JPH11324816A

JPH11324816A - エンジン制御装置

Info

Publication number: JPH11324816A
Application number: JP10133466A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ishii; 俊夫石井; Kouzo Katogi; 工三加藤木; Yutaka Takaku; 豊高久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス還流システムを備えたエンジンの燃
焼不安定を無くすると共に排気状態も良好にでき、かつ
エンジンの個々の構成部品のばらつきにも対処できて、
より正確なＥＧＲ制御ができるエンジン制御装置を提供
する。【解決手段】エンジン制御装置が、運転状態検出手段
と、ＥＧＲ量演算手段と、ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算
手段とを備え、前記ＥＧＲ量演算手段が、前記運転状態
検出手段の空燃比等の検出値によってＥＧＲ量を演算
し、該演算したＥＧＲ量に基づいて前記ＥＧＲ制御バル
ブ駆動量演算手段の駆動量を補正してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、排気ガス還流（Ｅ
ＧＲ）量を制御するエンジン制御装置に係り、特に、エ
ンジンの空燃比に応じて排気ガス還流（ＥＧＲ）量を制
御するエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からエンジンの排気ガスを吸気系に
再循環させる排気ガス還流（ＥＧＲ）システムが知られ
ており、該排気ガス還流システムは、吸気系と排気系と
を連通させる排気還流路にＥＧＲ制御バルブを配設し
て、該ＥＧＲ制御バルブを開閉調節することで、前記排
気還流路の開口面積を変更して排気ガスの還流量を調節
している。前記排気ガス還流システムは、エンジンの運
転状態に応じて排気ガス還流率を得るために、前記ＥＧ
Ｒ制御バルブをステッピングモーターあるいはデューテ
ィソレノイド等で駆動してその開度を制御している。

【０００３】そして、前記の如き排気ガス還流システム
を備えたエンジン制御装置における排気ガス還流（ＥＧ
Ｒ）量の制御は、専ら排気ガスの有害成分（ＣＯ、Ｈ
Ｃ，ＮＯｘ）の減少を目的として、エンジンの特定の運
転領域のみ行われている。即ち、排気ガスを吸気系に還
流することにより、シリンダ内の燃焼温度上昇を抑制
し、特にＮＯｘの排出量を低減するものであって、排気
還流路におけるオリフィス前後の圧力差を一定に保つ方
式と、エンジン運転状態に対応して、ＥＧＲ量をオープ
ンループ的に制御する方式とが知られている。近年、厳
しさを一層増してきている排気ガス規制に対応するため
と、エンジンのポンピングロスを低減して燃費の向上を
目的として、ＥＧＲ領域の拡大及び大容量のＥＧＲ量を
かける要求が強まっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、大量にＥＧ
Ｒ量をかける場合には、エンジンの個々の構成部品のば
らつきなどにより同じＥＧＲ制御を行なっても、実際の
ＥＧＲ量が異なり、燃焼が不安定になったり、排気状態
が悪化することがあった。そこで、ＥＧＲ量を精度よく
検出し、ＥＧＲ制御を補正することにより、ＥＧＲ量過
多による燃焼不良に起因する排気状態の悪化や運転性の
悪化、及び、ＥＧＲ量の不足による排気状態の悪化を防
ぐことが課題となっている。本発明は、前記のような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは、排気ガス還流システムを備えたエンジンの燃焼不
安定を無くすると共に排気状態も良好にでき、かつエン
ジンの個々の構成部品のばらつきにも対処できて、より
正確なＥＧＲ制御ができるエンジン制御装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明のエンジン制御装置は、運転状態検出手段と、Ｅ
ＧＲ量演算手段と、ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段と
を備え、前記ＥＧＲ量演算手段が、前記運転状態検出手
段の検出値によってＥＧＲ量を演算し、該演算したＥＧ
Ｒ量に基づいて前記ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段の
駆動量を補正することを特徴とし、前記運転状態検出手
段の検出値が、エンジンの実空燃比であることを特徴と
している。

【０００６】そして、本発明のエンジン制御装置の具体
的態様は、前記ＥＧＲ量演算手段が、ＥＧＲ量を、Ｑ_EGR=｛η×（ＰＩＭ×Ｖ）／（Ｒ×Ｔ）｝−ＱＦ×Ｒ
ＡＦ但し、Ｑ_EGR：排気系から還流される排気ガス量（Ｅ
ＧＲ量）ＱＦ：噴射される燃料量ＲＡＦ：実空燃比 η ：エンジンの吸気効率ＰＩＭ：吸気管内圧力Ｖ：エンジンの排気量Ｒ：吸気管内混合気の気体定数Ｔ：吸気管内平均温度（絶対温度）の式によって演算することを特徴としている。

