
れ、メモリ上に電子的に格納されているものである。
【００７２】上記アクセル開度による加速判定のとき
は、その判定に基づいて言わば見込みでＥＧＲ弁操作量
を決定するものであるが、次の燃料噴射量に基づく過渡
判定は実際の加速要求を燃料噴射量に基づいてチェック
し、その加速要求に合致した燃料噴射制御を行なうため
のものである。
【００７３】すなわち、燃料噴射量の今回値Ｆと前回値
Ｆ´とに基づいてその変化率ΔＦ＝Ｆ／Ｆ´が求めら
れ、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neとを用いて二次元
マップから加速判定基準Ｆk を読み込む（ステップＢ
８，Ｂ９）。このＦk も上記αccと同様に設定されてメ
モリ上に電子的に格納されている。そして、噴射量変化
係数β＝ΔＦ／Ｆk が１よりも大のときに加速時の燃料
噴射制御がなされ、小のときには定常時の排気還流制御
がなされる（ステップＢ１０，Ｂ１１）。
【００７４】＜定常時の排気還流制御＞これは、図１４
に示されており、エンジン回転数Neとアクセル開度Acc
とを用いて図７の二次元マップ３１より目標トルクＴtr
q を読み込み、このＴtrq とNeとを用いて二次元マップ
３３より目標空燃比ＴA/F を読み込み、目標吸入空気量
ＴＱ＝ＴA/F ×Ｆが求められる（ステップＣ１〜Ｃ
３）。そして、吸入空気量偏差Ｑerr=ＴＱ−Ｑavが求め
られ、この偏差Ｑerr が零になるようにＩＰＤ制御によ
って基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegr を求める（ステップＣ
４，Ｃ５）。
【００７５】上述のＮＯｘの低減とスモークの低減の両
立が図れる空燃比はエンジン回転数Ne及びエンジントル
クＴtrq （換言すれば、燃料噴射量Ｆ）の各々によって
少しずつ異なり、特に過給を行なう場合と行わない場合
とでは比較的大きく異なる。つまり、過給を行なうと燃
焼室での空気と燃料とのミキシングが良好になり、燃料
の燃え残りが少なくなる（スモークが少なくなる）た
め、過給状態（エンジン回転数高）と非過給状態（エン
ジン回転数低）とでは前者の方が目標空燃比をよりリッ
チ側に設定することが可能であり、そのことはＮＯｘの
低減に有利に働く。
【００７６】そこで、アクセル開度変化量ΔAcc の絶対
値が所定閾値Ｔｈacc よりも小さい状態が所定数ｎサイ
クル連続し且つ燃料噴射が行なわれている、という定常
判定のための条件がチェックされる（ステップＣ６）。
これは、このフローの制御はアイドル運転時及びその後
の定常運転時におけるエミッションの向上を目的とする
からである。なお、減速時（Ｆ＝０）では排気還流は行
なわれないため、ＥＧＲ弁の開度は零となる。
【００７７】定常運転が確認されると、先に求めた吸入
空気量特性ΔＱt'(i) とEGR 補正ゲインＥ(i) とによっ
て気筒毎のＥＧＲ弁補正操作量ΔＴegr(i)が求められる
（ステップＣ７）。すなわち、ΔＴegr(i)＝ΔＱt'(i)
×Ｅ(i) ＋ΔＴegr'(i) である。ΔＴegr'(i) は当該気
筒ｉのＥＧＲ弁補正操作量の前回値である。この積分
は、ΔＱt'(i) の値自体は強調されたものであるが、Ｅ
ＧＲ弁補正操作量をさらに気筒間の固体差に応じた適切
な補正量に到達させるためのものである。
【００７８】４気筒すべてのＥＧＲ弁補正操作量が求め
られると、この４気筒のＥＧＲ弁補正操作量の平均値Δ
Ｔegr-avが求められる。この平均値は本来は零になるべ
きものであるが、上記ステップＣ７の処理を行なうと、
種々の要因でその平均値がマイナスになったりプラスに
なったりする。これでは、基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegrを
基準として各気筒のＥＧＲ弁操作量を補正制御する、と
いう本来の目的が損なわれる。そこで、当該平均値にマ
イナスが出たらその絶対値を上記各気筒のΔＴegr(i)に
加算し、プラスが出たら逆に減算することによって、平
均値を常に零にする処理を毎回行なう（ステップＣ８，
Ｃ９）。このようにして得られたΔＴegr(i)を上記基本
ＥＧＲ弁操作量Ｔegr に加えて、各気筒のＥＧＲ弁操作
量Ｔegr(i)を求める（ステップＣ１０）。
【００７９】＜加速係数αに基づく加速判定時の排気還
流制御＞ −単一ＥＧＲ弁の場合− 図１３のステップＢ６において加速が判定されたとき、
ステップＢ７で求められる過渡時の目標ＥＧＲ弁操作量
ＫＴegr は、加速係数α及びＴA/F の大きさに応じて異
なり、加速係数αが大きいときにはＥＧＲ弁１４の開度
が零となる。よって、その場合は排気還流が行なわれな
いことによって、各気筒の吸入空気量が増大し、燃料噴
射量が増大しても、スモーク量の増大を招くことなくエ
ンジン出力を高めることができる。
【００８０】但し、この場合は、ＥＧＲ弁１４に対して
後述するプリセットを与える制御を行ない、その後の排
気還流制御に速やかに移行することができるようにす
る。
【００８１】−ＥＧＲ弁のプリセット制御− ＥＧＲ弁１４は、排気還流制御中においてはＥＧＲ通路
１３を閉じたときでも、弁本体１４ｃがスプリング１４
ｄによって弁座に押圧される力が小さくなるように、ひ
いては押圧力が零となるように、所定のＥＧＲ弁駆動負
圧（プリセット負圧）を負圧室に及ぼすことによって、
スプリング１４ｄによる閉方向の押圧力とＥＧＲ弁駆動
負圧とを釣り合わせるようにしている。すなわち、図４
に示すように、プリセット負圧は、ＥＧＲ弁を閉方向に
制御しＥＧＲ弁リフト量が零に到達した時点のＥＧＲ弁
駆動負圧である。ＥＧＲ弁１４にプリセット負圧を与え
るための具体的な制御フローは図１５に示されている。
【００８２】すなわち、ＥＧＲ弁操作量Ｔegr が、ＥＧ
Ｒ弁リフト量が零となる操作量であるときは、リフトセ
ンサ１９の値EGRVliftを読み込む（ステップＤ１，Ｄ
２）。このEGRVliftがＥＧＲ弁リフト量零EGRV0 よりも
大きいときは、EGRV0 となるまでＥＧＲ弁駆動制御を行
なう（ステップＤ３，Ｄ４）。つまり、上記ＥＧＲ弁駆
動負圧をプリセット負圧EGRV0 になるまで低下させる。
排気還流のためにＥＧＲ弁操作量Ｔegr がプリセットが
零とならない操作量であるときは、通常のＥＧＲ弁駆動
制御が行なわれる（ステップＤ１→Ｄ４）。
【００８３】以上の実施例は、リフトセンサ付きのＥＧ
Ｒ弁の場合であるが、ステップＤ２，Ｄ３でリフトセン
サ１９の代わりにＥＧＲ弁駆動負圧を検出してプリセッ
ト状態を判定したり、図１６に示すようにＥＧＲ弁リフ
ト量と駆動量とが一定の関係にある場合に駆動量を検出
してプリセット状態を判定してもかまわない。ここに、
駆動量は、駆動負圧そのもの、又は該駆動負圧を発生さ
せるための負圧制御用電磁弁のデューティ値のいずれで
あってもよい。
【００８４】従って、エンジンが定常運転状態から加速
運転状態に移行したときに、加速応答性を高めるために
排気還流量を零にしても、ＥＧＲ弁１４にはプリセット
負圧が作用しているから、その後に排気還流を再開する
ときには、Ｔegr の増大に応じてＥＧＲ弁１４が応答遅
れをほとんど生ずることなく速やかに開動して、該Ｔeg
r の大きさに対応する予定の開度になる。よって、ＮＯ
ｘの低減等に有利になる。
