JPS6339785B2

JPS6339785B2 -

Info

Publication number: JPS6339785B2
Application number: JP55117225A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kobayashi; Hideki Tanaka; Katsuyoshi Iida; Junji Kamite
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1988-08-08
Also published as: JPS5741451A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、エンジンの吸入空気量を検出し、こ
の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における空
燃比制御の改良、とくに排気センサの出力信号に
基づいて排気ガス還流量を適正に制御することを
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ようにした燃料
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価であ
るうえ、エアフローメータが高価であるため全体
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（例えば、特開昭53
−140420号公報参照）。

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
装置を受けた場合には、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償するため、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予め要求EGR量
に応じ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の制御弁
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ESR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。

また、特開昭52−13583号公報には、EGR通路
を吸気通路の気化器上流に連通させるとともに、
排気センサ出力によりEGR量をフイードバツク
制御することによつて、混合気の空燃比を気化器
により適正に制御するようにした空燃比制御シス
テムが開示されているが、このシステムでは、気
化器を通過する吸気量によつて燃料を制御する構
造上、EGR通路を気化器上流に連通させる非要
がある。このため気化器特にスロツトル弁が
EGRガスに含まれるカーボンスラツジ等によつ
て汚損される問題があり、これを避けるため
EGR通路を気化器下流の吸気通路に連通させた
場合には、EGR量のフイードバツク制御による
燃料制御自体が成立しなくなる。

さらに、かかる燃料制御システムは、エアフロ
ーメータにより時々刻々の吸入空気量を検出し、
検出吸入空気量に応じて燃料噴射量を決定するよ
うにした燃料噴射式エンジンには適用可能である
が、その場合には、EGR通路をエアフローメー
タの上流に連通させる必要があり、上記と同様エ
アフローメータやその下流のスロツトル弁が汚損
されるといつた問題が依然として解決されない。

一方、実際のEGR量を直接検出して、この検
出値に応じて燃料噴射量を補正するか、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
方式を採用した場合には、EGR通路をスロツト
ル弁下流の吸気通路に連通させることができる
が、そのためには、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高価となる。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので
あつて、空燃比センサを用いた単一のフイードバ
ツク制御系により、混合気の空燃比とEGR量の
両方を相関的に制御することを基本的な目的とす
るものであつて、その要旨とするところは、エン
ジン回転数と吸気負圧あるいはエンジン回転数と
スロツトルバルブ開度により吸入空気量を検出す
る吸気量検出手段と、スロツトルバルブ下流に開
口し、排気ガスの一部を吸気に還流する排気ガス
還流通路と、該排気ガス還流通路に介設され、排
気ガス還流量を制御する排気ガス還流制御弁と、
上記吸気量検出手段の出力を受け、該出力に対し
て設定空燃比よりもリーンとなるよう燃料噴射量
を決定する決定手段と、混合気の空燃比を検出す
る排気センサと、上記決定手段により決定された
燃料噴射量で噴射したときの排気センサ出力に基
づいて、該出力が上記設定空燃比に対してリーン
を示している場合には、排気ガス還流量を増大
し、リツチを示している場合には排気ガス還流量
を減少することで、空燃比を設定空燃比に制御す
る制御手段とを備えた燃料噴射式エンジンの排気
ガス浄化装置である。

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
を大気で希釈することにより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１２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。

スロツトルバルブ開度Ｈ…スロツトルバルブ４の
回転軸の回転角を検出するスロツトルセンサ１
５の出力信号として与えられる。

吸気負圧Ｖ…スロツトルバルブ４の下流の吸気通
路３に臨ませて設けた吸気負圧センサ１６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１７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１８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１９（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２０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Ｈ、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、必要に応じて読み出され、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
力データ即ちスロツトルバルブ開度Ｈおよび空燃
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１９の出力
信号に対するしきい値Vthを比較回路２０に対し
て設定する設定電圧発生回路で、比較回路２０
は、第３図に示すように、排気センサ１９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１８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１６、水
温センサ１７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
Map１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Map１は、吸気負圧の変動範囲を
８等分する行ライトと、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ai.j
に対して、その格子点ai.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即ち噴射パルス幅L₀を予じ
め算出しその値をメモリさせたものであつて、第
５図に領域Ａで示すように、EGRを行なう低中
負荷領域においては、噴射パルス幅L₀を空燃比
がリーンとなるようにリーンセツトし、運転性、
出力が重視される他の領域では、空燃比がリツチ
となるようにリツチセツトしておく。即ち、
EGR量を増加して多量に発生しうるNOxを十分
に抑制する必要がある低中負荷領域Ａにおいて
は、多量のEGRを行なつたときにはじめて空燃
比が理論空燃比となるように、予じめリーンセツ
トしてEGR量を確保しうるようにしている。

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ai_-1、Ｊ、
ai_-1、j_-1、ai、j_-1、ai.jの各基準パルス幅L₀に基
づいて、点Ｐに対応する基準パルス幅L₀（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L₀（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Map２により、基準パ
ルス幅L₀（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L₀（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（＝L₀（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、スロツ
トルセンサ１５の信号を読み込んでスロツトルバ
ルブ開度Ｈをメモリ２３の第１メモリ域M₁の所
定アドレスにメモリする（ステツプ）。

メモリされたスロツトルバルブ開度Ｈは、前回
のサイクルでメモリされたスロツトルバルブ開度
H′（これは、メモリ２３の第２メモリ域M₂の所
定アドレスにメモリされている。）と、ステツプ
、において大小が比較され、Ｈ＝H′即ちス
ロツトルバルブ開度が一定であるときには、ステ
ツプに、加速（Ｈ＞H′）のとき又は減速（Ｈ
＜H′）のときにはステツプ〓〓に、夫々移行され
る。