【０００７】また、本発明のエンジン制御装置の他の態
様としては、該エンジン制御装置がＥＧＲ診断手段を備
え、前記ＥＧＲ診断手段が、前記運転状態検出手段の検
出値に基づいて演算されたＥＧＲ量演算手段のＥＧＲ量
と前記ＥＧＲ制御バルブの駆動量とを比較することで前
記ＥＧＲ量が適正か否かを診断することを特徴としてい
る。

【０００８】更に、本発明の他の具体的な態様として
は、エンジン制御装置が、前記ＥＧＲ制御バルブ駆動量
演算手段の駆動量を変化させるか、又は駆動量をゼロに
する駆動量変化手段を備えると共に、運転状態判定手段
を備え、該運転状態判定手段の判定に基づいて、前記Ｅ
ＧＲ制御バルブ駆動量演算手段の駆動補正量を調整する
ことを特徴としている。

【０００９】前記の如く構成された本発明のエンジン制
御装置は、前記ＥＧＲ量演算手段が、前記運転状態検出
手段の検出値である実空燃比、エンジンの吸気効率、吸
気管内圧力、吸気管内平均温度等に基づいてその運転時
の実際のＥＧＲ量を演算し、該演算した実際のＥＧＲ量
に基づいてＥＧＲ制御バルブの駆動量を補正制御するよ
うにしたので、より正確なＥＧＲ制御が可能である。

【００１０】また、ＥＧＲ診断手段を設け、該診断手段
で、前記ＥＧＲ量演算手段で演算した現実のＥＧＲ量と
ＥＧＲ制御バルブの駆動ステップ数とを比較診断するこ
とで、ＥＧＲ系の異常を検出することができる。また、
本発明のエンジン制御装置は、運転状態判定手段を設
け、該判定手段で、エンジン運転の過度状態やエンジン
の低温状態であることを判定、即ち、エンジン回転数、
エンジン負荷、及びエンジンの冷却水温等を判定して、
その判定によって実際のＥＧＲ量に基づいて演算したバ
ルブ駆動補正量を補正して適切なＥＧＲ制御することが
できる。更にまた、本発明のエンジン制御装置は、駆動
量変化手段を設け、該駆動量変化手段によって、予め設
定したＥＧＲ制御バルブの駆動量を強制的に変化させる
ことで、現実のＥＧＲ量を変化させて、ＥＧＲ量の演算
精度を上昇させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ン制御装置の一実施形態について詳細に説明する。図１
は、本実施形態のエンジン制御装置を備えたエンジンシ
ステムの全体構成を示すものである。図１において、エ
ンジン１００は、シリンダ１０８ａとピストン１０８ｂ
とを備え、該シリンダ１０８ａの上部には、吸気管１０
６と排気管１０７とが接続されていると共に、吸気弁１
１８と排気弁１１９、インジェクタ１０１、及び点火プ
ラグ１０２が配備されている。

【００１２】前記吸気管１０６には、その最上流にエア
クリナー１０９が配置されていると共に、スロットル弁
１０４、ＩＳＣバルブ１０５、スロットルセンサ１１
３、吸気管圧力センサ１１４、及び吸入空気流量計１１
５が配置されている。また、排気管１０７には、空燃比
センサ１１６、ＥＧＲ制御バルブ１１７、及び触媒１２
１が取り付けられている。

【００１３】エンジン制御装置（ＣＰＵ）１２０には、
吸気管圧力センサ１１４、吸入空気流量計１１５、スロ
ットルセンサ１１３、及び空燃比センサ１１６の検出信
号が入力されると共に、水温センサ１１０、クランク角
センサ１１１、及びカム角センサ１１２の検出信号も入
力されている。一方、前記エンジン制御装置１２０から
は、その出力信号がスロットル弁１０４、ＩＳＣバルブ
１０５、インジェクタ１０１、及びＥＧＲ制御バルブ１
１７等に発信されると共に、点火コイル１０３を介して
点火プラグ１０２にも出力信号が発信されている。

【００１４】図２は、エンジン制御装置（ＣＰＵ）１２
０内の主要構造を示すもので、該エンジン制御装置１２
０に内は、マイクロコンピュータ４０１、プログラムや
データを格納したＲＯＭ４０２、一時的なデータの格納
に使用するＲＡＭ４０３、エンジンに取り付けられたセ
ンサからの信号を取り込む入力回路４０４、マイクロコ
ンピュータ４０１や所定時間毎に割り込みを発生できる
タイマに使用するクロック回路４０５、前記クロックの
信号とマイクロコンピュータ４０１の指令によりオンオ
フ可能なコンペアマッチ回路（出力回路）４０６等から
なっている。

