JP2870355B2 - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガス再循
環装置に係り、特に負圧駆動されるダイアフラム式の制
御弁を排気還流通路中に有し、接点式弁開度センサの検
出結果を基に制御弁に供給する負圧をフィードバック制
御して排気ガスの還流流量を制御する内燃機関の排気ガ
ス再循環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気エミッションを向上させ
る有効な手段として、従来より排気ガスを吸気通路内に
再循環させる手段が知られており、かかる処理を実現す
べく排気通路と吸気通路とを排気還流通路で連通した内
燃機関が広く普及している。

【０００３】すなわち、内燃機関においては混合気が燃
料リーンとなり、過剰酸素を含む状況では、排気ガス中
に多量の窒素酸化物ＮＯｘが含有されることが知られて
いる。この場合、燃焼室内における燃焼速度が早いほ
ど、また燃焼温度が高いほど多量のＮＯｘが発生する。
従って、かかる場合においても、燃焼速度を遅く、また
燃焼温度を低くすることができれば、ＮＯｘの排出量を
低減することが可能である。

【０００４】ところで、内燃機関から排出される排気ガ
ス中には、上記したＮＯｘの他にも、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）
や二酸化炭素（ＣＯ₂ ）のような不活性ガスが多量に含
まれている。このため、排気ガスは空気に比べて安定
で、自ら燃焼して熱源となることがない。

【０００５】従って、排気ガスを混合気の一部として含
有させた場合、燃焼室内における燃焼速度及び燃焼温度
は共に低下することになり、排気ガスに含有されるＮＯ
ｘ量は著しく低減されることとなる。上記した排気ガス
再循環装置は、燃焼速度や燃焼温度と生成されるＮＯｘ
量とのかかる特性に鑑みたものである。

【０００６】一方、内燃機関に供給される混合気中に過
剰な排気ガスが還流されると、燃焼室内における燃焼速
度が不当に鈍化して出力特性が悪化することになる。ま
た、過剰な排気ガスの混入は、燃焼温度の不当な低下を
招き、ＣＯやＨＣ等の未燃成分の生成を促進させること
になる。

【０００７】このため、排気ガスの再循環装置において
は、還流させる排気ガス量を精度良く所望の流量に制御
し得ることが要求され、一般に排気還流通路中にその導
通を制御する排気還流制御弁を設け、かつその制御弁を
フィードバック制御して要求される精度を確保する手法
が用いられている。

【０００８】特開昭５９−１３６５５３号公報は、かか
る要求を満たす装置として、負圧駆動によるダイアフラ
ム式排気還流制御弁に接点式弁開度センサを設置し、か
つ一方の導入孔が負圧供給源に連通し、他方の導入孔が
大気に開放された３方弁を適当にデューティ駆動して得
られた負圧をその制御弁に供給する装置を開示してい
る。

【０００９】つまり、上記公報記載の装置においては、
３方弁を駆動するデューティ比を変更することによって
排気還流制御弁に供給する負圧を適当に大気圧から負圧
供給源で発生される負圧までの幅で変更することができ
る。更に、供給された負圧に対してどれだけの弁開度が
確保されているかを弁開度センサによって検出すること
ができる。

【００１０】上記公報記載の装置は、この弁開度センサ
の検出結果と目標の弁開度とを比較し、その比較結果に
基づいてそれらを一致させるべく３方弁の駆動デューテ
ィ比をフィードバック補正して排気還流制御弁の弁開度
を目標弁開度に制御するものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
装置において用いられる接点式弁開度センサは、排気還
流制御弁の弁体と共に移動するブラシと、所定電圧の印
加された抵抗体とからなるポテンショメータで構成され
る。このポテンショメータにおいては、一般にその摺動
に伴う抵抗体の摩耗に起因して出力特性が経時変化する
ことが問題とされるが、上記従来の装置においてもその
摩耗が制御上大きな問題となる場合がある。

【００１２】つまり、上記装置における弁開度センサ
は、排気還流制御弁の弁開度を検出する目的で設置され
たものであるため、当然にブラシが抵抗体表面に接触す
る位置は弁開度によって一義的に決定する。この場合に
おいて、排気還流制御弁の弁開度は、その全ての開度領
域が均一に用いられるわけではなく、内燃機関の運転領
域中、頻繁に使用される領域に相当する開度が同様に頻
繁に設定される。従って、弁体と一体となって移動する
ブラシも、頻繁に用いられる弁開度に対応する部位の近
傍に頻繁に位置されることになる。

【００１３】ここで、上記従来の装置においては、排気
還流制御弁の弁体は供給される負圧を受けてダイアフラ
ムが変位することに起因して弁体が開弁される構成であ
る。また、ダイアフラムを変位させる負圧は、負圧供給
源から導かれる負圧と大気圧とを所定のデューティ比で
混合して設定した負圧である。

【００１４】従って、ダイアフラムを変位させるべく供
給される負圧は厳密には一定圧力ではなく、デューティ
信号と同周期で脈動する負圧である。このため、動作中
における排気還流制御弁の弁体、ダイアフラム、及び弁
開度センサのブラシは厳密に一定の変位位置に保持され
ているものではなく、制御目標値を中心に振動した状態
に維持される。

【００１５】この結果、上記従来の装置の如くダイアフ
ラム式排気還流制御弁をデューティ駆動する装置におい
ては、接点式弁開度センサの接触部が局部的に摩耗する
場合が生じ、経時変化による早期の特性変化や耐久性不
足等の問題が発生する場合があった。