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、基準パルス幅L₀、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１９の出力
信号を一方入力とする比較回路２０の出力（空燃
比信号Ａ／Ｆ）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Ａ／Ｆ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）を前回のデユーテイ比Ｄ（t₃）の５％減とす
る（Ｄ（t₄）＝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。

さらに、ステツプ又はにおいて、エンジン
１が加速状態にあるか、あるいは減速状態にある
ときには、EGR量を自ずから減少して運転性を
確保する必要があり、このため、第８図に示す如
きメモリMap３により、ソレノイドデユーテイ
比Ｄをマツプ制御する。

このメモリMap３は、第５図に示すメモリ
Map１と同様、吸気負圧Ｖと回転数Ｎとによつ
て指定される各格子点bi.jに対して、夫々最適な
固有のソレノイドデユーテイ比Ｄを予じめ設定し
たマツプであつて、メモリされた吸気負圧Ｖと回
転数Ｎによつて指定される点Ｑ（Ｖ、Ｎ）が格子
点bi.jと合致していないときには、第５図につい
て説明したと同様、点Ｑ（Ｖ、Ｎ）を囲む計４個
の格子点のソレノイドデユーテイ比を基準とした
補間計算によりソレノイドデユーテイ比Ｄを算定
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。

そのうえで、第１メモリ域M₁にメモリされた
前記噴射パルス幅Ｌを、ステツプ〓〓で読み出し、
第２図に示すように、出力インタフエース回路２
７によつて、燃料噴射ノズル５に印加し、噴射パ
ルス幅Ｌの間、燃料噴射ノズル５は燃料を吸気通
路３に噴射し、これによつて空燃比を理論空燃比
に維持する。

次いで、ステツプ〓〓では、算定したソレノイド
デユーテイ比Ｄを出力インタフエース回路２７を
介して三方ソレノイド弁１２に印加し、三方ソレ
ノイド弁１２のデユーテイ比を必要な値に制御す
る。

この場合、排気センサ１９によつて検出する実
際の空燃比が、理論空燃比よりリツチのときに
は、三方ソレノイド弁１２のデユーテイ比は増加
するようにコンピユータ制御され、このデユーテ
イ比の増加によつて大気による希釈度が増大し、
その結果、第１図に示すEGRバルブ９の負圧室
９ａに導入される負圧が減少し、負圧室９ａに縮
装したコイルバネ９ｂのバネ力が徐々にまさつ
て、弁体９ｃを支持するダイヤフラム９ｄを下向
きに変位させ、弁体９ｃを閉じていつてEGR量
を減少させ、EGR量の減少分だけ吸入空気量を
増加させて空燃比をリーン側に移行させ、理論空
燃比に合致させる。

逆に、排気センサ１９によつて検出される空燃
比がリーンである場合には、三方ソレノイド弁１
２のデユーテイ比を減少させることにより、
EGRバルブ９をより一層開いていき、EGR量を
増加して空燃比をリツチ側に移行させ、再び理論
空燃比に合致させる。

以上のように、本発明は、燃料噴射量をエンジ
ン回転数、吸気負圧およびスロツトルバルブ開度
のうちの２つの量を用いてコンピユータ制御する
ようにした燃料噴射式エンジンにおいて、排気通
路に排気センサを設け、該排気センサの出力信号
をコンピユータの入力信号としてEGR量をフイ
ードバツク制御する制御系を設け、EGR量の制
御を通して空燃比を制御すると同時にEGRに伴
なう空燃比補償をも図ることができる排気ガス浄
化装置を提供するものである。

本発明によれば、高価なエアフローメータを用
いることなく、EGR制御を通して空燃比を最適
に制御することができ、しかも排気センサによつ
て空燃比を実際に検出しながら制御することがで
きるので空燃比制御を確実なものとすることがで
きるうえ、間接的には、実際のEGR量を監視し
ているので、実際のEGR量に基づいたEGR制御
が行なえ、EGR制御自体も精密化できる効果が
得られる。

また、本発明によれば、EGR通路がスロツト
ル弁下流の吸気通路に連通されているため、スロ
ツトル弁がEGRガスで汚損されるおそれもない。

さらに、本発明によれば、単一のフイードバツ
ク制御系でEGR量と空燃比の両方を相関的にフ
イードバツク制御することができ、制御系を簡単
化することができる。

【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図は燃料噴射ノズルに対する基準パルス幅の設
定のためのメモリMap１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Map２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
の変化を空燃比信号との関係で示すグラフ、第８
図はエンジンの加減速時におけるソレノイドデユ
ーテイ比のためのメモリMap３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……ス
ロツトルセンサ、１６……吸気負圧センサ、１７
……水温センサ、１８……回転数センサ、１９…
…排気センサ。

Claims

【特許請求の範囲】１エンジン回転数と吸気負圧あるいはエンジン
回転数とスロツトルバルブ開度により吸入空気量
を検出する吸気量検出手段と、スロツトルバルブ下流に開口し、排気ガスの一
部を吸気に還流する排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に介設され、排気ガス還流
量を制御する排気ガス還流制御弁と、上記吸気量検出手段の出力を受け、該出力に対
して設定空燃比よりもリーンとなるよう燃料噴射
量を決定する決定手段と、混合気の空燃比を検出する排気センサと、上記決定手段により決定された燃料噴射量で噴
射したときの排気センサ出力に基づいて、該出力
が上記設定空燃比に対してリーンを示してる場合
には、排気ガス還流量を増大し、リツチを示して
いる場合には排気ガス還流量を減少することで、
空燃比を設定空燃比に制御する制御手段とを備え
た燃料噴射式エンジンの排気ガス浄化装置。