【００１５】入力回路４０４では、前記各種のセンサ信
号の電圧をＡ／Ｄ変換しデジタルデータとしている。ク
ランク角信号やカム角信号は、波形整形入力回路を通し
て、マイクロコンピュータに割り込みを発生させる。該
割込みにより、エンジン１００の気筒判別を行ったり、
パルスの時間間隔を測定することにより、逆数をとって
エンジン回転数Ｎｅを計算する。また、通信回路４０７
によりマイクロコンピュータ４０１内の制御パラメータ
をモニタすることができる。

【００１６】図３は、本実施形態のエンジン制御装置１
２０の制御ブロック図を示している。該エンジン制御装
置１２０は、エンジンの各種の運転状態を検出する運転
状態検出手段３０１と、該運転状態検出手段３０１での
検出を基に各々の値を演算する吸入空気量演算手段３０
６、目標空燃比演算手段３０７、燃料補正量演算手段３
０８、ＥＧＲ量演算手段３０９、一気筒当たりの吸入空
気量演算手段３１５、及び燃料噴射量計算手段３１６と
を備えていると共に、ＥＧＲ制御バルブ駆動量制御手段
３１１、ＥＧＲ制御バルブ駆動補正量演算手段３１２、
燃料噴射手段３１８，及び点火出力手段３１９を備えて
いる。更に、前記エンジン制御装置１２０は、運転状態
判定手段３０２、バルブ駆動量変化手段３１４、及びＥ
ＧＲ診断手段３１０を備えている。

【００１７】前記運転状態検出手段３０１は、エンジン
１００に配備されている前記各検出体の検出信号に基づ
きエンジン回転数Ｎｅ、吸気管内圧力ＰＩＭ、実空燃比
ＲＡＦ、及び吸気温Ｔ等を算出するものである。吸入空
気量演算手段３０６は、エンジン回転数Ｎｅと吸気管内
圧ＰＩＭとから単位時間当たりの吸入空気量ＱＡを演算
し、目標空燃比演算手段３０７は、エンジン回転数Ｎｅ
と吸気管内圧ＰＩＭとから当該エンジン運転状態におけ
る目標空燃比ＴＡＢＦを演算する。一気筒当たりの吸入
空気量演算手段３１５は、エンジンの気筒数と単位時間
当たりの吸入空気量ＱＡとエンジン回転数Ｎｅとから一
気筒あたりの吸入空気量ＱＡｃｙｌを演算する。

【００１８】燃料噴射量計算手段３１６は、一気筒あた
りの吸入空気量ＱＡｃｙｌと目標空燃比ＴＡＢＦとか
ら、エンジン１００に供給されるべき燃料量ＱＦを演算
する。燃料噴射量補正手段３０８は、前記実空燃比ＲＡ
Ｆに基づいて、燃料噴射量ＱＦの補正量ΔＱＦを演算し
て燃料噴射量ＱＡを補正する。また、点火時期補正手段
３１７は、エンジン１００の運転状態に対応した点火時
期を補正する。前記燃料補正量演算手段３１６及び点火
時期補正手段３１７で演算された供給燃料量ＱＦおよび
点火時期信号は、燃料噴射手段３１８と点火出力手段３
１９により出力されてエンジン１００のインジェクタ１
０１から噴射されると共に点火プラグ１０２によって点
火される。

【００１９】ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段３１１
は、エンジンの回転数Ｎｅと吸気管内圧ＰＩＭとからＥ
ＧＲバルブ駆動量を演算し、そのＥＧＲバルブ駆動量に
基づいてＥＧＲ制御バルブ１１７を駆動する。前記ＥＧ
Ｒ制御バルブ１１７の排気ガスを流通させる通路の両側
には、排気ガス圧力ＰＥＭと吸気管内圧ＰＩＭとの差圧
（ＰＥＭ−ＰＩＭ）がかかるので、前記ＥＧＲ制御バル
ブ１１７を開くと、前記差圧と該制御バルブ１１７の通
路断面積に応じた排気ガス量が排気管１０７から吸気管
１０６に還流される。

【００２０】ＥＧＲ量演算手段３０９は、吸気管内圧Ｐ
ＩＭ、排気の実空燃比ＲＡＦ、燃料噴射量ＱＦ及びエン
ジン吸気温Ｔ等とからＥＧＲ制御バルブ１１７により還
流される排気ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRを演算する。Ｅ
ＧＲ制御バルブ駆動補正量演算手段３１２では、前記演
算された排気還流ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRに基づいて
補正排気還流ガス量であるバルブ駆動補正量を演算して
ＥＧＲ制御バルブ駆動量を補正する。