【００１６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、内燃機関の運転状態に応じて排気還流制御弁を駆
動するデューティ信号の周波数を適当に制御して、摺動
回数の低減による局部的摩耗の抑制を図ることにより上
記の課題を解決する内燃機関の排気ガス再循環装置を提
供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、上記の目的を達
成する内燃機関の排気ガス再循環装置の原理構成図を示
す。すなわち上記の目的は、図１（Ａ）に示すように、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気還流通
路１の途中に、供給される負圧に応じた開度を示すダイ
アフラム式排気還流制御弁２を備え、該排気還流制御弁
２の開度を検出する接点式弁開度センサ３の検出信号を
基に、デューティ比設定手段４において行われるフィー
ドバック制御によって決定されるデューティ比で、負圧
と大気圧とを前記排気還流制御弁に導入する電磁弁５を
駆動することにより所望の弁開度を確保して排気ガスの
還流流量を制御する内燃機関の排気ガス再循環装置にお
いて、内燃機関の運転状態に応じて、排気ガスの還流流
量が内燃機関に与える影響度を検出する影響度検出手段
６と、該影響度検出手段６の検出結果に基づいて、還流
流量が内燃機関に与える影響度が小さいほど前記排気還
流制御弁２に供給する負圧と大気圧とを切り換えるデュ
ーティ信号の発生周波数を低周波に設定する駆動周波数
設定手段７とを有する内燃機関の排気ガス再循環装置に
より達成される。

【００１８】この場合において、図１（Ｂ）に示すよう
に前記影響度検出手段６に代えて、前記排気還流制御弁
の弁開度について、内燃機関の運転に際して用いられる
頻度分布を予め記憶すると共に、現実の弁開度がいかな
る頻度領域に制御されているかを検出する頻度領域検出
手段８を設け、駆動周波数設定手段９において、前記頻
度領域検出手段８の検出結果に基づいて、前記排気還流
制御弁２の弁開度が高頻度領域に制御されているほど該
排気還流制御弁２に供給する負圧と大気圧とを切り換え
るデューティ信号の発生周波数を低周波に設定する構成
も有効である。

【００１９】

【作用】上記図１（Ａ）に示す内燃機関の排気ガス再循
環装置において、前記影響度検出手段６によって排気ガ
スの還流流量が内燃機関に与える影響が小さいことが検
出された場合は、必ずしも前記排気還流制御弁２の弁開
度を目標開度に一致させる必要がない。

【００２０】一方、前記影響度検出手段６によってその
影響が大きいことが検出された場合は、前記排気還流制
御弁２の弁開度を精度良く目標開度に一致させる必要が
ある。この場合、前記排気還流制御弁２の弁開度精度
は、導かれる負圧の脈動の大きさに多大な影響を受け、
前記電磁弁５の駆動周波数が早いほど高精度となる。

【００２１】ところで、前記駆動周波数設定手段７は、
排気ガスの還流流量が内燃機関に大きな影響を与える場
合には、電磁弁５を駆動するデューティ信号の周波数を
速く設定する。従って、かかる場合には、前記排気還流
制御弁２の弁開度は高精度に制御される。

【００２２】一方、排気ガスの還流流量が内燃機関に与
える影響が小さい場合には、前記駆動周波数設定手段７
は、比較的遅い周波数を設定する。この場合、前記排気
還流制御弁２の弁開度精度は悪化する傾向となるが、そ
の反面前記弁開度センサ３の局部的な摺動回数が低減さ
れ、局部的摩耗が抑制される。

【００２３】また、上記図１（Ｂ）に示す内燃機関の排
気ガス再循環装置においては、前記弁開度センサ３の接
触部が、前記排気還流制御弁の弁開度に従って頻繁に摺
動される部位に位置しているときには、前記頻度領域検
出手段８によって、弁開度が高頻度領域であることが検
出される。

【００２４】従って、この場合には、前記駆動周波数設
定手段９によって、デューティ信号の周波数として比較
的低い周波数が設定される。このため、前記弁開度セン
サ３の接触部の局部的摩耗が抑制される。一方、前記弁
開度センサ３の接触部が稀にしか摺動されない部位に位
置している場合には、電磁弁５が高周波のデューティ信
号で駆動されても、局部的摩耗が問題となることはな
い。

【００２５】

【実施例】図２は、本発明の一実施例である内燃機関の
排気ガス再循環装置の構成図を示す。以下、同図を参照
して本実施例装置の構成及び動作について詳細に説明す
るが、それに先立って図３を参照して、排気ガス再循環
装置（ＥＧＲ装置）の概要について簡単に説明する。

【００２６】図３中、符号１１は内燃機関を示す。内燃
機関１１の吸気ポートは、吸気バルブ１２を介して吸気
通路１３と連通している。また、その排気ポートは、吸
気バルブ１４を介して排気通路１５と連通している。

【００２７】内燃機関１１の燃焼室１６内には、ピスト
ン１７が配設されている。このピストン１７は、コンロ
ッド１８により、図示されないクランクシャフトに連結
されている。このため、燃焼室１６内での爆発力はクラ
ンクシャフトで回転力に変換されて取り出される。

【００２８】排気通路１５は、排気ガス中のＮＯｘ、Ｈ
Ｃ、ＣＯといった酸化物、及び未燃成分を浄化する三元
触媒コンバータ１９に連接されている。この触媒コンバ
ータ１９は、理想空燃比の燃料が燃焼した場合に最も効
率良く上記の未燃成分等を浄化する特性を有している。

【００２９】排気通路１５中、内燃機関１１と触媒コン
バータ１９との間には、排気還流通路２０が連通してい
る。また、排気還流通路２０の他方の端部は、吸気通路
１３に連通している。更に、この排気還流通路２０の途
中には、排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）２１が設けられて
おり、これにより通路２０の導通が制御される。

【００３０】ＥＧＲ弁２１は、ダイアフラム２１ａ、ス
プリング２１ｂ、弁体２１ｃで構成される。ダイアフラ
ム２１ａは、ＥＧＲ弁２１内部を２つの空間に仕切り、
スプリング２１ｂにより常に下向きに付勢されている。
また、弁体２１ｃはダイアフラム２１ａに固定されてお
り、通常の状態においては、排気還流通路２０の導通を
遮断するように作用する。

