JPS6394061A - エンジンの排気ガス再循環制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はエンジンの排気ガス再循環（ＥＧＲ＞を制御す
る装置に関し、特に排気ガス再循環弁のデユーティ比を
制御する装置に関するものである。

［従来の技術］ エンジンの排気ガス再循環制御装置は、エンジンの低負
荷時等において、Ｎｏにの低減を図るために排気ガスの
一部を吸気側に戻すよう制御するものとしてよく知られ
ているが、排気ガスの再循環量が多過ぎることによって
スモークが増加するのを防ぎ、ＮＯｘとスモークを両立
させて減少させることが必要である。

このため、例えば特開昭５８−７２６６５号公報では排
気系統に酸素（０２）濃度センサーを設け、その出力値
（実際値）を設定空燃比における酸素濃度（設定値）と
比較し、実際値が設定値よりも大きければ再循環量を増
やして、空燃比を下げ、実際値が設定値より小さければ
再循環量を減らして空燃比と上げるように制御している
。

また、特開昭５８−１４０４６１号公報では、やはり酸
素濃度センサーを排気系統に配し、そのセンサー出力値
と空気過剰率との特性曲線から求められる空気過剰率が
、Ａ−Ｂ（Ｆ／Ｇ）（Ａ、Ｂは定数、Ｆは単位エンジン
回転当たりの燃料量、Ｇは単位エンジン回転当たりの全
ガス量）で決定される理論的な空気過剰率となるように
制御されてディーゼルエンジンの有害物質であるＨＣ＋
ＮＯｘの排出を最少に押えている。

［発明が解決しようとする問題点］ かかる従来の排気ガス再循環制御装置は、排気ガスの再
循環量が過多にならないように酸素濃度センサーをエン
ジンの排気系統に設けているが、この酸素濃度センサー
の出力はフィードバックによって再循環弁のデユーティ
比制御に用いられるため、エンジンの応答遅れ分を必ず
伴い、この応答遅れ分はエンジンのパラメータ、例えば
回転数によって変化することになる。

従って、フィードバックの制御ゲインが一定の場合は、
エンジン回転が低速の場合は、制御が早過ぎてしまうた
め、制御自体が発振してしまうか、あるいは不安定な制
御になり、逆にエンジン回転が高速では制御が追いつか
なくなってしまうという問題点があった。

一方、センサー出力をエンジン回転数に応じて補正する
という技術が特開昭５８−８２０２９号公報に記載され
ているが、これはオープン制御方式でありフィードバッ
ク制御でないために酸素濃度センサーを用いた排気ガス
再循環弁の制御には応用することができない。

従って、本発明の目的は、エンジン回転数の影響を受け
ない安定で且つ十分なフィードバック制御を可能にする
エンジンの排気ガス再循環制御装置を実現することであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため本発明に係るエンジンの排気
ガス再循環制御装置は、排気ガス再循環弁と、排気管に
設けた酸素濃度センサーと　エンジン回転数センサーと
、負荷センサーと、前記エンジン回転数センサー及び負
荷センサーの゛百出力値に対応した目標酸素濃度を決定
し、該目標酸素濃度と前記酸素濃度センサーの出力値と
の差と、エンジン回転数に対応した前記弁の制御ゲイン
とにより前記弁のデユーティ比と決定する制御手段と、
を備えている。

［作用］ 制御手段は、エンジン回転数センサー及びエンジン負荷
センサーの各出力を入力し、それら出力値に応じた目標
酸素濃度を決定する。更に排気管に設けた酸素濃度セン
サーの出力を入力し、この出力酸素濃度値と、先に決定
された目標酸素濃度値との差を演算し、エンジン回転数
センサーの出力からそのエンジン回転数に対応した再循
環弁の制御ゲインを求め、酸素濃度差と制御ゲインとに
より再循環弁の制御デユーティ比を決定している。

［実施例］ 以下、本願発明に係るエンジンの排気ガス再循環制御装
置の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、１はディー
ゼルエンジンの１気筒部分、２は排気弁、３は噴射ノズ
ル、４は吸気管、５は排気管、６は排気管５に設置され
排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサー（以下、
０２センサーという）、７は排気ガス再循環弁、８は排
気ガス再循環パイプ、９はエアクリーナ、である。

