JPS6119815B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジン回転数、吸気負圧およびス
ロツトルバルブ開度のうち２つの量の組合せによ
り吸入空気量を検出し、検出した吸入空気量に基
づいて燃料噴射量を制御するようにした燃料噴射
式エンジン、とくに排気通路に設置した排気セン
サの出力信号に基づいて排気ガス還流通路に介設
した排気ガス還流制御弁をフイードバツク制御す
ることにより、排気ガス還流量の制御を通して空
燃比を制御するようにした新規の排気ガス浄化装
置における制御方式、とくに排気ガスの還流が行
えない運転領域におけるエミツシヨン対策に関す
るものである。

従来より、エンジンの吸気通路上流にエアフロ
ーメータを設置し、エアフローメータの出力信号
に基づいて燃料噴射量を制御する燃料調量手段を
具備した燃料噴射式エンジンはよく知られてお
り、常に吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御
することができるので、空燃比の制御を精密化す
ることができる利点がある。

しかしながら、エアフローメータを用いた燃料
噴射式エンジンでは、燃料噴射弁自体が高温であ
るうえ、エアフローメータが高温であるため全体
としてきわめて高価となる難点がある。

このため、従来より、検出の容易なエンジン回
転数、吸気負圧およびスロツトルバルブ開度のう
ち、２つの量を組合せてコンピユータで演算する
ことにより、吸入空気量を算出し、算出した吸入
空気量に基づいて燃料噴射量を制御するようにし
た制御方式が提案されている。

かかる制御方式を採用した燃料噴射式エンジン
において、排気ガスの一部を吸気通路に還流し、
エンジンの最高燃焼温度を抑制する排気ガス還流
装置を設けた場合には、排気ガスの還流（以下、
EGRという。）に伴なつて吸入空気の一部が排気
ガスに置き換り空燃比がリツチ側に変動するた
め、これを補償する必要がある。

このEGRに伴なう空燃比を補正するため、従
来においては、上記エンジン回転数等の諸量から
エンジンの運転状態に応じた要求EGR量を例え
ばコンピユータに予じめ記憶させた制御マツプに
より算出し、この要求EGR量に基づいてEGR通
路に介設したEGR制御弁の開度をコントロール
するとともに、EGRが上記EGR制御弁により要
求どおり行なわれるのを見越して、燃料調量手段
を予じめ要求EGR量に対応した燃料噴射量にな
るように設定しておくことにより空燃比の補償を
行なう制御方式（例えば特開昭48−27130号公報
参照）が採用されていた。

しかしながら、この制御方式は、実際のEGR
量に基づいたものではないため、EGR制御弁の
開度が正確にマツプ制御されていたとしても、
EGR通路の目詰り等によつてEGR量が要求EGR
量から変動したときには、補償したはずの空燃比
が変動し、結局正しい空燃比制御が行なえない難
点がある。

かかる難点を除去するためには、実際のEGR
量を直接検出して、この検出値に応じて燃料墳射
量を補正するか、もしくはこの検出値に基づいて
実際のEGR量が要求EGR量に常に近似するよう
にフイードバツク制御するようにすればよいが、
そのためには、高価なエアフローメータもしく
は、実際のEGR量を検出するためのEGR量検出
装置を必要とし、前述した如く、装置全体として
コストが著しく高価となるといつた不具合に帰着
する。

本出願人は、かかる問題に鑑みて、エンジン回
転数、吸気負圧およびスロツトルバルブ開度のう
ち２つの量の組合せにより吸入空気量を算出して
燃料噴射量を決定する燃料調量手段を具備する一
方、これら吸入空気量と燃料噴射量および実際の
EGR量によつて決まる空燃比を排気通路に設け
た排気センサにより検出し、排気センサの出力に
基づいてEGR量を常に適正に制御、すなわち要
求EGR量に近似したEGR量を得るようにフイー
ドバツク制御することを通して、空燃比を最適値
に維持するようにした新規な技術思想に基づいた
燃料噴射式エンジンの排気ガス浄化装置を既に提
案している（特願昭55−117225号）。

