JPH0674100A - エンジンの排気ガス再循環制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大量の排気再循環を実行する際に、正確な再
循環ガスの調量と混合を可能とする。 【構成】 エンジン運転状態がＥＧＲ領域にあると判定
すると、アクセル開度ＴHV、エンジン回転数Ｎに基づい
て目標ＥＧＲ率ＲEGR0を設定し(S104)、この目標ＥＧＲ
率ＲEGR0に基づいて、比例ソレノイドの基本デューティ
ＤＵＴＹBASEを設定する(S105)。そして、ＥＧＲ通路に
介装された流量センサからの信号に基づくデューティ補
正量Ｉを基本デューティＤＵＴＹBASEに加算して比例ソ
レノイドのＯＮデューティＤＵＴＹを設定する(S107)。
これにより、ＥＧＲ制御弁の弁開度を定めるＯＮデュー
ティＤＵＴＹが流量センサからの信号に基づいてフィー
ドバック補正され、大量のＥＧＲに対して正確な調量と
混合を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスの一部を吸気
側に還流させるエンジンの排気ガス再循環制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、エンジンの燃焼過程にお
いては、混合気中の不活性成分を多くすると、単位発熱
量当たりのガス量の増加により燃焼温度が下がり、排気
ガス中のＮＯxの発生が少なくなるため、従来より、エ
ンジンの排気ガスの一部を吸気側に還流させ、混合気の
燃焼温度を下げて排気ガス中のＮＯxを低減する排気ガ
ス再循環（ＥＧＲ）が広く採用されている。

【０００３】このＥＧＲを行なうと、火炎核の生成遅
れ、火炎伝幡遅れなどが発生するため、エンジン運転状
態に応じた適切な制御が必要となり、安定したエンジン
の燃焼状態を維持するために従来よりＥＧＲ制御に係る
種々の提案がなされている。

【０００４】例えば、特開平２−１１８５８号公報に
は、吸気管の吸気絞り弁下流圧と排気管圧力との圧力差
が目標差圧となるよう吸気絞り弁を制御した後、排気ガ
スの酸素濃度が目標濃度になるよう排気ガス再循環弁を
制御することにより、ＥＧＲ制御のみの場合のエンジン
の低回転・低負荷領域や高回転・高負荷領域の制御を吸
気制御によって補償して全運転領域に対処できるように
し、且つＥＧＲ量制御をバラツキを伴わずに応答性良く
行なう技術が開示されている。

【０００５】また、特開平２−１０８８３１号公報に
は、内燃機関が減速状態にあり、且つ、ＥＧＲバルブの
実開度と指示開度との差が所定値以上のとき、燃料の噴
射供給を停止することにより、失火の発生を防止し、未
燃ＨＣの排出量を減少させてエミッションを向上させる
技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、理論空燃比
近傍で空燃比制御を行なう通常のエンジンでは、燃焼安
定性の問題などから、多くとも２０％程度のＥＧＲ率
（エンジンの全体の吸入ガス量に対するＥＧＲ量の比）
が限度であり、また、排気ガス中の酸素濃度も非常に低
いため、大量のＥＧＲを行なうニーズがなかった。

【０００７】しかしながら、近年の２サイクルエンジ
ン、特に、気筒内へ燃料を直接噴射する高圧噴射２サイ
クルエンジンや、４サイクルのリーンバーンエンジンで
は、通常のエンジンに比較して大幅にＥＧＲ限界が伸び
ており、燃焼に対する空燃比のリーン限界も高くなって
いる。