また、１０はＩ１０装置１１．１２、ＣＰＵ１３、及び
ＲＯＭ　−ＲＡＭのメモリ１４を含み、ｏ２センサー６
、エンジン回転数センサー１５、及びエンジン負荷セン
サー１６からの電気信号を入力して排気ガス再循環制御
信号を発生するコントローラ、１７はコントローラ１０
の出力信号によって制御されてバキュームポンプ（Ｖ、
Ｐ、）１８の制御負圧を排気ガス再循環弁７に送って制
御するバキュームスイッチング弁である。尚、エンジン
負荷センサー１６は、噴射ポンプ（図示せず）のレバー
開度を検出するポテンショメータ、噴射ポンプのコント
ロールスリーブやラック（図示せず）の移動型を検出す
るスリーブセンサスはラックセンサー、噴射期間を測定
する針弁リフトセンサー等を用いることができる。

かかる閉ループにより排気ガス再循環フィードバック制
御ループが形成されている。

第２図はコントローラ１０のメモリ１４に格納されたプ
ログラムのフローチャートを示す図で、このフローチャ
ートを参照しながら、排気ガス再循環制御の動作を説明
する。

まず、コントローラ１０はセンサー１５及び１６の出力
を入力してそれぞれエンジン回転数及び負荷を得る（第
２図ステップＳ１）、このうちエンジン回転数が所定値
以上か否かチェックしく同Ｓ２）、所定値以上高回転時
の場合は排気ガス再循環制御をかける必要がないので弁
７のデユーティ比を無条件に０％とし閉じる（同Ｓ３）
、エンジン回転数が所定値以下のときはエンジン負荷が
所定値以上か否かチェックする（同Ｓ４）、この場合、
負荷が所定値以下であれば低負荷時と判定して無条件に
排気ガス再循環制御を行うため弁７のデユーティ比を１
００％として開く〈同Ｓ５）。

エンジン負荷が所定値以下でなければ、ＲＯＭ１４に予
め記憶しておいたエンジン回転数−負荷−目標酸素濃度
の３次元データマツプ（第３図）から、現在のエンジン
回転数及び負荷に対応した・目標酸素濃度を読み出す（
同Ｓ６＞。

ここで上記の３次元データマツプの求め方について説明
する。

エンジン回転数が一定のときｏ２センサー出力（０２濃
度に比例）は、負荷の代用特性の−っである燃料流量に
対して第４図（ａ）のような実線で示す特性を呈する。

そして、排気ガス再循環制御をかけたときは、同図の点
線で示す特性となり、しかも再循環量が大きくなれば図
示の如く傾きも大きくなる　（ただし、燃料流量が零の
ときはｏ２は消費されないので縦軸の切片は不変）。

今、再循環率を第４図（ｂ）のような特性でかけたとす
ると、０２センサーの出力は第４図（ｃ）の点線で示す
ような特性になる。

エンジン回転数が異なる場合には、燃料流量と０２セン
サー出力電圧の関係が変化するので、いくつかの回転数
で第４図（ｃ）のような目標酸素濃度を決定し、最終的
に回転数−負荷（燃料流量）−目標酸素濃度の３次元マ
ツプを作ることができる。

このようにして目標酸素濃度を求めた後、０□センサー
６の出力から現在の酸素濃度を求める（同Ｓ７）。

次に、やはりＲＯＭ１４に記憶されている第５図に示す
ような２次元データマツプから、上記に求めたエンジン
回転数に対応するフィードバック制御定数ＫＰ及びＫｌ
を読み出すく同Ｓ８）。

ここで、フィードバック制御定数ＫＰ及びＫ。

の求め方について説明する。

まず、再循環弁７を操作してから、実際に０２濃度が変
わるまでには必ず時間遅れが発生する。

この要因としては、 ■再循環弁及びその制御系の応答性、 ■０２センサーの応答性、 ■エンジンの燃焼時間、 の３つが挙げられ、このうち特に要因■はその遅れ時間
がエンジンの回転数に依存する。

従って、エンジンを一定の回転数及び負荷で運転してい
て、フィードバック制御を停止し、再循環弁の制御パル
スデューティ比をステップ状に変化させたときの０２セ
ンサーの出方変化は第゛６図（ａ）のようになる。