【００２１】更に、ＥＧＲ診断手段３１０は、前記演算
された排気還流ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRにより、ＥＧ
Ｒ系の動作が正常であるか否かを判定し、異常、即ちＥ
ＧＲ系が故障していると診断された場合には、前記ＥＧ
Ｒ制御バルブ駆動量演算手段３１１に出力して前記ＥＧ
Ｒ制御バルブ１１７を全閉にするべく作動させて、エン
ジン（車両）の運転性を確保する。又、前記異常時に
は、警報駆動手段３２０に出力して警報ランプ３２１を
点灯させて、運転者にＥＧＲ系の異常を知らせる。運転
状態判定手段３０２は、運転状態検出手段３０１で検出
したエンジン回転数、エンジン負荷及び冷却水温等の出
力値を判定してＥＧＲ制御バルブ駆動演算手段３１１の
バルブ駆動量を補正する。

【００２２】更にまた、バルブ駆動量変化手段３１４
は、前記ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段３１１の出力
側に配置され、ＥＧＲ量演算手段３０９で演算されるＥ
ＧＲ量の演算精度を上昇させるために、演算されたＥＧ
Ｒ制御バルブ駆動量を変化させたり、ゼロにする。前記
の如く、本実施形態のエンジン制御装置１２０は、前記
吸気管圧力センサ１１４もしくは空気流量計１１５の検
出信号を入力して、所定のテーブル変換等の演算を行な
うことにより、単位時間当りのエンジン吸入空気量ＱＡ
を演算すると共に、同時に、クランク角センサ１１１の
パルス信号を入力して、所定時間内のパルス数または所
定パルス数分、エンジンが回転する時間に応じたエンジ
ンの回転数Ｎｅを演算することができる。

【００２３】また、前記エンジン制御装置１２０は、前
記単位時間当りの吸入空気量ＱＡをエンジン回転数Ｎｅ
で割り算し、更に気筒数で割ることにより、一気筒の１
回毎の吸入空気量ＱＡｃｙｌを計算することができる。
そして、一気筒の１回毎の吸入空気量ＱＡｃｙｌに所定
の空燃比補正係数ＣＯＥＦを乗ずることにより、一気筒
の１回毎の吸入空気ＱＡｃｙｌに対して目標となる空燃
比（ＴＡＢＦ）を実現する燃料量が求められ、インジェ
クタ１０１の開弁時間を制御することにより、必要とす
る燃料量ＱＦを噴射して、１燃焼毎の混合気を形成し、
水温センサ１１０やスロットルセンサ１１３の出力値に
応じて、燃料量ＱＦを補正することができる。

【００２４】更に、前記エンジン制御装置１２０は、吸
気管圧力ＰＩＭまたは吸入空気量ＱＡとエンジン回転数
Ｎｅの関係から、最大トルクを取り得るように予め設定
した点火時期マップから点火時期を検索して目標点火時
期を求め、所定の時間、点火プラグ１０２に通電し、前
記点火時期に通電を遮断することにより、点火プラグ１
０２に火花を生じせしめてシリンダ１０８ａ内の混合気
に点火することができる。基本吸入空気量ＱＡｃｙｌに
インジェクタ１０１の流量特性から求められる係数ＫＴ
Ｉを乗じて、基本燃料噴射量ＴＰを求める。さらに所定
の乗数（１＋ＣＯＥＦ）を乗じて必要燃料量を計算し、
コンペアマッチ回路４０６に現在の時間に計算値を加算
して、コンペアマッチを起こさせて、必要燃料量に対応
した時間だけインジェクタ１０１を開弁させることがで
きる。

【００２５】更にまた、排気ガスは、空燃比センサ１１
６によって空燃比が検出され、該空燃比に応じた信号
が、エンジン制御装置１２０に入力されて実空燃比ＲＡ
Ｆとなり、該実空燃比ＲＡＦと所定の目標空燃比ＴＡＢ
Ｆとのずれを求めて、ずれがあれば空燃比補正係数ＣＯ
ＥＦを補正するものである。本実施形態のエンジン１０
０の排気ガスは、触媒１２１を通過することで浄化され
るが、空燃比が一定の状態のままで運転を継続する場合
には、触媒効果が逓減されるので、ある程度空燃比を振
ることが必要である。このため、本実施形態のエンジン
制御装置１２０は、前記空燃比のずれを増大させるよう
な制御も必要になる。

【００２６】図４は、本実施形態に使用する空燃比セン
サ１１６の特性を示したものであり、該空燃比センサ１
１６は、空燃比がリッチのときは電圧が低く、リーンに
なるにつれ電圧が高くなる特性を有している。図５は、
空燃比補正係数ＣＯＥＦの計算制御手段を示したもので
ある。該空燃比補正係数ＣＯＥＦは、以下の式（１）の
ように計算される。