【０００８】これらのエンジンにおいては、ＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯXの三成分を理論空燃比近傍で浄化処理する従
来の三元触媒が使用できないため、ＮＯX低減のために
は、例えばＥＧＲ率４０〜５０％といった大量のＥＧＲ
が必須条件となっており、排気ガス中の酸素濃度が比較
的高いため、ＥＧＲ量としては通常のエンジンよりも数
倍以上流す必要があり、大量のＥＧＲを正確に制御する
必要が生じてきた。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、大量の排気再循環を実行する際に、正確な再循環ガ
スの調量と混合を可能とするエンジンの排気ガス再循環
制御方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるエンジンの
排気ガス再循環制御方法は、排気管の触媒下流側とマフ
ラ上流側との間から延出した排気ガス再循環通路に流量
センサを介装するとともに、上記排気ガス再循環通路の
吸気管への合流部に制御弁を設け、上記流量センサから
の信号に基づいて上記制御弁の弁開度を制御し、上記排
気ガス再循環通路を流れる排気ガスの流量が目標値とな
るようフィードバック制御することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によるエンジンの排気ガス再循環制御方
法では、排気管の触媒下流側とマフラ上流側との間から
延出した排気ガス再循環通路に介装した流量センサから
の信号に基づいて、排気ガス再循環通路の吸気管への合
流部に設けた制御弁の弁開度を制御し、排気ガス再循環
通路を流れる排気ガスの流量が目標値となるようフィー
ドバック制御する。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図面は本発明の一実施例を示し、図１はＥＧＲ制
御ルーチンのフローチャート、図２はデューティ補正量
設定ルーチンのフローチャート、図３はＥＧＲ率とデュ
ーティ補正量との関係を示す説明図、図４はエンジン制
御系の概略構成図、図５は電子制御系の回路構成図であ
る。

【００１３】図４において、符号１は、エンジン（図に
おいては４気筒２サイクルエンジン）であり、このエン
ジン１のシリンダヘッド２とシリンダブロック３とピス
トン４とで形成される燃焼室５に、点火プラグ６と気筒
内直接燃料噴射用のインジェクタ７とが臨まされてい
る。上記点火プラグ６は、点火コイル８の二次側に接続
されており、この点火コイル８の一次側にはイグナイタ
９が接続されている。

【００１４】また、上記シリンダブロック３には、掃気
ポート３ａと排気ポート３ｂとが形成されており、上記
シリンダブロック３の冷却水通路３ｃには、冷却水温セ
ンサ１０が臨まされている。

【００１５】また、上記層掃気ポート３ａには、給気管
（４サイクルエンジンの吸気管に相当）１１が連通され
ている。この給気管１１には、上流側から順に、エアク
リーナ１２、吸入空気量センサ（図においてはホットワ
イヤ式吸入空気量センサ）１３、逆止弁１４、クランク
シャフト１ａの回転によって駆動される掃気ポンプ１５
が介装されており、この掃気ポンプ１５により、吸気を
過給し、強制的に燃焼室５内を掃気するようになってい
る。

【００１６】また、上記掃気ポンプ１５をバイパスする
バイパス通路１６に、アクセルペダル１７に連動するバ
イパス制御弁１８が介装されており、アクセルペダル１
７にアクセル開度センサ１９が連設されている。

【００１７】また、上記排気ポート３ｂには、上記クラ
ンクシャフト１ａに連動して開閉される排気ロータリ弁
２０が設けられており、この排気ロータリ弁２０を介し
て上記排気ポート３ｂに排気管２１が連通されている。

【００１８】上記排気管２１は、ＣＯ及びＨＣを浄化す
るためのメタル触媒からなる触媒コンバータ２２を介し
てマフラ２３に接続されており、さらに、このマフラ２
３直上流側からＥＧＲ通路２４が延出され、ＥＧＲによ
るＮＯX低減処理の際に、上記排気管２１後端から新気
が逆流することを防止するようになっている。

【００１９】上記ＥＧＲ通路２４は、十分なガス流量が
確保できるだけの管路面積を有しており、上記給気管１
１の上記逆止弁１４の下流側に、ＥＧＲ制御弁２５を介
して連通され、ＥＧＲの際の排気ガスの逆流を防止し、
上記吸入空気量センサ１３の誤差を防止するようになっ
ている。

【００２０】また、上記ＥＧＲ通路２４の途中には、Ｅ
ＧＲ流量を計測するための流量センサ（図においてはホ
ットワイヤ式流量センサ）２６が介装され、この流量セ
ンサ２６の上流側には、排気ガス中のカーボン付着など
による上記流量センサ２６の誤計測を防止するためのフ
ィルタ２７が介装されている。