【００８５】−複数のＥＧＲ弁を並列に備えている場合
− 図１７に示す例は、ＥＧＲ通路１３を途中で分岐させて
から再び合流させる構成とし、分岐ＥＧＲ通路１３Ａ，
１３Ｂの各々にＥＧＲ弁１４Ａ，１４Ｂを設けたもので
ある。一方の分岐ＥＧＲ通路１３Ａは通路面積が小さ
く、そこに設けられているＥＧＲ弁１４Ａは開度が通電
量に応じて連続的に変化するリニア可変バルブである。
他方の分岐ＥＧＲ通路１３Ｂは通路面積が上記分岐ＥＧ
Ｒ通路１３Ａよりも大きく、そこに設けられているＥＧ
Ｒ弁１４Ｂは通電のオン・オフによって弁本体が開と閉
の２位置に変化するオンオフバルブである。
【００８６】このように、リニア可変バルブ１４Ａの他
にオンオフバルブ１４Ｂを備えている場合の過渡時の制
御フローを図１８に示す。すなわち、現在のＥＧＲ弁１
４Ａの負圧値Ｐegr を負圧センサ１８の出力から読み込
む一方、当該過渡時の目標ＥＧＲ弁操作量ＫＴegr （図
１３のステップＢ７）を用いて、目標とするＥＧＲ弁駆
動負圧ＴＰegr をテーブル（予めメモリ上に電子的に格
納されているＫＴegrとＴＰegr との対応関係を表わす
テーブル）から読み込む（ステップＥ１，Ｅ２）。そし
て、両者の差圧（Ｐegr −ＴＰegr ）が所定値ＴＨopen
よりも大きいときには、上記オンオフバルブ１４Ｂを閉
とし、そうでないときには、これを開とする（ステップ
Ｅ３〜Ｅ５）。
【００８７】従って、エンジンの運転状態が定常状態か
ら加速状態に移行したときは、先に説明したように、加
速応答性を高めるために目標とする排気還流量が大から
小に切り替わり（定常時Ｔegr →過渡時ＫＴegr ）、Ｐ
egr −ＴＰegr ＞ＴＨopenの状態になるが、その際に上
記オンオフバルブ１４Ｂが直ちに閉となる。よって、排
気還流量の低減が速やかに行なわれることになり、吸入
空気量を急増させて加速応答性を高めることができる。
また、このとき、リニア可変バルブ１４Ａは、過渡時Ｋ
Ｔegr に基づいて開度が制御されるため、ＮＯｘ量が過
剰に増大することを防ぐことが可能である。
【００８８】一方、上記加速判定のないエンジンの定常
運転時は、上記オンオフバルブ１４Ｂは開であり、リニ
ア可変バルブ１４ＡによるＥＧＲ通路１３の開度調節に
よって排気還流量が制御されることになる。従って、エ
ンジンの通常運転時における多量の排気を還流するため
のＥＧＲ通路断面積は確保される。
【００８９】−ＥＧＲ弁駆動負圧経路を並列に備えてい
る場合− この例では、図１９に示すように、ＥＧＲ弁１４の負圧
通路１５が通路１５ａと通路１５ｂとに分岐し、通路１
５ａが電磁弁（リニア開閉弁）１７に接続され、通路１
５ｂにオンオフバルブ６１が設けられている。通路径
は、通路１５ｂの方が通路１５ａよりも大きい。
【００９０】すなわち、エンジンが加速状態にあるとき
は、吸入空気量を速やかに増大させるためにＥＧＲ弁１
４を直ちに閉にすることが要求され、そのためにはＥＧ
Ｒ弁１４の負圧室を大気圧にすればよい。しかし、電磁
弁１７は作動安定性を得るべく大気解放用通路に絞りが
設けられているため、負圧大の状態から大気圧状態にな
るまでに時間がかかる。そこで、この例では上記オンオ
フバルブ６１によってＥＧＲ弁１４を速やかに大気圧に
することができるようにしたものである。
【００９１】図２０には本例の制御フローが示されてい
る。現在のＥＧＲ弁１４Ａの負圧値Ｐegr を負圧センサ
１８の出力から読み込む一方、当該過渡時の目標ＥＧＲ
弁操作量ＫＴegr （図１３のステップＢ７）を用いて、
目標とするＥＧＲ弁駆動負圧ＴＰegr をテーブル（予め
メモリ上に電子的に格納されているＫＴegr とＴＰegr
との対応関係を表わすテーブル）から読み込む（ステッ
プＭ１，Ｍ２）。そして、両者の差圧（ＴＰegr −Ｐeg
r ）が所定値ＴＨＶopenよりも大きいときには、上記オ
ンオフバルブ６１を開とし、そうでないときには、これ
を閉とする（ステップＭ３〜Ｍ５）。
【００９２】従って、ＥＧＲ弁１４を閉じる要求があり
且つ上記負圧差が大きいときは、オンオフバルブ６１が
開となるとこによって、ＥＧＲ弁１４はその負圧室に通
路１５ｂを介して大気圧又は過給気が供給されることに
よって速やかに閉弁する。この速やかな閉弁には通路１
５ｂが大径であることも寄与する。
【００９３】−複数のＥＧＲ弁を直列に備えている場合
− 図２１に示すように、ＥＧＲ通路１３に２つのＥＧＲ弁
１４Ａ，１４Ｂが直列配置で設けられており、一方のＥ
ＧＲ弁１４Ａは開度が通電量に応じて連続的に変化する
リニア可変バルブであり、他方のＥＧＲ弁１４Ｂは通電
のオン・オフによって弁本体が開と閉の２位置に変化す
るオンオフバルブである。
【００９４】加速判定時における排気還流制御のフロー
は図２２に示されている。すなわち、吸入空気量の偏差
Ｑerr を読み込む一方、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転
数Neを用いてマップより偏差閾値ＴＨＱerr を読み込む
（ステップＦ１，Ｆ２）。この閾値ＴＨＱerr は加速要
求度の大小に係るものであり、燃料噴射量Ｆが多くなる
ほど、また、エンジン回転数Neが低くなるほど、ＴＨＱ
err が小さくなるように設定されてメモリ上に電子的に
格納されているものである。そして、上記偏差Ｑerr が
偏差閾値ＴＨＱerr よりも小さいときはオンオフバルブ
１４Ｂは開のままであるが、偏差Ｑerr が偏差閾値ＴＨ
Ｑerr 以上に大きくなると、オンオフバルブ１４Ｂが閉
に制御される（ステップＦ３〜Ｆ５）。
【００９５】従って、加速要求度が高いときにはＥＧＲ
通路１３がオンオフバルブ１４ｂによって直ちに閉じら
れるため、吸入空気量を速やかに増大させてスモークを
抑えながら燃料の増量による加速を図ることができる。
【００９６】＜噴射量変化係数βによる加速判定時の制
御＞ −排気還流制御・燃料噴射量制御− これは、図２３に示されており、先の過渡判定で加速状
態が判定されたとき、噴射量変化係数β、燃料噴射量Ｆ
及びエンジン回転数Neを用いて、これらの変化における
最適な過渡時目標空燃比ＫＴA/F を記録した三次元マッ
プを参照し、ＫＴA/F を読み込む（ステップＧ１）。こ
の過渡時目標空燃比ＫＴA/F は、排気還流量を低下させ
ることによって、スモークの発生を抑えながら速やかに
エンジン出力を高めることができるように、定常時の目
標空燃比ＴA/F よりもリーン側に設定されている。この
ＫＴA/F は、燃料噴射量Ｆに応じて低負荷側ほど、ま
た、噴射量変化係数βが大きいほど、さらにはエンジン
回転数Neが低いほど、それぞれリーン側になるように設
定されており、それぞれの変化における最適な目標空燃
比が実験的に求められてメモリ上に電子的に格納されて
いる。
【００９７】得られた過渡時目標空燃比ＫＴA/F と燃料
噴射量Ｆとに基づいて過渡時の目標吸入空気量ＴＱが算
出される（ステップＧ２）。そして、このＴＱに基づい
て、先の定常運転時と同様にＥＧＲ弁操作量が決定さ
れ、排気還流量の速やかな低減制御が行なわれる。
【００９８】これにより、過給機７に与えられる排気エ
ネルギーがさらに増大するため、吸入空気量が速やかに
増大していって、アクセルペダルの踏込みに対する加速
の応答遅れ、所謂ターボラグが防止される。