即ち、この提案装置おいては、空燃比のリツ
チ、リーンを正確に検出することができる排気セ
ンサを利用し、EGRに伴なう空燃比の変動を排
気センサによつて経時的に検出し、排気センサの
出力信号をコンピユータに情報として入力し、こ
の情報に基づいてEGR制御弁を制御することに
より、実際の空燃比が設定空燃比からずれた場合
に、そのずれ量をEGR量の増減によつて補償す
るようにして適正なEGRを行ない、その結果、
空燃比を設定空燃比に制御するようにしたことを
基本的な特徴としている。

本発明は、かかる新規の技術思想に関連してな
されたものであつて、運転性が損なわれるため
EGRが行なえないエンジン冷機時、低負荷運転
時、さらには高負荷運転時等の特定運転域にあつ
ては、EGR量の制御を通して空燃比の制御が行
なえないため、特定運転域には、排気センサの出
力信号を入力信号として燃料噴射量を制御する制
御方式に切換えることにより空燃比制御を行な
い、運転状態に対応した適正な空燃比を設定する
ことにより、特定運転域での運転性を確保すると
ともに、エミツシヨン性能の向上を図ることを基
本的な目的としている。

即ち、本発明にあつては、排気通路に設置した
排気センサの出力信号を運転領域に関係なく制御
入力信号として用いる一方、特定運転域とそれ以
外の運転域とでは、制御対象を切換え、特定運転
域には、燃料調量手段を排気センサの出力信号に
基づいてフイードバツク制御する一方、特定運転
域以外、換言すればEGR領域においては、EGR
制御弁をフイードバツク制御するようにしたこと
を基本的な特徴としている。

以下、図示の実施例に基づいて本発明をより具
体的に説明する。

第１図において、１はエンジン、２はエアクリ
ーナ、３はエンジン１の吸気通路、４は吸気通路
３の途中に介設したスロツトルバルブ、５は吸気
通路３に先端を臨ませた燃料噴射ノズル、６はエ
ンジン１の排気通路、７は排気通路６を流下して
くる排気ガスを触媒反応によつて浄化する触媒、
８は排気通路６の触媒７の上流から取り出した排
気ガスを好ましくはスロツトルバルブ４の下流の
吸気通路３に還流させるEGR通路、９はEGR量
を制御するためEGR通路８に介設したダイヤフ
ラム式のEGRバルブ、１０は吸気通路３のスロ
ツトルバルブ４の下流に開設した負圧取出口１１
に連通し、EGRバルブ９の負圧室９ａにスロツ
トルバルブ４下流の吸気負圧を導入する負圧導入
通路、１２は負圧導入通路１０の途中に介設さ
れ、負圧導入通路１０の上流側ポート１２ａと大
気導入通路１３に連通する大気ポート１２ｂとを
相反的に開閉し負圧室９ａに導入する吸気負圧を
大気で稀釈することによりEGRバルブ９の開度
を制御する三方ソレノイド弁である。

上記燃料噴射ノズル５の燃料噴射量より具体的
にはその開弁時間および三方ソレノイド弁１２の
制御信号としてのデユーテイ比（ある時間間隔ｔ
の間で、三方ソレノイド弁１１の上流側ポート１
２ａが閉じられている時間がτであるとしたとき
に、（τ／ｔ）×100（％）をいう。）は、マイクロ
コンピユータ１４により制御する。

このマイクロコンピユータ１４に入力データと
して与えられるデータは、以下の通りである。

吸気負圧Ｖ …スロツトルバルブ４下流の吸気通路３に臨ま
せて設けた吸気負圧センサ１５の出力信号とし
て与えられる。

冷却水温Ｔ …エンジン１の冷却水通路（図示せず。）に臨
ませて設けた水温センサ１６の出力信号として
与えられる。

エンジン回転数Ｎ …エンジン１の出力軸（図示せず。）に連動す
る回転数センサ１７の出力信号として与えられ
る。

空燃比信号Ａ／Ｆ …排気通路６に検出部を臨ませて設けた排気セ
ンサ１８（O₂センサ）の出力信号を一方入力
として、予じめ設定された例えば設定空燃比と
して理論空燃比に対応するしきい値と比較する
比較回路１９の出力として与えられる。