【００２１】上記ＥＧＲ制御弁２５は、上記ＥＧＲ通路
２４が上記給気管１１に合流する合流部に介装された板
状のスライド弁２５ａと、このスライド弁２５ａを進退
動させる比例ソレノイド２５ｂとからなり、スプリング
２５ｃによって上記スライド弁２５ａが閉方向に付勢さ
れている。

【００２２】上記比例ソレノイド２５ｂは、後述する電
子制御装置（ＥＣＵ）４０からのデューティ信号によっ
て駆動され、このデューティ信号のデューティ比に応じ
て上記スライド弁２５ａの位置を可変するようになって
いる。

【００２３】すなわち、本エンジン１では吸入負圧の影
響を受けることなく、上記ＥＧＲ制御弁２５の弁開度に
比例してＥＧＲ率（＝排気ガス再循環量／（吸入空気量
＋排気ガス再循環量））を制御することができるように
なっている。

【００２４】一方、符号３０は、燃料タンクであり、こ
の燃料タンク３０から燃料フィルタ３１、燃料ポンプ３
２を経て燃料供給路３３が延出され、この燃料供給路３
３が各気筒のインジェクタ７に連通されるとともに、比
例ソレノイドなどからなる燃料圧力レギュレータ３４に
連通されている。

【００２５】上記燃料供給路３３の上記燃料圧力レギュ
レータ３４入口側には、燃料圧力センサ３５が取付けら
れており、この燃料圧力センサ３５によって検出された
燃料圧力信号がＥＣＵ４０へ入力されると、このＥＣＵ
４０から上記燃料圧力レギュレータ３４へ出力される駆
動電流がフィードバック制御され、上記燃料圧力レギュ
レータ３４のバルブ開度が可変されて上記燃料タンク３
０へのリターン燃料が調整されることにより、目標とす
る燃料圧力に制御されるようになっている。

【００２６】さらに、上記シリンダブロックに支承され
たクランクシャフト１ａに、クランクロータ３６が軸着
されており、このクランクロータ３６の外周に、電磁ピ
ックアップなどからなるクランク角センサ３７が対設さ
れている。

【００２７】以上のエンジン制御系における各センサ、
アクチュエータ類は、図５に示されるＥＣＵ４０によっ
て制御される。このＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ
４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４３ａ、Ｉ／Ｏ
インターフェース４４がバスライン４５を介して互い
に接続されたマイクロコンピュータ、各部に所定の安定
化電源を供給する定電圧回路４６、及び、各アクチュエ
ータ類を駆動する駆動回路４７などから構成されてい
る。

【００２８】上記定電圧回路４６は、ＥＣＵリレー４８
のリレー接点を介してバッテリ４９に接続されるととも
に、直接、バッテリ４９に接続されており、上記ＥＣＵ
リレー４８のリレーコイルと上記バッテリ４９との間に
接続されたイグニッションスイッチ５０がＯＮされ、上
記ＥＣＵリレー４８のリレー接点が閉となったとき、各
部に制御用電源を供給し、また、上記イグニッションス
イッチ５０がＯＦＦされたときでも、上記バックアップ
ＲＡＭ４３ａにバックアップ電源を供給する。また、上
記バッテリ４９には、燃料ポンプリレー５１のリレーコ
イル、及び、この燃料ポンプリレー５１のリレー接点を
介して燃料ポンプ３２が接続されている。

【００２９】また、上記Ｉ／Ｏインターフェース４４の
入力ポートには、吸入空気量センサ１３、アクセル開度
センサ１９、冷却水温センサ１０、燃料圧力センサ３
５、クランク角センサ３７、流量センサ２６などが接続
されるとともに、上記バッテリ４９が接続されてバッテ
リ電圧がモニタされる。