【００２７】

【数１】ＣＯＥＦ＝ＫＭＲ＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＬＡＬＰＨＡＭ＋ＫＲＥＶ（１）ここに、ＫＭＲ：エンジン回転数Ｎｅと吸入管内圧ＰＩ
Ｍに応じた値ＬＡＬＰＨＡＭ：目標空燃比を制御する補正値ＫＴＷ：水温センサの値に応じた値ＫＡＳ：エンジン始動後の補正量ＫＲＥＶ：回転変動に応じた補正量である。

【００２８】この他に、電気負荷信号を取り込みエンジ
ン回転数Ｎｅの低下を抑える補正分があるが、本実施形
態に直接関与しないため説明を省略する。エンジン始動
時は、冷却水温が低く燃料の気化が不十分なため、その
分燃料を多く混合させる必要がある。この補正値をＫＴ
Ｗとする。補正値ＫＴＷは、水温の上昇とともに減少
し、通常の運転状態であるおよそ水温８０℃以上では補
正値はゼロとなる。始動直後は、吸気管１０６内に燃料
を充填させる必要があり、多めに燃料を噴射する。この
補正値をＫＡＳとする。始動直後が最大値を持ち、その
後徐々に減少する特性をもち、所定時間後では補正値Ｋ
ＡＳは、ゼロとなる。

【００２９】また、排気ガス成分は、炭化水素ＨＣ，一
酸化炭素ＣＯ，窒素酸化物ＮＯｘに分類され、燃料と空
気との混合比率で変化する。空燃比１４．７より燃料が
多い時ＨＣが多く排出される。燃料が少ない時はＣＯが
多い。１４．７近傍ではＮＯｘが多くなる。この場合、
排気ガスを触媒に通すことによりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを
浄化できる。混合比率が３０程度になると、エンジン１
００から排出されるＮＯｘ、ＣＯは減る。しかし、燃焼
が不安定になり易く、回転変動が起きる問題がある。そ
こで、回転変動を抑えながら混合比率を薄くするように
目標値（目標空燃比ＴＡＢＦ）を設定する。

【００３０】混合比を制御するための補正値がＬＡＬＰ
ＨＡＭであり、混合比率を減らす場合い、補正値を低
く、増やす場合は高くする。該補正値ＬＡＬＰＨＡＭ
は、排気管１０７に設けられた空燃比センサ１１６が示
す値と比較され、該補正値ＬＡＬＰＨＡＭとのずれ分
を、一定時間ごとまたは一定のレファレンス割り込みの
回数毎に算出する。空燃比センサ１１６の電圧ＬＡＦＶ
は、テーブル変換または関数変換により、実空燃比ＲＡ
Ｆに変換される。

【００３１】マイクロコンピュータは、回転数Ｎｅと吸
気管内圧ＰＩＭによって決まる目標空燃比ＴＡＢＦを求
め、実空燃比ＲＡＦと比較され、空燃比差分Δλに応じ
て前記補正値ＬＡＬＰＨＡＭを補正する。補正値ＬＰＡ
ＬＰＨＡは、差分Δλに比例する項（λＰ）、差分Δλ
を積分する項（λＩ）、実空燃比ＲＡＦの微分に比例す
る項（λＤ）の和で表される。比例係数をそれぞれ、ｋ
Ｐ，ｋＩ，ｋＤとすると、ＬＡＬＰＨＡ＝λＰ＋λＩ＋λＤ λＰ＝ｋＰ×Δλ λＩ＝ｋＩ×Σ（Δλ） λＤ＝ｋＤ×（ＲＡＦ−ＲＡＦ［ｉ−１］）となる。

【００３２】ここで、Σ（Δλ）は、回転数Ｎｅと吸気
管内圧ＰＩＭとで運転領域毎に計算することによって、
運転状態が急変した場合でも積分分の応答遅れを短縮で
きる。また、後述するＥＧＲ制御の有無によっても積分
分を切り換えることにより、応答性を高めることができ
る。排気ガスをシリンダ１０８ａの燃焼室内に戻すこと
によって、燃焼に関与しないガスが燃焼室内に滞留する
ので、燃焼室内の圧力を一定値以上に保つことができ
る。よって、トルクロスを低減できる。

【００３３】排気ガスを燃焼室内に戻す手段としてＥＧ
Ｒ装置１１７があり、排気ガス圧力と吸気管圧力の差と
ＥＧＲ制御バルブ１１７の通路面積に応じて還流排気ガ
ス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRが決定される。図６は、ＥＧＲ
制御バルブ１１７の通路面積を算出する場合の制御状態
を示したものである。前記還流排気ガス量（ＥＧＲ量）
Ｑ_EGRは、図６に示すようにＥＧＲ通路面積を開閉する
ことにより、制御することができ、この時の還流排気ガ
ス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRと吸入空気量ＱＡは、次の式
（２）のように表わせる。