第２図に示すように、マイクロコンピユータ１
４は、中央処理装置２２（CPU）、メモリ２３、
アナログデジタルコンバータ２４（Ａ／Ｄコンバ
ータ）、アナログマルチプレクサ２５、入力イン
タフエース回路２６、出力インタフエース回路２
７を備え、これらをコントロールバス２８によつ
て相互に接続するとともに、アドレス・データバ
ス２９によつてアドレス信号、データ信号の受渡
しを行なう周知の構成を有する。

上記入力データV.T，Ｎ，Ａ／Ｆのうち、吸気
負圧Ｖ、冷却水温Ｔおよびエンジン回転数Ｎは、
アナログマルチプレクサ２５に入力されており、
必要に応して読み出され、アナログデジタルコン
バータ２４によつてデジタル変換されたうえで、
中央処理装置２２に送られる。残りの入力データ
即ち空燃比信号Ａ／Ｆは、入力インタフエース回
路２６に入力されており、必要に応じて中央処理
装置２２に読み込まれる。

なお、第２図中、３０は排気センサ１８の出力
信号に対するしきい値Vthを比較回路１９に対し
て設定する設定電圧発生回路で、比較回路１９
は、第３図に示すように、排気センサ１８の出力
信号がしきい値Vthより大きいか小さいかによつ
て空燃比が理論空燃比（14.7）より濃いか（リツ
チか）或いは薄いか（リーンか）を判定し、その
判定信号を空燃比信号Ａ／Ｆとしてコンピユータ
１４に出力する。

次に、上記マイクロコンピユータ１４で構成す
る燃料噴射ノズル５および三方ソレノイド弁１２
の制御回路の制御プロセスを、第４図のフローチ
ヤートに基づいて説明する。

予じめ、スタート信号により、ステツプにお
いてイニシヤライズしたマイクロコンピユータ１
４は、所定のサイクルタイムで以下の制御プロセ
スを繰返す。

まず、ステツプで回転数センサ１７の出力信
号を読み込んで、ステツプでエンジン回転数Ｎ
をメモリ２３の第１メモリ域M₁の所定のアドレ
スにメモリする。以下、吸気負圧センサ１５、水
温センサ１６の順で各出力信号を読み込み、吸気
負圧Ｖおよび冷却水温Ｔを同様にメモリする（ス
テツプ〜）。

次に、ステツプでは、メモリした回転数Ｎお
よび吸気負圧Ｖから、第５図に示す如き、メモリ
Ma_p1を用いて、燃料噴射ノズル５に印加する噴
射パルスの基準となる基準パルス幅L₀を算出す
る。

上記メモリMa_p1は、吸気負圧の変動範囲を８
等分する行ラインと、回転数範囲を８等分する列
ラインとの交点として与えられる各格子点ａ_i,j
に対して、その格子点ａ_i,jによつて指定される
吸気負圧Ｖおよび回転数Ｎから決まる吸入空気量
に対応した燃料噴射量、換言すれば、噴射パルス
幅L₀（以下、基準パルス幅という。）を予じめ算
出してその値をメモリさせたものであつて、この
基準パルス幅L₀は、EGRによる空燃比補正すな
わちEGRが行なわれはじめて実際の空燃比が理
論空燃比になることを考慮し、空燃比が理論空燃
比よりリーンとなるようにリーンセツトしてお
く。

いま、中央処理装置２２に読み出された吸気負
圧Ｖおよび回転数Ｎによつて指定される点Ｐが、
第５図に示すように、格子点ai，ｊに合致しない
場合には、点Ｐを囲む計４個の格子点ａ_i-1，
ｊ，ａ_i-1，j_-1，ａ_i，j_-1，ａ_i，ｊの各基準パル
ス幅Loに基づいて、点Ｐに対応する基準パルス
幅Lo（Ｐ）を補間計算により算出する。