【００３０】また、上記Ｉ／Ｏインターフェース４４の
出力ポートには、イグナイタ９が接続され、さらに、駆
動回路４７を介して、インジェクタ７、燃料圧力レギュ
レータ３４、燃料ポンプリレー５１のリレーコイル、及
び、ＥＧＲ制御弁２５の比例ソレノイド２５ｂなどが接
続されている。

【００３１】上記ＲＯＭ４２には制御プログラム、及
び、各種制御用固定データが記憶されており、また、上
記ＲＡＭ４３には、上記各センサ類、スイッチ類からの
信号を処理したデータ、及び、上記ＣＰＵ４１で演算処
理したデータが格納されている。さらに、上記バックア
ップＲＡＭ４３ａには、イグニッションスイッチ５０に
関係なく常時電源が供給され、イグニッションスイッチ
５０をＯＦＦにしてエンジンの運転を停止しても記憶内
容が消失せず、自己診断機能により検出した故障部位に
対応するトラブルデータなどがストアされるようになっ
ている。

【００３２】上記ＣＰＵ４１では上記ＲＯＭ４２に記憶
されている制御プログラムに従って、燃料噴射量、点火
時期などを設定し、空燃比制御、点火時期制御などの各
種制御を行なう。さらに、上記ＣＰＵ４１では、エンジ
ン運転状態がＥＧＲ領域にあるとき、ＥＧＲ制御弁２５
の比例ソレノイド２５ｂに所定のデューティ比の駆動信
号を出力してＥＧＲ制御弁２５の弁開度に応じた量の再
循環ガスを吸気側に還流させ、ＥＧＲ通路２４に介装さ
れた流量センサ２６からの信号に基づいて、比例ソレノ
イド２５ｂの駆動信号のデューティ比をフィードバック
補正する。

【００３３】次に、上記ＥＣＵ４０によるＥＧＲ制御動
作を、図１及び図２のフローチャートに従って説明す
る。

【００３４】図１は、所定時間毎に実行されるＥＧＲ制
御ルーチンを示し、まず、ステップS101で、エンジン負
荷を表わすパラメータとしてアクセル開度センサ１９か
らのアクセル開度ＴHVを読込み、また、クランク角セン
サ３７からの信号に基づくエンジン回転数Ｎ、冷却水温
センサ１０からの冷却水温ＴWを読込む。

【００３５】次いで、ステップS102へ進み、アクセル開
度ＴHV、冷却水温ＴWが所定の条件を満たしているか否
かを判断し、エンジンの運転状態がＥＧＲの必要な領域
にあるか否かを判定する。

【００３６】そして、上記ステップS102で、エンジン運
転状態がＥＧＲ領域でないと判定すると、上記ステップ
S102からステップ103へ分岐し、ＥＧＲ制御弁２５の比
例ソレノイド２５ｂに対する駆動信号のデューティ比
（以下、ＯＮデューティと称する）ＤＵＴＹを０とし
（ＤＵＴＹ←０）、ステップS108へ進む。

【００３７】ステップS108では、上記ステップS103で設
定したＯＮデューティＤＵＴＹを、Ｉ／Ｏポート４４か
ら駆動回路４７に出力される信号にセットしてルーチン
を抜ける。すなわち、エンジン運転状態がＥＧＲ領域で
ないときには、比例ソレノイド２５ｂを非通電とし、ス
ライド弁２５ａによりＥＧＲ通路２４を閉塞状態とする
のである。

【００３８】一方、上記ステップS102で、エンジン運転
状態がＥＧＲ領域にあると判定すると、上記ステップ10
2からステップS104へ進み、アクセル開度ＴHV、エンジ
ン回転数Ｎに基づき、ＲＯＭ４２の目標ＥＧＲ率マップ
を補間計算付きで参照して、ＥＧＲ率の制御目標値であ
る目標ＥＧＲ率ＲEGR0（％）を設定する。

【００３９】上記目標ＥＧＲ率マップには、エンジン回
転数Ｎとアクセル開度ＴHVとによって定まる各運転領域
毎に、予め実験等により求めたＥＧＲ率の最適値が目標
値としてストアされており、ＮＯX発生の大きい領域で
は、ＥＧＲ率の目標値も大きな値となっている。