【００９９】一方、アクセルペダルの踏込みによって燃
料が増量すると空燃比がリッチになっていくため、それ
だけスモークの低減の面では不利になる。そこで、燃料
の増量を一時的に抑制すべくその増量に一定の制限を与
える。すなわち、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neのマ
ップより限界空燃比LimitA/Fを読み込む（ステップＧ
３）。この限界空燃比LimitA/Fは、スモークの発生を抑
えるためのものであり、且つその限界スモーク量は定常
時の限界スモーク量よりも多くしている。例えば２ＢＵ
程度のスモーク量となるようにするものであり、この程
度であれば、エンジンの出力トルクの増大に支障はな
い。
【０１００】上記定常時の目標空燃比ＴA/F 、過渡時の
目標空燃比ＫＴA/F 及び限界空燃比LimitA/Fの関係は図
２４に示す通りであり、基本的には、定常時の目標空燃
比ＴA/F よりもリーン側に過渡時の目標空燃比ＫＴA/F
が設定され、定常時の目標空燃比ＴA/F よりもリッチ側
に限界空燃比LimitA/Fが設定されている。この限界空燃
比LimitA/Fは、基本的には燃料噴射量が多いほどリーン
側に、また、エンジン回転数が高いほどリッチ側に設定
することができ、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neの変
化における、実験的に求めた最適な値をメモリ上に電子
的に記録している。
【０１０１】得られた限界空燃比LimitA/Fと現在の吸入
空気量Ｑ(i) とに基づいて燃料噴射量のリミットＦLimi
t が算出され、基本噴射量Ｆ、リミットＦLimit 及び最
大噴射量Ｆmax のうちの最も少ない値が目標噴射量ＴＦ
として設定される（ステップＧ４，Ｇ５）。基本噴射量
Ｆは、エンジン回転数Neとアクセル開度Acc とによって
一義的に定まる燃料噴射量であり、最大噴射量Ｆmax
は、当該エンジンの破壊を招かない燃料噴射量の上限値
である。
【０１０２】従って、過渡時に排気還流量が低減して
も、燃料噴射量の過度の増大が抑えられるため、スモー
ク量の過度の増大を抑えながら、加速要求を満たすこと
ができる。
【０１０３】−排気還流量と燃料噴射量の並行制御− 先の制御は排気還流制御を行ないながら燃料噴射量を制
限するというものであったが、この並行制御は、燃料噴
射量に関しても目標空燃比に基づいて制御するものであ
り、図２５に示されている。
【０１０４】すなわち、先の過渡判定で加速状態が判定
されたとき、噴射量変化係数β、燃料噴射量Ｆ及びエン
ジン回転数Neを用いて、これらの変化における過渡時排
気還流制御用の最適目標空燃比ＫＴA/F を記録した三次
元マップを参照し、ＫＴA/Fを読み込む（ステップＰ
１）。この過渡時排気還流用の目標空燃比ＫＴA/F は、
先の場合と同様に定常時の目標空燃比ＴA/F よりもリー
ン側に設定されたものである。
【０１０５】アクセルペダルの踏込みによって燃料が増
量すると空燃比がリッチになっていくため、それだけス
モークの低減の面では不利になる。そこで、スモーク量
の過度の増大を招くことなくエンジン出力を増大させる
ことができる、燃料噴射量制御用の目標空燃比ＫＦＴA/
F を燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neのマップより読み
込む（ステップＰ２）。このＫＦＴA/F は、燃料噴射量
Ｆとエンジン回転数Neの変化における、実験的に求めた
最適な値がメモリ上に電子的に格納されているものであ
る。すなわち、この燃料噴射量制御用のＫＦＴA/F は、
上記臨界空燃比LIMITA/Fと同様に定常時の目標空燃比Ｔ
A/F よりもリッチ側に設定されていて、その設定の根拠
となる限界スモーク量は定常時の限界スモーク量よりも
多い、例えば２ＢＵ程度のスモーク量である。
【０１０６】排気還流制御に関しては、得られた目標空
燃比ＫＴA/F と燃料噴射量Ｆとに基づいて過渡時の目標
吸入空気量ＴＱが算出される（ステップＰ３）。そし
て、このＴＱに基づいて、先の定常運転時と同様に過渡
時のＥＧＲ弁操作量ＫＴegr が決定され、排気還流量の
速やかな低減制御が行なわれる（ステップＰ４）。これ
により、過給機７に与えられる排気エネルギーがさらに
増大するため、吸入空気量が速やかに増大していって、
アクセルペダルの踏込みに対する加速の応答遅れ、所謂
ターボラグが防止される。
【０１０７】燃料噴射量制御に関しては、得られた目標
空燃比ＫＦＴA/F と現在の吸入空気量Ｑ(i) とに基づい
て過渡時燃料噴射量ＫＦが算出される（ステップＰ
５）。そして、この過渡時燃料噴射量ＫＦ及び最大噴射
量Ｆmax のうちの最も少ない値が目標噴射量ＴＦとして
設定される（ステップＰ６）。
【０１０８】従って、過渡時（加速時）には、スモーク
量が角に増大しない範囲で定常時よりも積極的に多くの
燃料を噴射することができ、これにより、エンジン出力
トルクが上昇するとともに、過給機７に与えられる排気
エネルギーが増大し、加速性向上に有利になる。
【０１０９】−ＶＧＴ制御− 次に上記加速判定時に行なうＶＧＴ過給機７の制御につ
いて説明する。すなわち、噴射量変化係数βによる加速
判定がなされたときは、目標トルクTrqsol及びエンジン
回転数Neを用い、マップ５１から目標ターボ効率VGTsol
を読み込む。そして、得られたVGTsolに基づいてＶＧＴ
過給機７のフラップ７ｂの回動位置、すなわち、Ａ／Ｒ
を調節する。
【０１１０】従って、加速時には、それまでの多量の排
気還流によって当該過給機７に与えられる排気エネルギ
ーが少なくなっていても、上記Ａ／Ｒが小さくなること
によって過給効率が高まり、吸入空気量を増大させて所
期の加速性能を得ることができる。
【０１１１】−燃料噴射時期進角制御− 次に加速時に行なう燃料噴射時期進角制御について説明
する。すなわち、このエンジンにおいては、定常時の燃
料噴射時期は、ＭＢＴよりもかなり遅角した位置に設定
され、燃料噴射量の増大に応じて漸次進角するように制
御されている。これに対して、噴射量変化係数βによる
加速判定がなされたときは、このβの大きさに応じて噴
射時期が定常時の対応する噴射時期よりもさらに進角さ
れる。
【０１１２】この噴射時期の進角は、それによって着火
が遅れることから、燃料と空気の混合が良好になり、急
速燃焼を生ずる、という効果を招く。従って、ＮＯｘが
増える一方、スモークは減ることになる。しかし、もと
もと多量の排気還流によって空燃比がリッチになってお
り、上述の如く加速時の進角を大きくしても、ＮＯｘが
過度に増大することはなく、かえってこの進角制御によ
ってスモークが減るという有利な効果が得られる。
【０１１３】−αによる加速判定時の制御とβによる加
速判定時の制御との関係− 加速係数αによる加速判定時の上述した各ＥＧＲ弁制御
は、噴射量変化係数βによる加速判定時に行なうことも
でき、また、噴射量変化係数βによる加速判定時の上述
したＶＧＴ制御及び噴射時期進角制御は加速係数αによ
る加速判定時に行なうこともできる。
【０１１４】＜エアフローセンサ６とＯ2 センサ９との
使い分け＞ −センサの特性− エアフローセンサ６は、その特性を図２６に示すよう
に、流量Ｑが多くなるに従って検出誤差ΔＱが大きくな