この算出された基準パルス幅Lo（Ｐ）は、ス
テツプで、メモリ２３の第１メモリ域M₁の所
定アドレスにメモリされる。次いで、ステツプ
においては、メモリされている水温Ｔを読み出し
て、第６図に示すメモリMa_p2により基準パルス
幅Lo（Ｐ）に対する水温Ｔにおける補正係数Ｋ
（Ｔ）を算出し、ステツプにおいて、算出した
補正係数Ｋ（Ｔ）を基準パルス幅Lo（Ｐ）に乗
じて、燃料噴射ノズル５に実際に印加する噴射パ
ルス幅Ｌ（＝Lo（Ｐ）×Ｋ（Ｔ）を求め、この噴
射パルス幅Ｌをメモリ２３の第１メモリ域M₁の
所定アドレスに一旦メモリする（ステツプ）。

以上で、噴射パルス幅Ｌの算定を終え、マイク
ロコンピユータ１４は、三方ソレノイド弁１２に
対するデユーテイ比Ｄの算出を開始する。

このため、まず、ステツプにおいては、既に
第１メモリ域M₁にメモリしてあるエンジン回転
数Ｎ、吸気負圧Ｖおよび冷却水温Ｔを読み出し、
その時点でのエンジン１の運転状態が、EGR領
域か、EGRをカツトすべき特定運転領域に属す
るかを、メモリMa_p3により判定する。

メモリMa_p3は、第８図に示すように、エンジ
ン１の中負荷運転域をEGR領域Ａとし、それ以
外の低負荷運転域および高負荷運転域をEGRカ
ツト領域Ｂとして設定したものであつて、冷却水
温Ｔが、低温側から高温側に移行するにしがつ
て、EGR領域Ａは徐々に拡大し、逆にEGRカツ
ト領域Ｂはその分だけ減少するように、冷却水温
Ｔに依存した可変領域として予じめ設定されてい
る。

そして、ステツプにおいて、その時の運転状
態がEGR領域Ａにあると判定されたときには、
ステツプからEGRバルブ９をフイードバツク
制御するEGR制御手段に移行し、EGRカツト領
域Ｂにあると判定されたときには、ステツプ〓に
移行する。

EGR制御手段においてステツプ〓では、それ
までにメモリ２３の第１メモリ域M₁にメモリさ
れた回転数Ｎ、吸気負圧Ｖ、水温Ｔ、水温Ｔ、基
準パルス幅Lo、補正係数ｋ、噴射パルス幅Ｌ等
を、メモリ２３に別に用意した第２メモリ域M₂
に移す。

次いで、ステツプで、排気センサ１８の圧力
信号を一方入力とする比較回路１９の出力が読み
込まれ、ステツプでその空燃比信号Ａ／Ｆを第
１メモリ域M₁にメモリし、ステツプでは、第
２メモリ域M₂に移された前回の空燃比信号と比
較し、空燃比が反転したか否かを判定し、反転し
なかつたときには、ステツプに、反転したとき
には、ステツプに移行され、夫々ステツプ，
においてリツチか否かが判定される。

いま、第７図に示すように、タイミングt₁で読
み込まれた前回の空燃比信号Ａ／Ｆ（t₁）と、タ
イミングt₂で読み込まれた今回の空燃比信号Ａ／
Ｆ（t₂）とがいずれも、リツチである場合には、
ステツプにおいて、前回のソレノイドデユーテ
イ比Ｄ（t₁）から時間t₁からt₂までの増分（以下、
積分分）を例えば５％と見込んで、今回のソレノ
イドデユーテイ比Ｄ（t₂）を前回のデユーテイ比
Ｄ（t₁）の５％増に設定する（Ｄ（t₂）＝1.05D
（t₁））。

なお、第７図にタイミングt₃，t₄で示すよう
に、前回および今回の空燃比信号Ａ／Ｆ（t₃），
Ａ／Ｆ（t₄）がいずれもリーンの場合には、逆に
減少分を５％と見込んで、今回のデユーテイ比Ｄ
（t₄）をステツプにおいて前回のデユーテイ比Ｄ
（t₃）の５％減とする（Dt₄）＝0.95D（t₃）。