【００４０】尚、エンジン負荷を表わすパラメータとし
ては、上述のアクセル開度ＴHVに限定されるものではな
く、例えば、吸入空気量Ｑなどを用いても良い。

【００４１】次に、上記ステップS104からステップS105
へ進むと、上記ステップS104で設定した目標ＥＧＲ率Ｒ
EGR0に基づいて、比例ソレノイド２５ｂの基本デューテ
ィＤＵＴＹBASEを設定する。この基本デューティＤＵＴ
ＹBASEは、ＥＧＲ量がＥＧＲ制御弁２５の弁開度に略比
例することから定まる比例ソレノイド２５ｂのＯＮデュ
ーティの基本値であり、ステップS105中に図示するよう
に、目標ＥＧＲ率ＲEGR0の一次関数として、マップ検索
あるいは計算により求めることができる。

【００４２】その後、上記ステップS105からステップS1
06へ進むと、ＥＧＲ通路２４に介装された流量センサ２
６からの信号に基づくフィードバック補正量であるデュ
ーティ補正量Ｉ（後述するデューティ補正量設定ルーチ
ンによって設定される）をＲＡＭ４３の所定アドレスか
ら読出す。

【００４３】次いで、ステップS107へ進み、上記ステッ
プS105で設定した基本デューティＤＵＴＹBASEに上記ス
テップS106で読出したデューティ補正量Ｉを加算して比
例ソレノイド２５ｂのＯＮデューティＤＵＴＹを設定
（ＤＵＴＹ←ＤＵＴＹBASE＋Ｉ）すると、ステップ108
で、このＯＮデューティＤＵＴＹを、Ｉ／Ｏポート４４
から駆動回路４７に出力される信号にセットしてルーチ
ンを抜ける。

【００４４】すなわち、ＥＧＲ制御弁２５の比例ソレノ
イド２５ｂへ出力される駆動信号のＯＮデューティＤＵ
ＴＹが、ＥＧＲ通路２４に介装した流量センサ２６から
の信号に基づいてフィードバック補正され、スプリング
２５ｃの付勢力に抗して移動させられるスライド弁２５
ａが、目標ＥＧＲ率ＲEGR0となるようなＥＧＲ流量を流
す位置に維持される。

【００４５】また、この際、ＥＧＲ通路２４は十分なＥ
ＧＲ流量が確保できるだけの管路面積を有し、しかも、
排気管２１後端のマフラ２３上流側から分岐しているた
め、ガス温度を比較的低くして密度を高め、大量のＥＧ
Ｒを可能にするとともに、排気背圧への影響を最小限に
止めて触媒コンバータ２２におけるガス交換過程への悪
影響を防止することができる。さらに、気筒内での圧縮
開始温度を低下させ、本実施例のエンジン１のような２
サイクルエンジン、あるいは４サイクルリーンバーンエ
ンジンに対し、ＮＯXの低減効果をより高めることがで
きるのである。

【００４６】次に、以上のＥＧＲ制御ルーチンのステッ
プS106で読出されるデューティ補正量Ｉを設定するため
のデューティ補正量設定ルーチンについて説明する。

【００４７】このデューティ補正量設定ルーチンは、図
２に示され、ＥＧＲ制御ルーチン実行後の所定時間毎に
割込み実行される。そして、ルーチンが起動されると、
まず、ステップS201で、吸気管１１に介装した吸入空気
量センサ１３からの信号に基づく吸入空気量Ｑ、ＥＧＲ
通路２４に介装した流量センサ２６からの信号に基づく
ＥＧＲ流量ＱEを、それぞれ、ＲＡＭ４３の所定アドレ
スから読込む。

【００４８】次いで、ステップS202へ進み、上記ステッ
プS201で読込んだ吸入空気量ＱとＥＧＲ流量ＱEとか
ら、実際のＥＧＲ率すなわち実ＥＧＲ率ＲEGR（％）を
算出（ＲEGR←１００×ＱE／（Ｑ＋ＱE））すると、ス
テップS203で、この実ＥＧＲ率ＲEGRと目標ＥＧＲ率ＲE
GR0との偏差ΔＲを算出し（ΔＲ←ＲEGR−ＲEGR0）、ス
テップS204へ進む。