【００３４】

【数２】ＥＧＲ量Ｑ_EGR＋ＱＡ = η× (ＰＩＭ×Ｖ) ／ (Ｒ×Ｔ ) (２) Ｑ_EGR：排気系から還流される排気ガス量（ＥＧＲ
量）ＱＡ：エンジンに吸入される新気量 η ：エンジンの吸気効率ＰＩＭ：吸気管内圧力Ｖ：エンジンの排気量Ｒ：吸気管内混合気の気体定数Ｔ：吸気管内平均温度（絶対温度）

【００３５】さらに、排気空燃比（実空燃比）ＲＡＦ
は、供給される燃料量ＱＦおよびエンジンに吸入される
新気量ＱＡを用いて、次の式（３）で表せる。

【００３６】

【数３】ＲＡＦ = ＱＡ／ＱＦ (３) (２)、(３)式から次の還流排気ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ
_EGRの式（４）が導き出せる。

【００３７】

【数４】Ｑ_EGR=｛η×（ＰＩＭ×Ｖ）／（Ｒ×Ｔ）｝−ＱＦ×ＲＡＦ（４）

【００３８】吸気効率η、エンジン排気量Ｖ、吸気管内
混合気の気体定数Ｒは、事前に計測しうる値であり、燃
料量ＱＦは、エンジン制御装置１２０が自ら演算してい
る値である。排気空燃比（実空燃比）ＲＡＦは、排気系
に設置された空燃比センサ１１６により計測される。し
たがって、何らかの方法で吸気管１０６内の温度Ｔを検
出すれば、還流排気ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRは、求め
ることができる。本実施形態では、吸気温センサの出力
を用いて吸気管内の温度Ｔの影響を排除している。

【００３９】還流排気ガス量（ＥＧＲ量）Ｑ_EGRに応じ
てＥＧＲ制御バルブ１１７の開度設定値を求めて、設定
値に達するまでＥＧＲ制御バルブ１１７を開いていく。
ＥＧＲ制御バルブ１１７は、デューティバルブまたはス
テッピングモータを用いて、通路面積を可変する。ま
た、他の実施形態としては、ＥＧＲ還流通路を持たず、
吸排気バルブの開閉タイミングによる自己ＥＧＲの場合
も同様である。

【００４０】本実施形態では、吸気管内圧力ＰＩＭとエ
ンジン回転数Ｎｅを検索軸として、ＥＧＲ制御バルブ
（ステッピングモータ）１１７のステップ数をマップ化
し、本マップから検索されたステップ数でＥＧＲ制御バ
ルブ１１７を駆動することにより、所定のＥＧＲ量また
はＥＧＲ率を実現する構成となっている。（４）式で求
められたＥＧＲ量Ｑ_EGRを目標となるＥＧＲ量と比較す
る事により、上記ＥＧＲ制御バルブ１１７の駆動ステッ
プ数マップを補正することにより、エンジン固体差の影
響を受けずにＥＧＲ量を一定に保つことができる。もち
ろんマップそのものの補正ではなく、検索されたステッ
プ数に補正を加えて出力しても、同様の効果を得ること
ができる。

【００４１】また、ＥＧＲ制御バルブ１１７の駆動ステ
ップ数をマップ化せず、目標ＥＧＲ量マップとＥＧＲ量
Ｑ_EGRの比較で、ＥＧＲ制御バルブ１１７の駆動ステッ
プをフィードバック制御することも可能である。ＥＧＲ
量Ｑ_EGRの演算精度をあげる手法としては、ＥＧＲ量Ｑ
_EGRを強制的に変化させて、その時の吸気管内圧力の変
化および空燃比の変化からＥＧＲ量Ｑ_EGRを演算するこ
とが有効である。更に、強制的にＥＧＲ量を変化させる
目標として、ＥＧＲ量Ｑ_EGRがほぼゼロになるようにＥ
ＧＲ制御バルブ１１７を強制的に駆動し、その時の吸気
管内圧力の変化および空燃比の変化からＥＧＲ量を演算
する事も有効な手段である。

【００４２】例えば、ＥＧＲ率が高い運転状態でＥＧＲ
量Ｑ_EGRを強制的に変化させると、運転性が悪化する可
能性がある。また、過渡状態ではＥＧＲ量Ｑ_EGRの演算
結果に含まれる誤差が多くなる。このような運転状況を
避けて実施することにより、ＥＧＲ量Ｑ_EGRの演算制度
を向上させることができる。また、このようにして補正
されたＥＧＲ制御バルブ１１７の駆動ステップに基づい
て、前記エンジン制御の実施の難しい領域においても、
駆動ステップ数を補正することにより、ＥＧＲ量Ｑ_EGR
の制御性を高めることが可能である。