一方、第７図にタイミングt₂とt₃で示すよう
に、前回の空燃比信号Ａ／Ｆ（t₂）がリツチで、
今回の空燃比信号Ａ／Ｆ（t₃）がリーンとなつた
反転時には、ステツプ〓において、時間t₂とt₃の
間の空燃比の反転に伴なう減少分（以下、比例
分）を例えば15％と見込んで、今回のデユーテイ
比Ｄ（t₃）を前回のデユーテイ比Ｄ（t₂）の15％減
に設定する（Ｄ（t₃）＝0.85D（t₂））。

なお、逆に、空燃比信号Ａ／Ｆ（ｔ）がリーン
側からリツチ側に反転した場合には、ステツプ
において比例分15％を増加して今回のデユーテイ
比を設定する。

一方、ステツプにおいて、エンジン１の運転
状態が、EGRカツト領域Ｂに属する場合には、
ステツプ以降の排気センサ１８の出力信号に基
づいたフイードバツク制御（デユーテイ比設定）
に代えて、ステツプ〓によりソレノイドデユーテ
イ比Ｄを一律に100％設定し、EGRバルブ９を全
閉し、EGRを完全にカツトする。

即ち、このEGRカツト領域Ｂに属するエンジ
ンの運転域にあつては、NOxの発生量が元来少
なく、したがつてEGRをカツトすることによる
弊害は実質上存在しない反面、EGRを行なつた
場合には、低負荷運転域においてはエンジンの燃
焼性が悪化して、HC，CO等の未燃有害成分の増
大を招来し、また高負荷運転域にあつては出力性
能を阻害する結果を招来する。

以上のように、ステツプ，，〓，又は〓
のいずれか一のステツプで設定されたソレノイド
デユーテイ比Ｄはステツプ〓で、第１メモリ域
M₁にメモリされる。

本発明においては、ステツプ〓によつてソレノ
イドデユーテイ比Ｄを100％とし、EGRをカツト
した場合、以下のプロセスによつて一旦設定した
噴射パルス幅Ｌの修正の要否を判定するととも
に、排気センサ１８の出力信号に基づいて必要な
らば、噴射パルス幅Ｌを修正、すなわちフイード
バツク制御する。

即ち、ステツプ〓では、EGR領域Ａか、EGR
カツト領域Ｂかを再度読み出し、EGR領域Ａで
あるときには、ステツプ〓によつてメモリされた
噴射パルス幅Ｌをそのまま出力して燃料噴射ノズ
ル５をそのパルス幅Ｌだけ開作動して燃料を噴射
させる。

一方、EGRカツト領域Ｂである場合には、ス
テツプ〓において、冷却水温Ｔが５℃以上か否か
を判定し、冷却水温Ｔが５℃以上のときには、空
燃比制御手段としてステツプ〓において、まず空
燃比信号Ａ／Ｆ、換言すれば、排気センサ１８の
出力の有無を読み出し、ステツプにおいて、実
際の空燃比がツチかリーンかを判定する。

空燃比がリツチの場合には、ステツプにおい
て、基準パルス幅Ｌに対する補正係数ｋの値を、
例えば10％だけ減少させ、補正係数ｋをk′（k′＝
0.9×ｋ）に積分分として修正する。逆に空燃比
がリーンのときは、ステツプにおいて、補正係
数ｋを10％増加した値k′（k′＝1.1×ｋ）に積分
分として修正する。ステツプ又はで求めた補
正係数ｋは、これをステツプ〓において第１メモ
リ域M₁にメモリし、ステツプ〓において、ステ
ツプで求めた噴射パルス幅Ｌに代わる噴射パル
ス幅L′を算式L′＝k′×Loによつて求め、ステツ
プ〓において、算出した噴射パルス幅L′を出力す
る。

なお、冷却水温Ｔが５℃以下のときには、ステ
ツプ〓により、ステツプで算出した噴射パルス
幅Ｌをそのまま出力する。

以上のように、ステツプ〓，〓，〓のいずれか
によつて噴射パルス幅Ｌ，L′を出力した後は、ス
テツプ〓により、ステツプ〓においてメモリした
ソレノイドデユーテイ比Ｄを出力し、EGRバル
ブ９に対して設けた三方ソレノイド弁１のソレノ
イドデユーテイ比Ｄをその値に設定する。