【００３１】ダイアフラム２１ａの上部空間は、負圧通
路２２ａを介して電磁弁２３に連通している。この電磁
弁２３は、フィルタ２３ａ、大気孔２３ｂ、切替弁２３
ｃ、スプリング２３ｄ、ソレノイド２３ｅ、負圧孔２３
ｆで構成されている。ここで、フィルタ２３ａと大気孔
２３ｂとは互いに連通しており、大気孔２３ｂの内部は
常に大気圧に保たれている。

【００３２】また、切替弁２３ｃは、大気孔２３ｂまた
は負圧孔２３ｆの何れかを閉塞するように動作し、ソレ
ノイド２３ｅが通電されていない場合にはスプリング２
３ｄの作用で負圧孔２３ｆを閉塞するように作用する。
そして、ソレノイド２３ｅに所定の電流が通電される
と、発生する電磁力に従って大気孔２３ｂを閉塞するよ
うに変位する。

【００３３】ところで、この負圧孔２３ｆは負圧通路２
２ｂを介して内燃機関１１の吸気通路１３と連通してい
る。従って、内燃機関１１が運転している間は、吸気通
路１３内に発生する吸気負圧が電磁弁２３の負圧孔２３
ｆまで伝えられることになる。

【００３４】従って、ソレノイド２３ｅへの通電をオン
として切替弁２３ｄにより大気孔２３ｂを閉塞した状態
とすれば、負圧通路２２ａには内燃機関１１の吸気負圧
が導かれ、ＥＧＲ弁２１のダイアフラム２１ａには、ス
プリング２１ｂの付勢力に抗う方向（図３中上向き）の
力が作用する。

【００３５】また、ソレノイド２３ｅへの通電をオフと
して切替弁２３ｃを負圧孔２３ｆを閉塞するように変位
させると、負圧通路２２ａの内圧がフィルタ２３ａを介
して大気に開放され、ＥＧＲ弁２１のダイアフラム２１
ａには、スプリング２１ｂの付勢力のみが加わった状態
となる。

【００３６】従って、ソレノイド２３ｅへの通電を適宜
オン・オフすることによって、ダイアフラム２１ａに対
してスプリング２１ｂの付勢力に抗う方向の力を適宜作
用させることができ、特に、ソレノイド２３ｅへの通電
をデューティ制御する場合には、任意の負圧をダイアフ
ラム２１ａ上に導くことができる。

【００３７】ところで、本実施例装置のＥＧＲ弁２１ｂ
は、弁開度センサ２４を備えている。この弁開度センサ
２４は、後述の如く接点式の弁開度センサで、ダイアフ
ラム２１ａの上下動に応じた、すなわち弁体２１ｃの開
度に応じた信号を発生する。従って、弁開度センサ２４
の出力信号を基に電磁弁２３のソレノイド２３ｅを適当
なデューティ比で駆動することとすれば、ＥＧＲ弁２１
の弁開度を高精度にフィードバック制御することが可能
である。

【００３８】かかる構成のＥＧＲ装置において、内燃機
関１１の動作中にＥＧＲ弁２１が開弁されると、内燃機
関１１の吸気通路１３と排気通路１５とが、排気還流通
路２０を介して導通した状態となる。このため、内燃機
関１１で発生した吸気負圧の一部が排気通路１５へ導か
れ、排気通路１５中の排気ガスが排気還流通路２０を通
って吸気通路１３内へと吸入される。

【００３９】この様な処理が成された場合、燃焼室１６
に供給される混合気中には、排気ガス中に含まれるＣＯ
₂ やＨ₂ Ｏ等の不活性ガスが混入する。この結果、燃焼
室１６内における混合気の燃焼速度及び燃焼温度が低下
し、排気ガス中のＮＯｘ含有量が低下されることにな
る。

【００４０】この際、燃焼室１６内での燃焼速度や燃焼
温度が過度に低下すると、今度は排気ガス中のＣＯ，Ｈ
Ｃ濃度が過剰となって排気エミッションが悪化する。つ
まり、良好な排気エミッションを確保するためには、燃
焼速度や燃焼温度を適値に制御する必要があり、ＥＧＲ
装置によってかかる要求を満たそうとする場合には、排
気ガスの還流流量を精度良く制御する必要が生ずる。

【００４１】ところで、燃焼室１６内における混合気の
燃焼速度や燃焼温度は、内燃機関１１の運転状態、負荷
等によってある程度決まる値である。従って、それらを
適値とし得る排気ガス還流流量は、内燃機関１１の運転
状態等に対応して予め設定することが可能である。この
ため本実施例装置においては、後述の如く、かかる観点
から設定したマップを基にして上記したＥＧＲ弁２１の
フィードバック制御を実行することとしている。

【００４２】以下、図２を参照して本実施例装置の要部
について、すなわち前記した影響度検出手段６，駆動周
波数設定手段７，９及び頻度領域検出手段８に相当する
機構、及びその動作について、更に詳細な説明を行う。
尚、図２及び図３において同一の構成部分については同
一の符号を付している。この際、図２中、電磁弁２３に
ついては理解の容易のため３方向弁の記号を用いて表し
ている。

【００４３】図２に示すように、本実施例装置の弁開度
センサ２４は、所定電圧の印加された抵抗体２４ａ，抵
抗体２４ａ上を摺動するブラシ２４ｂ，ブラシ２４ｂを
ＥＧＲ弁２１のダイアフラム２１ａと連結するシャフト
２４ｃとで構成される。