【００４３】また、前記の如く求めたＥＧＲ量Ｑ_EGRと
駆動ステップ数との関係から、ＥＧＲ制御系の異常を検
出することも可能である。即ち、ＥＧＲ制御バルブ１１
７の駆動ステップ数とエンジン運転状態に対して、ＥＧ
Ｒ量の正常値の上限Ｑ_EGRＭＡＸと、下限Ｑ_EGRＭＩＮを
演算し、実際のＥＧＲ量Ｑ_EGRと比較を行なう。この結
果、Ｑ_EGR＜Ｑ_EGRＭＩＮあるいはＱ_EGR＞Ｑ_EGRＭＡＸ
であれば、ＥＧＲ系に何らかの異常（ＥＧＲ制御バルブ
１１７がスティックしてしまい、稼動しない、ＥＧＲ制
御バルブ制御系の断線など）があり、ＥＧＲ量が多くな
りすぎている、あるいは少なくなりすぎていることが検
知できる。

【００４４】そして、所定の排気レベルを維持できない
ほどにＱ_EGRが異常値となっていることが検知された場
合には、警報により運転者に修理を促すことが可能であ
る。この時においても、本実施形態のエンジン制御装置
をその制御に適した運転条件下で実施させるために、エ
ンジン回転数やエンジン負荷、冷却水温などの情報を取
り込み、その条件判定することにより、最良に実施する
ことが可能である。例えば、ＥＧＲ率が高い運転状態で
ＥＧＲ量Ｑ_EGRを強制的に変化させると、運転性が悪化
する可能性がある。また、過渡状態ではＥＧＲ量Ｑ_EGR
の演算結果に含まれる誤差が多くなる。このような運転
状況を避けて、例えばエンジン１００が暖機完了後、定
常状態において実施することにより、ＥＧＲ量Ｑ_EGRの
演算制度を向上させることができる。

【００４５】ステッピングモータを用いる場合は、図７
（１）に示すように、始動時にバルブが全閉位置に来る
ようにバルブを閉方向にモータを駆動して置き、Ｏ点校
正をした後に開方向に駆動する。そして、図７（２）に
示すように、エンジンの開方向への始動後、所定のバル
ブ開度位置の数ステップ前までは、一定のパルス間隔で
バルブを駆動し、残りのステップを前記パルス間隔より
も長いステップ間隔で駆動するようにする。図８は、Ｅ
ＧＲ制御バルブ１１７自体の診断手法を示したものであ
る。

【００４６】ＥＧＲ制御バルブ１１７自体の故障診断の
一手段としては、（１）ステッピングモータ駆動時に巻
線に流れる電流を測定することである。駆動時に電流が
所定値以上であり、非駆動時（モータ停止時）に電流が
ゼロであれば、モータは正常とするものである。別の診
断手段としては、（２）巻線の端子電圧をモニタするこ
とである。駆動時は、端子電圧がグランドになり、非駆
動時は、モータに掛かる電圧がゼロであるとき正常とす
る。

【００４７】また、（３）バルブ１１７内のプランジャ
の移動量を測定できるスライダーを設けて、計測したプ
ランジャの移動量がモータの駆動と比例関係にあれば正
常とする。更に、（４）排気ガスが還流パイプを加熱す
るので、ＥＧＲ割合の上昇に伴ってＥＧＲパイプの温度
が上がれば、ＥＧＲが正常に掛かっていることを確認で
きる。この場合、パイプの温度を測定するための温度セ
ンサを取り付けてマイクロコンピュータのＡ／Ｄ入力に
接続する必要がある。

【００４８】別のＥＧＲ診断方法としては、（５）ＥＧ
Ｒ割合に応じて吸気管圧力が上昇するので、圧力変化が
あれば正常と判断できる。同時に吸入空気量が減少する
のでＥＧＲ割合に応じて吸入空気量の変化で正常と判断
できる。また、ＥＧＲ割合の上昇によって燃焼が不安定
になるので、前記の回転変動補正分が増えることにな
る。よってＥＧＲ割合によって回転変動が起きれば正常
と判断できる。

【００４９】ＥＧＲがかかると吸気管圧力が上昇するの
で、その分基本燃料噴射量が増えてしまう。そこで、図
９に示すように、回転数とＥＧＲ率によって設定される
圧力上昇分ＥＧＲＤＰを求めて、基本燃料噴射量から減
算する。同時に、目標空燃比比補正値ＬＡＬＰＨＡＭ
を、運転領域毎にＥＧＲの有無に応じて補正し、学習す
ることで、運転領域が変化した場合でも良好な空燃比の
補正ができる。以上、本発明の一実施形態について詳述
したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱し
ない範囲で、設計において種々の変更ができるものであ
る。例えば、前記実施形態においては、吸気管内の圧力
計測によって、基本燃料を演算する基本燃料噴射システ
ムとなっているが、エンジンの吸入空気量を計測する手
段としては、空気流量計を使用したシステム、あるい
は、シリンダ内圧センサを使用したシステムにおいても
同様な結果を得ることが可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上の記載から理解されるように、本発
明のエンジン制御装置は、前記ＥＧＲ量演算手段で、実
空燃比等に基づいてその運転時の実際のＥＧＲ量を演算
し、該演算した実際のＥＧＲ量に基づいてＥＧＲ制御バ
ルブの駆動量を補正制御するようにしたので、より正確
なＥＧＲ制御が可能であり、かつ広範囲の空燃比にわた
ってＥＧＲ制御ができるので、燃費の削減ができると共
に、ＣＯ₂排出量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のエンジン制御装置（ＣＰ
Ｕ）を備えたエンジンシステムの全体構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置の内部構成図。