このような特性を持った制御系に対して最適制御ゲイン
定数を決定する場合、上記の要因■が回転数に依存した
パラメータであるため最適制御ゲインも回転数の関数で
あることを考慮する必要がある。

このため、第６図（ｂ）に示す如く、いくつかのエンジ
ン回転数において、回転数を一定にしておいて負荷をス
テップ状に変えた時の０２センサー出力電圧をモニター
し、下記の条件、 ■発振しないこと、 ■オーバーシュート、アンダーショートが十分小さいこ
と、 ■■及び■に加えて遅れ時間が最小であること、に合致
する図示の実線特性に沿った制御ゲイン定数を選定すれ
ばよい。

一般的には、回転数が高くなる程、制御ゲイン定数は大
きくなる　（制御ゲイン（Ｘ：１／３！！れ時間伏エン
ジン回転数）。

ただし、実際には単純な一次遅れではないため、実験に
より最適値を選定することになる。尚、この他、エンジ
ン負荷やエンジン水温等の他のエンジンパラメータを用
いても同様に制御ゲイン定数を求めることができる。

また、この実施例では、ＰＩ副制御採用して制御ゲイン
定数ＫＰ及びＫｌを求めているが、ＰＩ副制御限るもの
ではない。

このようにして求めた制御定数ＫＰ及びに！から次の式
により再循環弁７の制御デユーティ比りを計算する（同
Ｓ９）。

Ｄ＝ＤＰ　＋ＤＩ Ｄｌ　＝Ｄｌ′＋Ｋｌ・Δ０２ Δ０２＝　０２（目標値）　　０２（センサー出力）た
だし、ＤＰはデユーティ比比例項、Ｄ、はデユーティ比
積分項、ＫＰは比例ゲイン定数、Ｋｌは積分ゲイン定数
、ＤＩ’　　は前回のデユーティ比積分項、を示す。

そして、このデユーティ比りによりバキュームスイッチ
ング弁１７を駆動して弁７をバキュ・−ムボンプ１８か
らの負圧により制御する（同５ＩＯ）。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係るエンジンの排気ガス再循環
制御装置においては、エンジンの回転数と負荷に対応し
た目標酸素濃度を求め、これと現在の酸素濃度との差を
とり、この差とエンジン回転数に対応した制御ゲイン定
数とにより再循環弁のデユーティ比を制御するように構
成したので、エンジンの回転数に対応した制御定数が得
られ、安定でかつ十分な応答性を有するフィードバック
制御が可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの排気ガス再循環制御装
置の全体構成を示す図、 第２図は第１図で用いられる制御手段としてのコントロ
ーラで実行されるプログラムのフローチャート図、 第３図は目標酸素濃度を求めるための３次元データマツ
１図、 第４図（ａ）乃至（ｃ）は目標酸素濃度を説明するため
のグラフ図、 第５図はエンジン回転数に対する制御ゲイン定数を求め
るための２次元データマツプ図、第６図（ａ）及び（ｂ
）は制御ゲイン定数を説明するためのグラフ図、である
。 第１図において、１はディーゼルエンジン、５は排気管
、６はｏ２センサー、７は排気ガス再循環弁、１０はコ
ントローラ、１５はエンジン回転センサー、１６はエン
ジン負荷センサー、である。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　茂　泉　　　修　司 第１図 第２図 回転数− 第３区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ガス再循環弁と、排気管に設けた酸素濃度セ
   ンサーとエンジン回転数センサーと、負荷センサーと、
   前記エンジン回転数センサー及び負荷センサーの両出力
   値に対応した目標酸素濃度を決定し、該目標酸素濃度と
   前記酸素濃度センサーの出力値との差と、エンジン回転
   数に対応した前記弁の制御ゲインとにより前記弁のデュ
   ーティ比を決定する制御手段と、を備えたことを特徴と
   するエンジンの排気ガス再循環制御装置。
2. （２）前記制御手段が、エンジン回転数、負荷及び目標
   酸素濃度に関する３次元データマップと、エンジン回転
   数及びＰＩ制御ゲイン定数に関する２次元データマップ
   と、を予め記憶したメモリを含んでいる特許請求の範囲
   第１項記載のエンジンの排気ガス再循環制御装置。