【００４４】すなわち、ブラシ２４ｂは、ダイアフラム
２１ａの上下動に伴って上下に変位し、ブラシ２４ｂと
抵抗体２４ａとの接触位置に応じてブラシ２４ｂの電位
が変動する。従って、ブラシ２４ｂの電位を検出すれ
ば、ダイアフラム２１ｂの変位位置、すなわちＥＧＲ弁
２１の弁開度を検知することができる。

【００４５】制御装置３０は、前記したデューティ比設
定手段４，影響度検出手段６，駆動周波数設定手段７，
９，頻度領域検出手段８を構成する本実施例装置の要部
で、中央処理装置（ＣＰＵ）３１，メモリ３２，出力ポ
ート３３，入力ポート３４及びそれらを互いに接続する
共通バス３５を有している。

【００４６】出力ポート３３は、各種センサ等から入力
されたデータに基づき、ＣＰＵ３１がメモリ３２内に格
納されるプログラムに従って演算した結果を出力するポ
ートであり、駆動回路３６を介して電磁弁２３のソレノ
イド２３ｅに接続されている。また、入力ポート３４
は、Ａ／Ｄコンバータを内蔵し、各種センサ等から供給
される検出信号をディジタル化して共通バスへと転送す
る。

【００４７】ここで、本実施例装置における入力ポート
３４には、上記した弁開度センサ２４の他、内燃機関１
１の運転状態を検出するセンサとして例えば冷却水温を
検出する水温センサ３７，吸入空気量を検出する吸入空
気量センサ３８，スロットル弁全閉を表すアイドルスイ
ッチ３９及び機関回転数を表すクランク角センサ４０等
が接続されている。

【００４８】すなわち、制御装置３０は、水温センサ３
７や吸入空気量センサ３８等から供給される信号から内
燃機関１１の運転状態を検出し、その状態に適した排気
ガス還流流量を実現すべくソレノイド２３ｅをデューテ
ィー制御する。そして、その際に弁開度センサ２４から
供給される実開度検出信号に基づいて、実開度と設定開
度とを整合させるため、そのデューティ比をフィードバ
ック制御によって補正する。

【００４９】ところで、上記したように本実施例装置の
弁開度センサ２４は、ダイアフラム２１ａと一体となっ
て移動するブラシ２４ｂが抵抗体２４ａ表面を摺動する
接点式のセンサである。この際、上記の如くＥＧＲ弁２
１をデューティ制御する構成では、そのデューティ制御
に起因する負圧の脈動に伴って弁開度センサ２４の抵抗
体２４ａとブラシ２４ｂとが局部的な摺動を繰り返すこ
とになる。

【００５０】この局部的な摺動の振幅、すなわち弁体２
１ｃのリフト振幅は、図４に示すようにＥＧＲ弁２１を
駆動するデューティ信号の周波数（以下、デューティ周
波数と称す）の関数であり、デューティ周波数が高いほ
ど小さい幅となる。従って、内燃機関１１における排気
ガスの還流流量を精度良く制御するためには、脈動の影
響が少ない高周波デューティ信号で電磁弁２３を駆動す
る必要がある。

【００５１】ところが、ＥＧＲ弁２１を駆動する信号の
デューティ周波数が高いと、制御精度が向上する反面ブ
ラシ２４ｂによる抵抗体２４ａの摺動回数が増加し、摩
耗によるダメージが増長される。つまり、車両の耐久性
として10万km走行を想定して抵抗体２４ａとブラシ２４
ｂとの生涯摺動回数を試算した場合、図５に示す如くデ
ューティ周波数１０Hzにおける摺動回数が０．５億回で
あるとすれば、デューティ周波数３０Hzではその３倍に
あたる１．５億回となる。

【００５２】従って、デューティ周波数が３０Hzとされ
た場合、抵抗体２４ａは、デューティ周波数が１０Hzの
場合と比べて明らかに大きなダメージを受けることにな
る。このように、接点式弁開度センサ２４を用いたフィ
ードバック系を有するＥＧＲ装置においては、良好な排
気エミッションを確保するため弁開度精度を向上すべく
高いデューティ周波数を設定すると、弁開度センサ２４
に耐久性上の問題が生ずる場合があった。

【００５３】ところが、良好な排気エミッションを確保
するために必要な弁開度精度は、内燃機関の全運転領域
において等しく要求されるものではない。つまり、例え
ば内燃機関１１の吸入空気量が大きい領域では、ある程
度排気ガスの還流流量が変動しても、その影響で排気エ
ミッションが大きく悪化することがない。従って、この
ような状況下では、弁開度センサ２４に大きなダメージ
を与えてまで高精度に弁開度を制御する必要はない。

【００５４】そこで、本実施例装置においては、排気ガ
スの還流流量が内燃機関の運転状況や排気エミッション
に与える影響度合いを考慮し、その影響度合いが大きい
場合には高いデューティ周波数で、また影響度合いが小
さい場合には低いデューティ周波数でＥＧＲ弁２１、す
なわち電磁弁２３を駆動することとした。

【００５５】かかる構成によれば、排気エミッションを
適切に確保し得る制御精度が確保でき、かつ抵抗体２４
ａとブラシ２４ｂとの摺動回数を効果的に低減すること
が可能だからである。以下、図６，図７を参照して、本
実施例装置において、上記影響度に従ってデューティ周
波数を切替える動作について詳細に説明する。

【００５６】図６は、本実施例装置において制御装置３
０内に記憶されているマップを示し、排気ガスの還流流
量が内燃機関１１の排気特性に与える影響度合いを表し
ている。尚、同図において横軸は内燃機関１１の機関回
転数Ｎｅを、縦軸は機関１回転当たりの吸入空気量Ｇ／
Ｎを示し、ＷＯＴ曲線は、スロットル弁全開時における
上限値を示す曲線である。