【図３】図１のエンジン制御装置の制御ブロック図。

【図４】図１のエンジン制御装置に備えたれる空燃比セ
ンサの特性図。

【図５】図１のエンジン制御装置における空燃比補正係
数ＣＯＥＦの計算制御手段を示した図。

【図６】図１のエンジン制御装置のＥＧＲ制御バルブ
（ステッピングモータ）の開度面積を算出する説明図。

【図７】図１のエンジン制御装置のステッピングモータ
（ＥＧＲ制御バルブ）の駆動手段の説明図。

【図８】図１のエンジン制御装置のＥＧＲ異常診断手段
におけるいくつかの診断態様を示す図。

【図９】図１のエンジン制御装置のＥＧＲ時の基本燃料
噴射量の補正制御を示す図。

【符号の説明】

１００内燃機関１０１インジェクタ１０２点火プラグ１０３点火コイル１０４スロットル弁１０５ＩＳＣバルブ１０６吸気管１０７排気管１０８ａシリンダ１０８ｂピストン１０９エヤクリーナー１１０水温センサ１１１クランク角センサ１１２カム角センサ１１３スロットルポジションセンサ１１４吸気管圧力センサ１１５吸入空気流量計１１６空燃比センサ１１７ＥＧＲ制御バルブ１１８吸気弁１１９排気弁１２０エンジン制御装置１２１触媒３０１運転状態検出手３０２運転状態判定手段３０９ＥＧＲ量演算手段３１０ＥＧＲ診断手段３１１ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段３１２ＥＧＲ制御バルブ駆動補正量演算手段３１４バルブ駆動量変化手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転状態検出手段と、ＥＧＲ量演算手段
と、ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段とを備えたエンジ
ン制御装置において、前記ＥＧＲ量演算手段は、前記運転状態検出手段の実空
燃比の検出値によってＥＧＲ量を演算することを特徴と
するエンジン制御装置。
【請求項２】運転状態検出手段と、ＥＧＲ量演算手段
と、ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段とを備えたエンジ
ン制御装置において、前記ＥＧＲ量演算手段は、前記運転状態検出手段の検出
値によってＥＧＲ量を演算し、該演算したＥＧＲ量に基
づいて前記ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段の駆動量を
補正することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項３】前記運転状態検出手段の検出値が、エン
ジンの実空燃比であることを特徴とする請求項２に記載
のエンジン制御装置。
【請求項４】前記ＥＧＲ量演算手段は、ＥＧＲ量を、Ｑ_EGR=｛η×（ＰＩＭ×Ｖ）／（Ｒ×Ｔ）｝−ＱＦ×Ｒ
ＡＦ但し、Ｑ_EGR：排気系から還流される排気ガス量（ＥＧＲ
量）ＱＦ：噴射される燃料量ＲＡＦ：実空燃比 η ：エンジンの吸気効率ＰＩＭ：吸気管内圧力Ｖ：エンジンの排気量Ｒ：吸気管内混合気の気体定数Ｔ：吸気管内平均温度（絶対温度）の式によって演算することを特徴とする請求項２に記載
のエンジン制御装置。
【請求項５】運転状態検出手段と、ＥＧＲ量演算手段
と、ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段と、ＥＧＲ診断手
段とを備えたエンジン制御装置において、前記ＥＧＲ診断手段は、前記運転状態検出手段の検出値
に基づいて演算されたＥＧＲ量演算手段のＥＧＲ量と前
記ＥＧＲ制御バルブの駆動量とを比較することで前記Ｅ
ＧＲ量が適正か否かを診断することを特徴とするエンジ
ン制御装置。
【請求項６】前記ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段の
駆動量を変化させるか、又は駆動量をゼロにするバルブ
駆動量変化手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至
５のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項７】前記エンジン制御装置が、運転状態判定
手段を備え、該運転状態判定手段の判定に基づいて、前
記ＥＧＲ制御バルブ駆動量演算手段の駆動補正量を調整
することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に
記載のエンジン制御装置。