るが、このΔＱの上昇度は流量Ｑの上昇度に比べて小さ
い。このため、図２７に示すように、流量誤差率ΔＱ／
Ｑは低流量領域では大きいが高流量領域では小さい。こ
れに対して、ポンプ電流発生タイプのリニアＯ2 センサ
９の場合は、図２８に示すように空燃比が上昇するに従
ってその検出誤差率Ｅが大きくなる。また、Ｏ2 センサ
９によって求まる吸入空気量は、現在吸気行程にる気筒
のものではなく、吸気行程の時期が数気筒前のものに吸
入される空気量である。
【０１１５】そこで、このような両センサ６，９を、各
々の利点を十分に生かすことができるように切り替えて
各気筒の吸入空気量の測定に使用することになる。すな
わち、エンジンの運転領域の如何、並びに両センサの精
度比較結果に基づいて、両センサ６，９の使用を切り替
える。
【０１１６】−センサの切替フロー− このフローは図２９に示されている。先に説明した過渡
判定によって過渡（加速状態）が判定されると、エアフ
ローセンサ６によって求まる吸入空気量が選択されて図
７のＥＧＲ弁駆動量切替部４９において該センサ６によ
るＥＧＲ弁制御に切り替えられ、過渡時の排気還流制御
（Ａ／Ｆ制御）が行なわれる（ステップＨ１〜Ｈ５）。
Ｏ2 センサによる場合は、数気筒前の吸入空気量を検出
することになるために応答遅れを生ずるが、エアフロー
センサ６の出力による場合はそのような遅れがないた
め、過渡時において排気還流量を速やかに低減させて加
速応答性を高めることができる。
【０１１７】エンジンが定常の運転状態であれば、エア
フローセンサ６及びＯ2 センサ９のうちの一方を選択す
る判定が行なわれる（ステップＨ６，この点は後述す
る）。Ｏ2 センサ９が選択された場合には、このセンサ
９によって検出されるＯ2 濃度を用い、図３０に示すよ
うなＯ2 濃度と空燃比との関係を表わすメモリ上に電子
的に格納されたマップを参照して空燃比A/F が求めら
れ、このA/F と、これに対応する数気筒前の燃料噴射量
とに基づいてそのときの吸入空気量が算出されて、制御
に使用すべき吸入空気量が該Ｏ2 センサ９による吸入空
気量に切り替えられる（ステップＨ７〜Ｈ１０）。そし
て、図７のＥＧＲ弁駆動量切替部４９においてＯ2 セン
サ９によるＥＧＲ弁制御に切り替えられ、定常時の排気
還流制御（Ａ／Ｆ制御）が行なわれる（ステップＨ１
１，Ｈ１２）。
【０１１８】一方、エアフローセンサ６が選択された場
合には、制御に使用すべき吸入空気量が該センサ６によ
る吸入空気量に切り替えられ、該センサ６によるＥＧＲ
弁制御に切り替えられ、定常時の排気還流制御（Ａ／Ｆ
制御）が行なわれる（ステップＨ７→Ｈ１３→Ｈ１４→
Ｈ１２）。
【０１１９】従って、定常時にはエアフローセンサ６と
Ｏ2 とのうちの精度の良い方が用いられるため、所期の
制御をするうえで有利になり、また、Ｏ2 センサ９が選
択された場合でも定常運転時であるから、問題はない。
【０１２０】−センサの選択フロー− このフローは図３１に示されている。エンジンの運転状
態（エンジン回転数、アクセル開度等）を読み込み、メ
モリ上に電子的に格納されているマップを参照して吸入
空気流量が大の運転領域にあるときはエアフローセンサ
６を選択する（ステップＪ１〜Ｊ３）。図２７から明ら
かなように、吸入空気流量大のときは、エアフローセン
サ６の検出誤差率が小さいから、吸入空気流量を精度良
く検出することができ、また、この検出結果に基づいて
リアルタイムで制御を実行することができる。
【０１２１】図３２には当該運転領域の判定に使用する
マップが示されている。これは、エンジン回転数及びエ
ンジン負荷の変化における、吸入空気流量小の領域（斜
線部分）を示すものであり、実験的に求めて設定されて
いる。基本的にはエンジン回転数が高い領域ではエアフ
ローセンサ６が選択され、エンジン回転数が低い領域で
はＯ2 センサ９が選択されることになる。
【０１２２】吸入空気流量が小のとき運転領域にあると
きは、エアフローセンサ６の出力に基づいて吸入空気流
量における検出誤差AFSerrorを図２７に対応するマップ
を参照して読み出す（ステップＪ４）。また、Ｏ2 セン
サ９の出力に基づいてＯ2 濃度を読み込み、該センサ９
での検出誤差Ｏ2 error を図２８に対応するマップを参
照して読み出すが、このＯ2 濃度が所定量以上のときは
吸入空気量の測定にエアフローセンサ６を選択する（ス
テップＪ５，Ｊ６）。
【０１２３】ここでいうＯ2 濃度が所定量以上のとき
は、空燃比がλ＝１を越えて所定レベル以上にリーンに
なった運転領域（例えばＡ／Ｆ≧４０のとき）であり、
このときは図１３から明らかなようにＯ2 センサ９の検
出誤差が大きくなるため、エアフローセンサ６を吸入空
気量の測定に選択するものである。
【０１２４】これに対して、Ｏ2 濃度が所定量未満のと
きは、両センサ６，９の検出誤差を比較し、エアフロー
センサ６の検出誤差の方が小さいときには該センサ６を
吸入空気量の測定に選択し、Ｏ2 センサ９の検出誤差の
方が小さいときは該センサ９を吸入空気量の測定に選択
する（ステップＪ７〜Ｊ９）。従って、低流量領域では
吸入空気量の測定に精度の良いＯ2 センサ９を使用する
のであるが、その場合でも、空燃比が所定レベル以上に
リーンのとき、また、当該センサ９の検出誤差が大きい
ときにはエアフローセンサ６を使用することにより、最
適化が図られている。
【０１２５】但し、上記切替方式に代えて、図３３に示
すように例えば空燃比がＡ／Ｆ≧４０のリーンとなるア
イドル運転領域ないしは低負荷運転領域においてエアフ
ローセンサ６を用い、かかる運転領域において、特にア
イドル運転領域においてＮＯｘの低減のために排気還流
量を多くすることによって空燃比がリッチ側に移行した
ときにＯ2 センサ９を用いるようにしてもよい。
【０１２６】＜ＥＧＲ率の気筒間ばらつき解消制御＞こ
の制御は、ＥＧＲ率の気筒間ばらつきを少なくするもの
である。
【０１２７】−ＥＧＲ率の気筒間ばらつきについて− 排気の還流は吸気通路２の管内圧力と排気通路３の管内
圧力との差によって生ずる。図１に示すようにＥＧＲ通
路を１本しか備えていない場合、吸気通路２のＥＧＲ通
路接続位置での管内圧力及び排気通路３のＥＧＲ通路接
続位置での管内圧力は、クランク角度の変化によって例
えば図３４に示すような変化をする。この圧力脈動は、
エンジン回転数２０００ｒｐｍの場合であり、吸気通路
側の管内圧力を「Ｉｎ」の記号で表わし、排気通路側の
管内圧力を「Ｅｘ」で表わしている。この「Ｉｎ」と
「Ｅｘ」の差圧の変化は図３５に示す通りであり、この
差圧によって、図３６に破線で示すように、排気（既燃
ガス）が間欠的に吸気通路に流入する。図３６の実線は
吸気通路２を流れる吸入空気（還流排気を含む）の流量
の変化を表わす。
【０１２８】エンジン回転数１５００ｒｐｍ及び１００
０ｒｐｍの各々における上記「Ｉｎ」及び「Ｅｘ」の変
化は図３７、図３８にそれぞれ示す通りである。図３４
との比較から明らかなように、「Ｉｎ」及び「Ｅｘ」の
変化の態様はエンジン回転数によって異なる。各エンジ
ン回転数での差圧の変化をまとめて表わすと図３９のよ
うになり、エンジン回転数によって差圧のピーク位置、
ピーク高さが異なり、しかも、クランク角度によってピ
ーク高さの逆転が見られる。例えば、１８０度付近では