【００５７】この場合において図６中“Ａ”の領域は、
内燃機関１１の常用領域のうち、比較的吸入空気量Ｑ／
Ｎが小さい領域である。つまり、排気ガスの還流流量が
変動した場合、その変動が混合気中に占める排気ガスの
割合に大きく影響し、かつ内燃機関として総合的に適切
な排気特性を得るためには、良好な排気エミッションを
確保する必要のある領域として定めた領域である。

【００５８】また、図６中“Ｂ”領域は、内燃機関１１
の常用領域のうち、比較的多量の吸入空気量Ｑ／Ｎが供
給される領域である。従って、内燃機関１１として適切
な排気特性を得るためには良好な排気エミッションを確
保する必要はあるものの、排気ガスの還流流量の多少の
変動は混合気中に占める排気ガスの割合にはさほど影響
しない領域である。

【００５９】そして、高回転・高負荷領域である“Ｃ”
領域は、内燃機関１１において常用される領域ではな
く、主に運転者が高出力を欲した際に使用される領域で
ある。つまり、その排気エミッションが悪化したとして
も、その悪化は一時的であって総合的な排気特性にはさ
ほど影響しない領域である。

【００６０】従って、本実施例装置において内燃機関１
１が図６中“Ａ”領域にある場合には、排気ガスの還流
によりＮＯｘの低減を図るためＥＧＲ弁２１を高精度に
制御すべくデューティ周波数を高周波に設定し、内燃機
関１１が“Ｂ”領域、“Ｃ”領域へと移行するにつれて
その周波数を低下させる構成とすれば、常時要求される
精度を確保しつつ、適宜比較的低周波のデューティ周波
数を採用することが可能となる。

【００６１】尚、本実施例において、上記“Ａ”領域
は、弁体２１ｃのリフトストロークが、混合気中に含ま
れる排気ガスの還流流量の割合（ＥＧＲ率）に与える影
響度合いが所定水準を越える領域として、下記の式が成
立する領域に設定している。

【００６２】

【数１】

【００６３】ここで、式中“α”は、目標とする排気エ
ミッションとの関係から実験的に決定した値である。ま
た、図６において“Ｂ”領域と“Ｃ”領域とは、車両が
通常の環境下で運転された場合に使用される常用領域
と、非常用領域とで分けたもので、経験則により分別し
ている。

【００６４】図７は、上記の処理を実現すべく制御装置
３０が実行するルーチン処理の一例のフローチャートを
示す。以下、同図に沿って本実施例装置の動作について
説明する。

【００６５】図７に示すルーチンが起動すると、先ずス
テップ１００において内燃機関１１の運転状態を検出す
るため、水温センサ３７，吸入空気量センサ３８，アイ
ドルスイッチ３９及びクランク角センサ４０等の検出信
号を取り込む。

【００６６】そして、これらの信号を取り込んだら、ス
テップ１０２へ進んで排気ガスの還流処理を実行する条
件（ＥＧＲ条件）が成立しているか否かを見る。ここ
で、本実施例装置においては、上記ステップ１００で取
り込んだ信号のうち水温センサ３７とアイドルスイッチ
３９とに基づいてＥＧＲ条件を判定する。

【００６７】すなわち、アイドルスイッチ３７がオンと
なる状況下では、吸入空気量Ｑ／Ｎが少ないため排気ガ
スの還流は行わないこととし、また内燃機関１１の冷却
水温が所定温度に達していない状況下では、その運転状
態が不安定であることを考慮して同様に排気ガスの還流
処理を行わないこととしている。

【００６８】このため、上記ステップ１０２においてＥ
ＧＲ条件が“不成立”と判別された場合は、電磁弁２３
を駆動する信号のデューティ周波数について何らの処理
を行うことなく、ステップ１０４でデューティ比を
“０”とした後ステップ１０６へ進み、デューティ比
“０”の駆動信号を出力して今回の処理を終了する。

【００６９】従って、この場合は電磁弁２３を介してＥ
ＧＲ弁２１のダイアフラム２１ａが大気に開放され、ス
プリング２１ｂに付勢された弁体２１ｃが排気還流通路
２０を閉塞し、排気ガスの還流が阻止されることにな
る。

【００７０】これに対して、上記ステップ１０２におい
てＥＧＲ条件が成立すると判別された場合は、内燃機関
１１の運転状態に応じて適切なデューティ周波数を設定
すべくステップ１０８以下の処理を実行する。

【００７１】ステップ１０８は、上記ステップ１００に
おいて読み込んだ吸入空気量センサ３８及びクランク角
センサ４０の検出信号に基づいて、機関１回転当たりの
吸入空気量Ｇ／Ｎ、及び機関回転数Ｎｅを算出し、内燃
機関１１が上記図６に示すマップ中、“Ａ”の領域にあ
るか否かを判別するステップである。

【００７２】また、ステップ１０８において“Ａ”領域
ではないと判別された場合に実行するステップ１１０
は、内燃機関１１の運転状態が、上記図６に示すマップ
中、“Ｂ”の領域にあるか否かを判別するステップであ
る。つまり、これらステップ１０８，１１０は、内燃機
関１１が図６に示すマップにおいて“Ａ”〜“Ｃ”何れ
の運転領域にあるかを特定するためのステップである。

【００７３】この場合において、これらの領域は上記し
たように排気ガスの還流流量が内燃機関１１の排気特性
に与える影響度合いに対応している。従って、上記ステ
ップ１０８，１１０は、前記した影響度検出手段６に相
当し、これらの処理を実行することにより、ＥＧＲ弁２
１の弁開度に要求される精度の水準を判断することがで
きる。

【００７４】すなわち、上記ステップ１０８において
“Ａ”領域であると判別された場合は、良好な排気エミ
ッションを確保するために高い精度でＥＧＲ弁２１を制
御する必要があると判断してステップ１１２へ進み、必
要な精度を確保すべくデューティ周波数を３０Hzに設定
する。