上記のことから明らかなように、本発明にかか
る制御プロセスにおいては、エンジンの運転状態
からEGR領域かEGRカツト領域（特定運転領
域）かをメモリMa_p3を用いて判定し、EGR領域
においては、排気センサ１８の出力に基づいて、
EGRバルブ９に対して設定した三方ソレノイド
弁１ソレノイドデユーテイ比Ｄを、ステツプ以
降ステツプ〜によつて設定することにより、
EGR量をフイードバツク制御することを通して
空燃比を理論空燃比に制御する排気ガス還流量制
御手段を形成する一方、EGRカツト領域におい
ては、ステツプ〓以降、とくにステツプ〓以降ス
テツプ〓により、排気センサ１８の出力信号に基
づいて、燃料噴射ノズル５に対する噴射パルス幅
L′を設定し、空燃比を理論空燃比にフイードバツ
ク制御する空燃比制御手段を形成したものであ
る。

即ち、本発明は、上記排気ガスを還流量制御手
段と空燃比制御手段とをエンジンの運転領域によ
つて使い分け、EGR領域（特定運転域以外の運
転域）にあつては排気ガス還流量制御手段により
排気センサの出力信号に基づいてEGR量をフイ
ードバツク制御する一方、EGRカツト領域（特
定運転域）にあつては、排気センサの出力信号に
基づき空燃比制御手段によつて燃料調整手段をフ
イードバツク制御することにより空燃比の制御を
行なうようにした燃料噴射式エンジンの排気ガス
浄化装置を提供するものである。

本発明によれば、したがつて、EGRの制御を
通しては空燃比制御を行なえない特定運転域にお
いても、空燃比の制御が正確に行なえ、特定運転
域におけるエンジンの運転性並びにエミツシヨン
性能を向上させることができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料噴射式エンジンの排
気ガス浄化装置を示すエンジン系統図、第２図は
第１図に示すマイクロコンピユーータの概略構成
を示すブロツク図、第３図は排気センサの出力信
号を示す波形図、第４図は上記マイクロコンピユ
ータによる制御プロセスを示すフローチヤート、
第５図は燃料噴射ズルに対する基準パルス幅の設
定のためのメモリMa_p1の説明図、第６図は上記
基準パルス幅に対する水温による補正係数ｋを求
めるためのメモリMa_p2の説明図、第７図は第１
図の三方ソレノイド弁に対するデユーテイ比Ｄの
変化を空燃比信号との関係で示すグラフ、第８図
はエンジンのEGR領域とEGRカツト領域を設定
するためのメモリMa_p3の説明図である。 １…エンジン、３…吸気通路、４…スロツトル
バルブ、５…燃料噴射ノズル、６…排気通路、８
…EGR通路、９…EGRバルブ、１０…負圧導入
通路、１２…三方ソレノイド弁、１４…マイクロ
コンピユータ、１５…吸気負圧センサ、１６…水
温センサ、１７…回転数センサ、１８…排気セン
サ、Ma_p1…メモリマツプ、Ma_p3…メモリマツ
プ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジン回転数、吸気負圧およびスロツトル
   バルブ開度のうち２つの量の組合せにより吸入空
   気量を検出し、該吸入空気量に基づいて燃料噴射
   量を制御する燃料調量手段と、吸気通路に排気ガ
   スの一部を還流する排気ガス還流通路に介設した
   排気ガス還流制御弁と、排気通路に設置した排気
   センサと、排気センサの出力に基づいて上記燃料
   調量手段をフイードバツク制御する空燃比制御手
   段と、上記排気センサの出力に基づいて上記排気
   ガス還流制御弁をフイードバツク制御する排気ガ
   ス還流量制御手段と、エンジンの特定運転域には
   上記排気ガス還流量制御手段によるフイードバツ
   ク制御を停止して上記空燃比制御手段によるフイ
   ードバツク制御を作動させる一方、特定運転域以
   外では上記空燃比制御手段によるフイードバツク
   制御を停止して上記排気ガス還流量制御手段によ
   フイードバツク制御を作動させる切換手段とから
   なる燃料噴射式エンジンの排気ガス浄化装置。