１５００ｒｐｍが高く１０００ｐｐｍが低いが、５４０
度付近では１０００ｐｐｍが高く２０００ｐｐｍが低
い。
【０１２９】このため、各気筒のＥＧＲ率のエンジン回
転数による変化をみると、図４０に破線で示すものにな
る。すなわち、各気筒＃１〜＃４に対するＥＧＲ率がエ
ンジン回転数によって逆転する現象を生じている。これ
が、ここで問題とするＥＧＲ率の気筒間ばらつきであ
る。
【０１３０】−ＥＧＲ操作量の補正による気筒間ばらつ
きの解消− そこで、上記エンジン回転数と各気筒のＥＧＲ率との関
係に基づいて、このＥＧＲ率に関する気筒間の固体差を
小さくするためのＥＧＲ弁操作量Ｔegr(i)の補正係数を
エンジン回転数に応じて実験的に求めてメモリ上に電子
的に格納しておく。そして、エンジン回転数Neを用いて
上記補正係数をメモリから演算し、この補正係数に基づ
いて上記ＥＧＲ弁操作量Ｔegr(i)を補正してＥＧＲ弁１
４の制御に用いる。
【０１３１】これにより、ＥＧＲ率に関する気筒間の固
体差に拘らず、すべての気筒の空燃比を目標空燃比ＴA/
F に合わせ込むことができ、ＮＯｘ低減とスモーク低減
の両立に有利になる。
【０１３２】−複数のＥＧＲ管の択一使用による気筒間
ばらつきの解消− 図４１に示すように、吸気通路２と排気通路３とは、Ｅ
ＧＲ管１３Ａ(EGR1)とＥＧＲ管１３Ｂ(EGR2)によって接
続され、各々にＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)，１４Ｂ(EGR2)が
設けられている。このＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)，１３Ｂ(E
GR2)は、吸気通路２に対して互いに吸気の流れ方向に位
置をずらして接続され、また、排気通路３に対しても同
様に位置をずらして接続されている、互いに独立した通
路である。ＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)，１４Ｂ(EGR2)には各
々別個の開度調節手段が設けられていて、互いに独立し
て制御可能に構成されている。
【０１３３】ＥＧＲ率の気筒間ばらつきは、エンジン回
転数によって排気脈動や吸気脈動が異なることに起因す
るが、このような脈動はＥＧＲ通路が吸気通路２や排気
通路３に対して接続される場所によってその態様が異な
る。ここでは、そのことを利用して当該気筒間ばらつき
を解消すべく、上述の如く２本の独立したＥＧＲ管１３
Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)を設け、各々を吸気通路２にお
ける吸気脈動の態様が異なる位置に、また排気通路３に
おける排気脈動の態様が異なる位置に接続しているもの
である。すなわち、エンジン回転数に応じてＥＧＲ管１
３Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)を選択して使用すれば（両者
の併用を含む）、当該気筒間ばらつきを解消することが
できる。
【０１３４】−具体的な制御内容− 図４２に示すように、エンジンの運転領域を所定のエン
ジン回転数Ne−EXC を基準としてそれよりも低い領域N1
と高い領域N2とに区分し、低領域N1においてＥＧＲ管１
３Ａ(EGR1)を用い、高領域N2においてＥＧＲ管１３Ｂ(E
GR2)を用いるようにする。また、エンジン回転数に基づ
く当該切替にヒステリシスTHN1，THN2を設ける。
【０１３５】すなわち、図４３に示すように、エンジン
の定常運転時において、始めは現在の領域をN1としてエ
ンジン回転数Neを読み込む（ステップＫ１，Ｋ２）。現
在領域がいずれかを判断するが、現在領域はN1であるか
ら、領域切替のエンジン回転数Ne−HYS1をヒステリシス
の上限にセットする（ステップＫ３，Ｋ４）。そして、
上記エンジン回転数Neがヒステリシスの上限よりも高い
ときは領域をN2にセットし、ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)を主
制御に供し、ＥＧＲ管１３Ｂ(EGR2)を従制御に供する
（ステップＫ５〜Ｋ７）。主制御及び従制御の意味は後
述する。当該エンジン回転数Neがヒステリシスの上限以
下のときは、領域はN1のままとしてＥＧＲ管１３Ｂ(EGR
2)を主制御に供し、ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)を従制御に供
する（ステップＫ８）。
【０１３６】一方、ステップＫ３における領域判断がN2
であれば、領域切替のエンジン回転数Ne−HYS2をヒステ
リシスの下限にセットする（ステップＫ３→Ｋ９）。そ
して、上記エンジン回転数Neがヒステリシスの下限より
も低いときは領域をN1にセットし、ＥＧＲ管１３Ｂ(EGR
2)を主制御に供し、ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)を従制御に供
する（ステップＫ１０〜Ｋ１２）。当該エンジン回転数
Neがヒステリシスの下限以上のときは、領域はN2のまま
としてＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)を主制御に供し、ＥＧＲ管
１３Ｂ(EGR2)を従制御に供する（ステップＫ１０→Ｋ１
３）。
【０１３７】ここに、主制御は、吸入空気量に基づいて
先に説明した目標空燃比ＴA/F （ＮＯｘの低減とスモー
クの低減の両立が図れる空燃比）となるようにＥＧＲ弁
をフィードバック制御することを意味する。例えば、当
該ＥＧＲ管が閉状態であったときに主制御に移行する
と、図４４に示すように当該ＥＧＲ弁の開度が増大して
目標開度に収束していく。一方、従制御は、ＥＧＲ弁を
その開度が所定の変化率で全閉まで変化するようにオー
プン制御することを意味する。
【０１３８】従って、上記エンジン回転数に基づくＥＧ
Ｒ管１３Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)の切替により、排気還
流に影響を及ぼす脈動特性が変わり、図４０に実線で示
すように各気筒＃１〜＃４のＥＧＲ率の大小がエンジン
回転数によって逆転することを避けることができ、且つ
気筒間のＥＧＲ率の差を全エンジン回転数においてほぼ
均等なものにすることが可能になる。
【０１３９】この実施例では、N1,N2 の２つの領域に区
分した場合を説明したが、２つの領域に限定されず、複
数の領域N1,N2,…Nkに区分した場合も同様である。
【０１４０】よって、このような気筒間のＥＧＲ率の差
については、これを気筒間の固体差として扱い、気筒毎
の排気還流制御（ＥＧＲ率の制御）においてその固体差
に応じた重みづけを各々の制御量に与えることよって、
各気筒のＥＧＲ率や空燃比に差を生ずることを避けるこ
とができる。すなわち、ＮＯｘやスモークの発生量が気
筒間でばらついてエンジン全体としてのＮＯｘやスモー
クの発生量が多くなる、という問題を解消することがで
きる。
【０１４１】なお、図４０に実線で示す結果は、エンジ
ン回転数１７５０ｒｐｍで領域を分けてＥＧＲ管１３Ａ
(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)を切替使用した例のものである。