【００７５】また、上記ステップ１０８，１１０を実行
した結果“Ｂ”領域であると判別された場合は、多少の
誤差は排気エミッションに影響しないと判断してステッ
プ１１４へ進み、抵抗体２４ａの摩耗に有利なデューテ
ィ周波数として２０Hzを設定する。そして、ステップ１
１０において“Ｂ”領域ではないと判別された場合は、
最もＥＧＲ弁２１の精度の要求されていない“Ｃ”領域
で運転中であると判断し、ステップ１１６においてデュ
ーティ周波数を１０Hzに設定する。

【００７６】このように、本実施例装置によれば、内燃
機関１１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２１に供給される
負圧を制御するデューティ信号の周波数が３つの水準に
切り換えられ、ＥＧＲ弁２１の弁開度に比較的精度が要
求されない状況下では、低いデューティ周波数が設定さ
れることになる。ここで、上記ステップ１１２〜１１６
は前記したデューティ比設定手段４に相当している。

【００７７】従って、電磁弁２３を介してＥＧＲ弁２１
に供給される負圧の脈動は、内燃機関１１が“Ａ”領域
にある場合には比較的小さく、内燃機関１１が“Ｂ”、
“Ｃ”領域へと移行するに従って段階的大きくなる。こ
のため、弁開度センサ２４においては、常時３０Hzの周
波数で摺動される場合に比べて抵抗体２４ａの摩耗環境
が改善され、結果として耐久性が向上されることにな
る。

【００７８】尚、上記ステップ１１２〜１１６において
デューティ周波数を算出したら、以下、ステップ１１８
及び１２０において、ＥＧＲ弁２１に要求される弁開度
を確保するためのデューティ比を算出し、所望のデュー
ティ周波数及びデューティ比を満たす駆動信号を、ステ
ップ１０６において電磁弁２３へ向けて出力する。

【００７９】以下、上記ステップ１１８及び１２０の処
理内容について簡単に説明すると、上記ステップ１１８
においては、内燃機関の運転状態に応じて、適量の排気
ガスを還流し得る目標のリフト量を算出する。つまり、
排気ガス中のＮＯｘを適切に低減させるための排気ガス
の還流流量は、内燃機関１１の運転状態によって決定さ
れ、機関回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇ／Ｎとの関数として
決まる。

【００８０】そこで、本実施例装置においては、所望の
還流流量を確保し得る弁体２１ｃのリフト量を、予め機
関回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇ／Ｎの２次元マップとして
設定し、ステップ１１８ではそのマップを参照して目標
リフト量ＴＬＩＦＴを算出し、更にＴＬＩＦＴに対応す
る目標デューティ比ＴＤＵＴＹを算出することとした。

【００８１】また、ステップ１２０は、ステップ１１８
で求めたＴＬＩＦＴを速やかに実現すべくＴＤＵＴＹに
補正を加えたデューティ比ＤＵＴＹを算出する。つま
り、本実施例装置が使用するＥＧＲ弁２１は、負圧によ
ってダイアフラム２１ａを変位させることにより弁体２
１ｃを駆動する。

【００８２】従って、電磁弁２３に供給する駆動信号の
デューティ比を変更してからダイアフラム２１ａ上の負
圧がそのデューティ比に対応する圧力となるまでには、
ある程度の時間差が生じる。この時間差は、内燃機関１
１の運転状態が過渡的に変化し、ＥＧＲ弁２１の実開度
と目標開度とが大きく離れた場合に顕著に現れる。

【００８３】一方、ＥＧＲ装置において適切に排気ガス
の還流流量を制御するためには、弁体２１ｃが頻繁に変
動する目標開度に追従する必要があり、その追従性如何
によってはＥＧＲ制御による排気エミッションの向上効
果を確保できない状態となる場合が生ずる。

【００８４】そこで、本実施例装置においては、上記ス
テップ１１８において算出された目標リフト量ＴＬＩＦ
Ｔが速やかに実現されるべく、ステップ１２０において
以下に式に従って目標デューティ比ＴＤＵＴＹの補正を
行い、算出されたＤＵＴＹを実際に電磁弁２３に供給す
る駆動信号のデューティ比とすることとした。

【００８５】 ＤＵＴＹ＝ＴＤＵＴＹ＋ＫＤＴ（ＤＬＩＦＴ≧０） ・・・（２） ＤＵＴＹ＝ＴＤＵＴＹ−ＫＤＴ（ＤＬＩＦＴ＜０） ・・・（３） 上記（２）式においてＤＬＩＦＴは、弁体２１ｃの実際
のリフト量ＬＩＦＴと目標のリフト量ＴＬＩＬＦＴとの
差である。また、ＫＤＴは、そのＤＬＩＦＴの大きさの
関数として設定された補正値で、ＤＬＩＦＴが大きいほ
ど大きな値に、例えば下表の如く設定されている。

【００８６】

【表１】

【００８７】つまり、目標リフト量が大きく増加した場
合は、上記（２）式によって目標デューティ比に所定の
ＫＤＴを加えたＤＵＴＹが設定される。そして、弁体２
１ｃが目標リフト量ＴＬＩＦＴに近づくにつれてＫＤＴ
の値が小さくなり、ＴＤＵＴＹとＤＵＴＹとが徐々に近
似した値となり、遂には一致した値となる。

【００８８】この結果、ＥＧＲ弁２１に供給される負圧
は、弁体２１ｃを目標位置に向けて変位させる初期段階
においては急激に変化し、所望の弁開度が達成される
と、以後適切にその弁開度を維持し得る圧力に保持され
ることになる。従って、単にＴＤＵＴＹを出力する場合
に比べて弁体２１ｃの応答性が向上し、負圧駆動に起因
する時間遅れが抑制されることになる。