【００４９】ステップS204では、上記ステップS203で算
出した偏差ΔＲの絶対値｜ΔＲ｜と設定値ＲSとを比較
する。この設定値ＲSは、図３に示すように、ＥＧＲ率
の制御幅を規定するものであり、｜ΔＲ｜＜ＲSとなっ
て偏差ΔＲが制御幅すなわち不感帯の中にあるときに
は、そのままルーチンを抜け、｜ΔＲ｜≧ＲSとなって
偏差ΔＲが制御幅の範囲外のときには、ステップS205へ
分岐する。

【００５０】ステップS205では、実ＥＧＲ率ＲEGRと目
標ＥＧＲ率ＲEGR0とを比較し、現在の実ＥＧＲ率ＲEGR
が目標ＥＧＲ率ＲEGR0に対して上にあるか下にあるかを
判別する。そして、ＲEGR＞ＲEGR0のときには、上記ス
テップS205からステップS206へ進んで、設定値ＩS（微
小値）の減算により前回ルーチン実行時に設定したデュ
ーティ補正量Ｉを減少させて（Ｉ←Ｉ−ＩS）ルーチン
を抜け、一方、ＲEGR≦ＲEGR0のときには、上記ステッ
プS205からステップS207へ分岐し、設定値ＩSの加算に
より前回ルーチン実行時に設定したデューティ補正量Ｉ
を増加させて（Ｉ←Ｉ＋ＩS）ルーチンを抜ける。

【００５１】すなわち、図３に示すように、実ＥＧＲ率
ＲEGRがＲEGR0＋ＲS〜ＲEGR0−ＲSの制御幅外となった
とき、デューティ補正量Ｉを設定値ＩS分だけルーチン
の実行毎に増減させ、実ＥＧＲ率ＲEGRを目標ＥＧＲ率
ＲEGR0に対する制御幅内に収束させるようにするのであ
る。

【００５２】尚、本実施例においては、ＥＧＲ制御弁２
５をスライド弁２５ａと比例ソレノイド２５ｂからなる
構成を例にとって説明したが、ＥＧＲ制御弁２５は、こ
れに限定されるものではなく、その他、ステッピングモ
ータ等を使用した比例制御弁でも良い。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気管の触媒下流側とマフラ上流側との間から延出した排
気ガス再循環通路に介装した流量センサからの信号に基
づいて、排気ガス再循環通路の吸気管への合流部に設け
た制御弁の弁開度を制御し、排気ガス再循環通路を流れ
る排気ガスの流量が目標値となるようフィードバック制
御するため、２サイクルエンジンや４サイクルリーンバ
ーンエンジンなど大量の排気再循環を必要とするエンジ
ンに対する排気再循環の実行に際し、正確な再循環ガス
の調量と混合を可能とし、排気ガス中のＮＯX低減、燃
費向上を図ることができるなど優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＧＲ制御ルーチンのフローチャート

【図２】デューティ補正量設定ルーチンのフローチャー
ト

【図３】ＥＧＲ率とデューティ補正量との関係を示す説
明図

【図４】エンジン制御系の概略構成図

【図５】電子制御系の回路構成図

【符号の説明】

１ エンジン １１ 給気管（吸気管） ２１ 排気管 ２２ 触媒コンバータ ２３ マフラ ２４ ＥＧＲ通路 ２５ ＥＧＲ制御弁 ２６ 流量センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気管の触媒下流側とマフラ上流側との
   間から延出した排気ガス再循環通路に流量センサを介装
   するとともに、上記排気ガス再循環通路の吸気管への合
   流部に制御弁を設け、 上記流量センサからの信号に基づいて上記制御弁の弁開
   度を制御し、上記排気ガス再循環通路を流れる排気ガス
   の流量が目標値となるようフィードバック制御すること
   を特徴とするエンジンの排気ガス再循環制御方法。