また、同図では、各気筒のＥＧＲ率の差を明瞭にするた
め、ＥＧＲ率のスケールをかなり拡大して描いている。
【０１４２】また、ＥＧＲ管の長さやボリューム（容
積）が変わると、ＥＧＲ率に影響を与える吸気脈動と排
気脈動との関係（位相的関係）が変化するため、このこ
とを利用して、上記の場合と同様の制御により上記気筒
間ばらつきを解消することもできる。
【０１４３】図４５はＥＧＲ管の長さをエンジン回転数
の変化に応じて変える場合の通路構成を示す。すなわ
ち、吸気通路と排気通路とに両端が接続された１本のＥ
ＧＲ管１３は、途中部分が長さの短いＥＧＲ管１３Ａと
長いＥＧＲ管１３Ｂとに分かれており、その各々に開閉
弁１３ａ，１３ｂが設けられており、駆動源６２により
両開閉弁１３ａ，１３ｂのいずれか一方を開とすると
き、他方が閉となるように連動させて、ＥＧＲ管１３Ａ
とＥＧＲ管１３Ｂとを選択使用して、気筒間ばらつきを
解消するものである。このＥＧＲ管１３ＡとＥＧＲ管１
３Ｂとの間での切り替えは両管の分岐点に１のバルブを
配置して連通方向を切り替える方式であっても、各管に
バルブを設けてその各々の個別に作動させるものであっ
てもよい。
【０１４４】図４６は分岐した２つのＥＧＲ管１３Ａ，
１３Ｂのうちの一方のみに開閉弁１３ａを設け、該開閉
弁１３ａを開閉させることによって、短いＥＧＲ管１３
Ａのみを用いる場合と両ＥＧＲ管１３Ａ，１３Ｂを用い
る場合とに切り替えて気筒間ばらつきを解消するもので
ある。
【０１４５】また、ＥＧＲ管の通路長さを切り替える手
段としては、該管の途中に蛇腹その他の伸縮部を設け、
該伸縮部の長さを変化させるようなものであってもよ
い。さらに、ＥＧＲ管のボリュームを変える場合には、
該ＥＧＲ管の途中にチャンバーを接続し、該チャンバー
にその容積を変化させるためのピストンを配置し、この
ピストンを駆動するようにすればよい。
【０１４６】＜複数のＥＧＲ管の使用本数の切替＞排気
還流の要求量は、エンジンの運転状態その他によって異
なる。そこで、図４１に示すように複数のＥＧＲ管１３
Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)を設けて、エンジンの運転状態
に応じて、その使用本数を切り替えるものである。
【０１４７】−制御の内容− ＥＧＲ管使用本数の切替制御の内容は図４７に示されて
いる。ＥＧＲ併用判断は、エンジンの運転状態に応じて
ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)及び１３Ｂ(EGR2)を併用するか、
いずれか一方を用いるかの判断を行なうものである（ス
テップＬ１）。すなわち、燃料噴射量Ｆを用いて、それ
が減少しているときは両ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)，１３Ｂ
(EGR2)を併用し、燃料噴射量Ｆが減少していない定常運
転時並びに加速運転時は両ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)，１３
Ｂ(EGR2)のうちのいずれか一方を選択して使用する。こ
の択一使用は、上述のＥＧＲ率の気筒間ばらつきをなく
すための運転領域N1，N2による切替制御によって行な
う。
【０１４８】両ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)の
併用が判断された場合には併用中フラグをセットし、現
在閉じているＥＧＲ管がＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)であれ
ば、該ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)のＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)を
全開にセットして、ＥＧＲ管１３Ｂ(EGR2)のＥＧＲ弁１
４Ｂ(EGR2)を吸入空気量に基づいてフィードバック制御
する（ステップＬ２〜Ｌ６）。現在閉じているＥＧＲ管
がＥＧＲ管１３Ｂ(EGR2)であれば、該ＥＧＲ管１３Ｂ(E
GR2)のＥＧＲ弁１４Ｂ(EGR2)を全開にセットして、ＥＧ
Ｒ管１３Ａ(EGR1)のＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)を、検出吸入
空気量に基づいて要求開度（目標空燃比ＴA/F が得られ
るＥＧＲ量）となるように気筒毎にフィードバック制御
する（ステップＬ４→Ｌ７，Ｌ８）。
【０１４９】両ＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)，１３Ｂ(EGR2)を
併用する運転状態でないと判断された場合には、現在が
併用中であり且つＥＧＲ管１３Ａ(EGR1)のＥＧＲ弁１４
Ａ(EGR1)を吸入空気量に基づいてフィードバック制御し
ているときは、全開になっている他方のＥＧＲ弁１４Ｂ
(EGR2)の目標開度を全閉にセットする（ステップＬ９〜
Ｌ１１）。そして、このＥＧＲ弁１４Ｂ(EGR2)が全閉に
なったときに併用中フラグをリセットする（ステップＬ
１２，Ｌ１３）。現在が併用中でＥＧＲ管１３Ｂ(EGR2)
のＥＧＲ弁１４Ｂ(EGR2)を吸入空気量に基づいてフィー
ドバック制御しているときは、ＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)の
目標開度を全閉にセットし、このＥＧＲ弁１４Ａ(EGR1)
が全閉になったときに併用中フラグをリセットする（ス
テップＬ１４，Ｌ１５）。
【０１５０】従って、排気還流（ＥＧＲ）の要求量が急
増したときに、上記両ＥＧＲ通路１３Ａ，１３Ｂを併用
することよって、その要求に見合うように実際のＥＧＲ
量を急増させることができる。
【０１５１】すなわち、図４８に示すように、減速時、
すなわち、アクセルペダルの踏込みが戻されて燃料噴射
量が減少していくときは、ＥＧＲの要求量が急増する。
これは、空燃比が過度にリーンになってＮＯｘ量が増大
することを避けるためである。しかし、同図の中段に示
すように、ＥＧＲ通路が１本であるときには、そのＥＧ
Ｒ弁をフィードバック制御する関係で実際のＥＧＲ量を
要求に見合うように急増させることはできない。これに
対して、上記併用制御を行なうことによって、同図の下
段に示すように、実際のＥＧＲ量を要求に見合うように
急増させることができ、一時的に空燃比が過度にリーン
になってＮＯｘが急増することを避けることができる。
【０１５２】なお、上記例はエンジンの運転状態に基づ
いてＥＧＲ管の併用判断を行なうようにしているが、排
気通路３に触媒コンバータ１２を設けている場合には、
これが排気中の微粒子成分等によって目詰りを起こして
排圧が上昇し、また、そのような目詰り物が除去される
ことによって排圧が低下する、というように排圧が変化
することがある。また、ＶＧＴ過給機との併用の場合に
おいてもＶＧＴの可変ベーンの位置によって排圧が変化
する。この排圧の変化はＥＧＲ通路によるＥＧＲ量に直
接影響を及ぼす。従って、例えば、排圧が高いときは１
本のＥＧＲ管で排気還流制御を行ない、排圧が低いとき
には複数本のＥＧＲ管で排気還流制御を行なうようにし