【００８９】同様に、目標リフト量が減少した場合は、
上記（３）式に従って、その初期段階においては目標デ
ューティ比から所定のＫＤＴを減じた値がＤＵＴＹとし
て設定される。そして、弁体２１ｃが所定の弁開度に近
づくにつれてＴＤＵＴＹとＤＵＴＹとが接近し、遂には
一致して適切な弁開度が維持されることになる。

【００９０】このように、本実施例装置においては、実
際の弁開度と要求される弁開度との差に基づいた補正を
行うことにより、弁体２１ｃの動作応答性を改善してお
り、内燃機関１１の運転状態が過渡的に変動している状
況下であっても、適切な弁開度制度を維持することがで
きる。

【００９１】図８は、本実施例装置において弁開度セン
サ２４の耐久性を向上させるために実行する処理の他の
例のフローチャートを示す。同図に示す処理は、内燃機
関１１が通常環境下で運転される、頻繁に使用される領
域と比較的使用頻度の低い領域とを経験則から分別する
ことができることに着目したものである。

【００９２】つまり、図９に示すように内燃機関１１の
運転領域をその機関回転数Ｎｅと機関１回転当たりの吸
入空気量Ｑ／Ｎとで表した場合、通常走行に使用される
領域は図９中“Ａ”の領域となる。従って、内燃機関１
１は、この領域において最も頻繁に運転されることにな
る。

【００９３】ところで、上記したようにＥＧＲ弁２１
は、内燃機関１１の運転状態に応じた弁開度を示すべく
設定されている。従って、弁開度に着目した場合は、内
燃機関１１が“Ａ”領域となった際に用いられる弁開度
が最も頻繁に用いられることになる。更に、抵抗体２４
ａとブラシ２４ｂとの接触部位と、ＥＧＲ弁２１の弁開
度との関係を鑑みると、ブラシ２４ｂも抵抗体２４ａ上
の特定の領域を最も頻繁に摺動することになる。

【００９４】つまり、抵抗体２４ａにおいて耐久性が問
題となるのは、主に内燃機関１１が図９中“Ａ”領域で
運転された際にブラシ２４ｂに摺動される部位であり、
その摺動頻度が低下するにつれて耐久性が問題とならな
くなる。そこで、本ルーチンは、内燃機関１１が“Ａ”
領域である場合には比較的デューティ周波数を低く設定
し、“Ｂ”領域、“Ｃ”領域へと移行して使用頻度が低
下すると共にデューティ周波数を高く設定することによ
り、弁開度センサ２４の耐久性を向上させようとするも
のである。

【００９５】すなわち、図８に示す処理が起動すると、
上記図７に示す処理と同様に先ず内燃機関１１の条件を
各種センサより取り込み（ステップ２００）、ＥＧＲ条
件が成立しているか否かを見る（ステップ２０２）。そ
して、その条件が不成立である場合には、デューティ周
波数についてはなんらの処理も行わず、デューティ比０
の駆動信号を出力して（ステップ２０４，２０６）今回
の処理を終了する。

【００９６】一方、ステップ２０２においてＥＧＲ条件
が成立すると判別された場合は、デューティ周波数を適
値に設定して要求精度と耐久性を両立させるべくステッ
プ２０８以降の処理を行う。

【００９７】ここで、ステップ２０８，２１０は、共に
内燃機関１１の運転領域が図９中、何れの領域であるか
を判別するステップであり、それぞれ“Ｃ”領域である
か、また“Ｂ”領域であるかを判別する。従って、これ
らステップ２０８，２１０を実行することにより、内燃
機関１１が“Ａ”〜“Ｃ”の何れの領域で運転されてい
るかを特定できることになる。このようにして、本実施
例におけるステップ２０８，２１０は、前記頻度領域検
出手段８を構成する。

【００９８】そして、ステップ２０８において内燃機関
１１が“Ｃ”領域にあると判別された場合は、ステップ
２１８へ進んでデューティ周波数を３０Hzに設定する。
内燃機関１１が“Ｃ”領域となることは稀であり、この
領域に対応して摺動される部位に関しては抵抗体２４ａ
の耐久性を配慮する必要がなく、積極的に弁開度精度を
向上させるべきだからである。

【００９９】また、ステップ２１０において“Ｂ”領域
であると判別された場合は、ステップ２１４において２
０Hzを、ステップ２１０において“Ｂ”領域ではないと
判別された場合はステップ２１６において１０Hzを、そ
れぞれデューティ周波数として設定する。尚、本実施例
においては上記ステップ２１２〜２１６が前記したデュ
ーティ比設定手段４を実現している。

【０１００】従って、本実施例装置においては、抵抗体
２４ａとブラシ２４ｂとが頻繁に接触する部位では単位
時間当たりの摺動回数が少なく、また稀にしか接触しな
い部位においては単位時間当たりの摺動回数が多くな
り、結果として抵抗体２４ａの全領域が均一に摩耗する
ことになる。このため、従来の装置の如く弁開度センサ
２４の抵抗体２４ａが、ブラシ２４ｂとの摺動によって
局部的に摩耗することがなく、弁開度センサ２４の耐久
性が向上することになる。

【０１０１】尚、本ルーチンにおいて上記ステップ２１
２〜２１６でデューティ周波数を設定した後、そのデュ
ーティ周波数を基礎として、内燃機関１１の運転状況に
応じた目標デューティ比を設定し（ステップ２１８）、
次いで良好な弁体２１ｃの応答性を確保すべく補正を加
えたＤＵＴＹを算出して（ステップ２２０）駆動信号と
する点については上記図７に示すルーチン中ステップ１
１８，１２０と同様である。