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの全体構成図。
【図２】ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図。
【図３】ＥＧＲ弁の駆動電流と駆動負圧との関係を示す
グラフ図。
【図４】ＥＧＲ弁の駆動負圧とそのリフト量との関係を
示すグラフ図。
【図５】ＶＧＴ過給機の一部をＡ／Ｒ小の状態で示す正
面図。
【図６】ＶＧＴ過給機の一部をＡ／Ｒ大の状態で示す正
面図。
【図７】エンジンの制御系の構成図。
【図８】空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフ
図。
【図９】空燃比とスモーク値との関係を示すグラフ図。
【図１０】制御の全体フローを示す図。
【図１１】エンジンの吸入空気流量の時間変化を示すグ
ラフ図。
【図１２】吸入空気量算出のフロー図。
【図１３】過渡判定のフロー図。
【図１４】ＥＧＲ弁操作量算出のフロー図。
【図１５】プリセットを与える制御のフロー図。
【図１６】ＥＧＲ弁リフト量と駆動量との関係を示すグ
ラフ図。
【図１７】他のエンジン構成図。
【図１８】ＥＧＲ弁並列配置の場合のＥＧＲ弁オン・オ
フ制御のフロー図。
【図１９】駆動負圧経路を並列に備えているＥＧＲ弁の
構成図。
【図２０】駆動負圧経路を並列に備えているＥＧＲ弁の
制御フロー図。
【図２１】２つのＥＧＲ弁を直列配置したＥＧＲ通路を
示す構成図。
【図２２】ＥＧＲ弁直列配置の場合のＥＧＲ弁オン・オ
フ制御のフロー図。
【図２３】過渡時の燃料噴射量制御のフロー図。
【図２４】定常時の目標空燃比、過渡時の目標空燃比及
び過渡時の限界空燃比の関係を示すグラフ図。
【図２５】過渡時の排気還流と燃料噴射の並行制御のフ
ロー図。
【図２６】エアフローセンサの出力と検出流量・検出誤
差との関係を示すグラフ図。
【図２７】エアフローセンサの出力と検出誤差率との関
係を示すグラフ図。
【図２８】リニアＯ2 センサの出力と空気過剰率λ・検
出誤差との関係を示すグラフ図。
【図２９】センサ切替制御のフロー図。
【図３０】排気のＯ2 濃度と空燃比との関係を示すグラ
フ図。
【図３１】センサ選択制御のフロー図。
【図３２】センサ選択のためのエンジン運転領域判定用
のマップ図。
【図３３】センサ選択のための他のエンジン運転領域判
定用のマップ図。
【図３４】エンジン回転数２０００ｒｐｍでの吸気と排
気の圧力変動を示すグラフ図。
【図３５】エンジン回転数２０００ｒｐｍでの吸気と排
気の差圧変動を示すグラフ図。
【図３６】エンジン回転数２０００ｒｐｍでの吸入空気
量及びそのなかに含まれるＥＧＲ量の変動を示すグラフ
図。
【図３７】エンジン回転数１５００ｒｐｍでの吸気と排
気の圧力変動を示すグラフ図。
【図３８】エンジン回転数１０００ｒｐｍでの吸気と排
気の圧力変動を示すグラフ図。
【図３９】複数のエンジン回転数における吸気と排気の
差圧変動を示すグラフ図。
【図４０】従来のものと本発明とに関し各気筒のＥＧＲ
率のエンジン回転数による変化を示すグラフ図。
【図４１】他のエンジン構成図。
【図４２】エンジン回転数に基づくエンジン運転領域の
区分を示す図。
【図４３】ＥＧＲ管の選択制御のフロー図。
【図４４】ＥＧＲ管切替時のＥＧＲ弁開度変化を示すグ
ラフ図。
【図４５】長さの異なる２つの通路にバルブを備えたＥ
ＧＲ管の構成図。
【図４６】長さの異なる２つの通路を備えたＥＧＲ管の
他の例を示す図。
【図４７】ＥＧＲ管併用制御のフロー図。
【図４８】２本のＥＧＲ管併用時と単一ＥＧＲ管使用時
とに関し減速時のＥＧＲ量の経時変化を示すグラフ図。
【図４９】各気筒のＥＧＲ率及び吸入空気量偏差を示す
グラフ図。
【符号の説明】
１ ４気筒ディーゼルエンジン本体 ２ 吸気通路 ３ 排気通路 ４ 燃料噴射弁 ５ コントロールユニット ６ エアフローセンサ ７ ＶＧＴ過給機 ９ リニアＯ2 センサ １３ ＥＧＲ通路 １３Ａ ＥＧＲ通路（又はＥＧＲ管） １３Ｂ ＥＧＲ通路（又はＥＧＲ管） １４ ＥＧＲ弁 １４Ａ ＥＧＲ弁 １４Ｂ ＥＧＲ弁 １５ 負圧通路 １６ 負圧ポンプ １７ 負圧制御用電磁弁 １８ 負圧センサ １９ ＥＧＲ弁リフトセンサ ２３ クランク角度センサ ２４ 燃料噴射ポンプ ２７ アクセル開度センサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｅ 23/02 23/02 Ａ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ａ ３０１Ｄ ３０１Ｅ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｎ ３０１Ｈ (72)発明者 飯田 克義 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気を利用するターボ過給機
    と、排気通路の該ターボ過給機のタービンが配設された
    部位よりも上流側から排気の一部を取り出して該ターボ
    過給機のブロアが配設された部位よりも下流側に還流さ
    せる排気還流通路とを備え、且つアクセル操作量に基づ
    いて燃焼室への燃料の噴射量が決定されるターボ過給機
    付直接噴射式エンジンの排気還流制御装置において、 上記吸気通路に設けられた吸入空気量を検出するための
    センサと、 上記燃料噴射量を求める手段と、 上記排気還流通路に設けられた排気還流量をリニアに調
    節する手段と、 エンジンが上記ターボ過給機によって過給をする運転状
    態にあるか否かを判別する手段と、 エンジンが上記過給運転状態にあるときの目標空燃比を
    設定する手段と、 エンジンが上記過給運転状態にあるときに、上記吸入空
    気量と燃料噴射量とに基づいて、上記目標とする空燃比
    となるように上記排気還流量調節手段の作動を制御する
    制御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 さらに、エンジンが低負荷ないし中負荷の定常運転状態
    にあるときの目標空燃比を設定する手段を備え、 上記過給時の目標空燃比を設定する手段が、エンジンが
    上記定常運転状態から上記過給運転状態に入ったときの
    目標空燃比を設定するものであり、 上記制御手段が、エンジンが低負荷ないし中負荷の定常
    運転状態にあるときは上記定常時の目標空燃比となるよ
    うに上記排気還流量調節手段の作動をフィードバック制
    御し、エンジンがこの定常運転状態から上記過給運転状
    態に入ったときに上記過給時の目標空燃比となるように
    上記排気還流量調節手段の作動をフィードバック制御す
    ることを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの排
    気還流制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記過給時の目標空燃比を設定する手段が、エンジンが
    上記定常運転状態から上記過給運転状態に入ったとき
    に、上記定常時の目標空燃比よりもリーンの目標空燃比
    を設定することを特徴とするターボ過給機付直噴式エン