【０１０２】ところで、本ルーチンにおいては、内燃機
関１１の運転領域が図９中何れの領域であるかに着目し
てデューティ周波数を設定する構成であるが、より直接
的に弁体２１ｃのリフト量を基に使用頻度を判断してデ
ューティ周波数を設定する構成としてもよい。

【０１０３】つまり、内燃機関１１に配設されたＥＧＲ
弁２１は、上記したように内燃機関１１の運転状態に対
応した弁開度を示す。従って、内燃機関１１の運転状態
が図９に示す如き頻度を示した場合、それに対応して、
通常運転時における弁体２１ｃのリフト量の頻度分布を
設定することが可能である。

【０１０４】例えば、図１０はリフト量４〜５mmが最も
頻繁に用いられる構成における頻度分布を示している。
この場合、この４〜５mmの領域を“Ａ”領域、その両脇
を“Ｂ”領域、更にその両脇を“Ｃ”領域とすれば、上
記ルーチンにおいて内燃機関１１の運転状態に基づいて
行ったのと同様の判断をすることができ、上記ルーチン
と同様に適切なデューティ周波数を設定することが可能
である。

【０１０５】また、上記した各実施例は、排気ガスの還
流流量の影響度や、抵抗体２４ａが摺動される頻度等に
基づいて段階的にデューティ周波数を切り換える構成に
限定しているが、これに限るものではなく連続的にデュ
ーティ周波数を変動させる構成としてもよい。

【０１０６】

【発明の効果】上述の如く請求項１記載の発明によれ
ば、排気ガスの還流流量が内燃機関に大きな影響を与え
る領域と、そうでない領域とを区別し、高い精度が要求
される領域においてはその精度を確保すると共に、精度
がさほど要求されない領域において過剰制御を実行しな
いことにより、良好な排気特性と弁開度センサの耐久性
とを両立させることができるという特長を有している。

【０１０７】また、請求項２記載の発明によれば、内燃
機関の運転状態に応じてデューティ周波数を設定し、頻
繁に使用される領域では低い周波数で、稀にしか使用さ
れない領域では高い周波数で排気還流制御弁が駆動され
る。従って、弁開度センサにおいて頻繁に摺動が行われ
る部位にあっては、その摺動周波数が低く抑制され、結
果的に弁開度センサの耐久性が向上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気ガス再循環装置の
原理図である。

【図２】本発明に係る内燃機関の排気ガス再循環装置の
一実施例の要部の構成を表す図である。

【図３】本実施例装置の構成を表す全体図である。

【図４】排気還流制御弁の弁体のリフト振幅と駆動信号
のデューティ周波数との関係を表すグラフである。

【図５】接点式弁開度センサの接触部における生涯摺動
回数と駆動信号のデューティ周波数との関係を表すグラ
フである。

【図６】内燃機関の運転状態と排気ガスの還流流量が内
燃機関に与える影響度の大きさとの関係を表すマップで
ある。

【図７】本実施例装置の実行するルーチン処理の一例の
フローチャートである。

【図８】本実施例装置の実行するルーチン処理の他の例
のフローチャートである。

【図９】内燃機関の運転状態の使用頻度を表すマップで
ある。

【図１０】内燃機関の通常運転状況下における排気還流
制御弁の弁開度頻度を表す図である。

【符号の説明】

１，２０ 排気還流通路 ２，２１ 排気還流制御弁 ３，２４ 弁開度センサ ４ デューティ比設定手段 ５，２３ 電磁弁 ６ 影響度検出手段 ７，９ 駆動周波数設定手段 ８ 頻度領域検出手段 １１ 内燃機関 ２１ａ ダイアフラム ２１ｃ 弁体 ２４ａ 抵抗体 ２４ｂ ブラシ ３０ 制御装置 ３８ 吸入空気量センサ ４０ クランク角センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 25/07 550 F02M 25/07 580

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通
   する排気還流通路の途中に、供給される負圧に応じた開
   度を示すダイアフラム式排気還流制御弁を備え、該排気
   還流制御弁の開度を検出する接点式弁開度センサの検出
   信号を基に行われるフィードバック制御によって決定さ
   れるデューティ比で負圧と大気圧とを前記排気還流制御
   弁に導入することにより所望の弁開度を確保して排気ガ
   スの還流流量を制御する内燃機関の排気ガス再循環装置
   において、 内燃機関の運転状態に応じて、排気ガスの還流流量が内
   燃機関に与える影響度を検出する影響度検出手段と、 該影響度検出手段の検出結果に基づいて、還流流量が内
   燃機関に与える影響度が小さいほど前記排気還流制御弁
   に供給する負圧と大気圧とを切り換えるデューティ信号
   の発生周波数を低周波に設定する駆動周波数設定手段と
   を有することを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装
   置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通
   する排気還流通路の途中に、供給される負圧に応じた開
   度を示すダイアフラム式排気還流制御弁を備え、該排気
   還流制御弁の開度を検出する接点式弁開度センサの検出
   信号を基に行われるフィードバック制御によって決定さ
   れるデューティ比で負圧と大気圧とを前記排気還流制御
   弁に導入することにより所望の弁開度を確保して排気ガ
   スの還流流量を制御する内燃機関の排気ガス再循環装置
   において、 前記排気還流制御弁の弁開度について、内燃機関の運転
   に際して用いられる頻度分布を予め記憶すると共に、現
   実の弁開度がいかなる頻度領域に制御されているかを検
   出する頻度領域検出手段と、 該頻度領域検出手段の検出結果に基づいて、前記排気還
   流制御弁の弁開度が高頻度領域に制御されているほど該
   排気還流制御弁に供給する負圧と大気圧とを切り換える
   デューティ信号の発生周波数を低周波に設定する駆動周
   波数設定手段とを有することを特徴とする内燃機関の排
   気ガス再循環装置。