    ジンの排気還流制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 エンジンが上記定常運転状態から上記過給運転状態に入
    ったときの、上記アクセル操作量の増大に対する燃料噴
    射量の増量を抑制する手段を備えていることを特徴とす
    るターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記燃料噴射量の増量抑制手段が、上記定常時の目標空
    燃比よりもリッチ側の所定の限界空燃比を越えないよう
    に、吸入空気量に応じて燃料噴射量の上限を定めるもの
    であることを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジン
    の排気還流制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記制御手段が、エンジンが上記定常運転状態から上記
    過給運転状態に入ったとき、空燃比が上記過給時の目標
    空燃比に所定レベル以上に近付くまでは、該目標空燃比
    によらずに、排気還流量が減少するように又は零となる
    ように上記排気還流量調節手段を作動させることを特徴
    とするターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装
    置。
  7. 【請求項７】 請求項２に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、さら
    に、 燃料噴射量を調節する手段と、 上記過給時に、上記排気還流制御のための目標空燃比と
    は別に燃料噴射量を制御するための目標空燃比を設定す
    る手段と、 上記過給時に、上記排気還流制御と並行して、上記燃料
    噴射量制御用の目標空燃比となるように上記燃料噴射量
    調節手段の作動をフィードバック制御する燃料噴射量制
    御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給機付
    直噴式エンジンの排気還流制御装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記過給時の燃料噴射量制御用の目標空燃比が上記過給
    時の排気還流制御用の目標空燃比よりもリッチ側に設定
    されることを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジン
    の排気還流制御装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載されているターボ過給機
    付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記過給時の燃料噴射量制御用の目標空燃比が上記定常
    時の目標空燃比よりもリッチ側に設定され、上記過給時
    の排気還流制御用の目標空燃比が上記定常時の目標空燃
    比よりもリーン側に設定されることを特徴とするターボ
    過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置。
  10. 【請求項１０】 請求項２乃至請求項９のいずれか一に
    記載されているターボ過給機付直噴式エンジンの排気還
    流制御装置において、 上記定常時の目標空燃比が、空燃比がリッチになること
    に伴って排気ガス中のスモーク量が増大する変化特性を
    みたときの、該スモーク量が緩増から急増に変化すると
    きの空燃比であることを特徴とするターボ過給機付直噴
    式エンジンの排気還流制御装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載されているターボ過
    給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記各気筒の定常時の目標空燃比が略同一であることを
    特徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制
    御装置。
  12. 【請求項１２】 請求項２乃至請求項１１のいずれか一
    に記載されているターボ過給機付直噴式エンジンの排気
    還流制御装置において、 上記ターボ過給機が、そのＡ／Ｒを変更することができ
    るバリアブルジオメトリー型であり、エンジンが定常運
    転状態から過給運転状態に入ったときのＡ／Ｒを小さく
    することを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの
    排気還流制御装置。
  13. 【請求項１３】 請求項２に記載されているターボ過給
    機付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記排気還流通路として、開度をリニアに調節すること
    ができるリニア開閉弁が設けられた通路と、開・閉の２
    位置に切り替えられるオンオフ開閉弁が設けられた通路
    とを並列にして備えていて、 上記制御手段が、エンジンが定常運転状態にあるとき
    に、上記オンオフ開閉弁を開として、目標とする空燃比
    となるように上記リニア開閉弁の開度をフィードバック
    制御し、エンジンが定常運転状態から過給運転状態に入
    ったときに上記オンオフ開閉弁を閉に制御することを特
    徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御
    装置。
  14. 【請求項１４】 請求項２に記載されているターボ過給
    機付直噴式エンジンの排気還流制御装置において、 上記排気還流通路に、開度をリニアに調節することがで
    きるリニア開閉弁と、開・閉の２位置に切り替えられる
    オンオフ開閉弁とが直列に設けられていて、 上記制御手段が、エンジンが定常運転状態にあるとき
    に、上記オンオフ開閉弁を開として、目標とする空燃比
    となるように上記リニア開閉弁の開度をフィードバック
    制御し、エンジンが定常運転状態から過給運転状態に入
    ったときに空燃比が上記過給時の目標空燃比に所定レベ
    ル以上に近付くまで上記オンオフ開閉弁を閉に制御する
    ことを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの排気
    還流制御装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１又は請求項２に記載されてい
    るターボ過給機付直噴式エンジンの排気還流制御装置に
    おいて、 上記排気還流量調節手段が、上記排気還流通路に設けら
    れたダイヤフラム式開閉弁であり、 上記開閉弁の開度が零のときに該開閉弁の圧力室に所定
    のプリセット圧を与えるプリセット圧制御手段を備えて
    いることを特徴とするターボ過給機付直噴式エンジンの
    排気還流制御装置。
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