JPS6221735Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電磁弁を用いて排気の一部を吸気系に
還流する排気還流制御装置に関する。

自動車用内燃機関において排気還流は、特に
NO_X排出量の低減対策として有効であるが機関出
力及び燃費等に悪影響を与える傾向にあるため、
機関運転条件に応じた排気還流量の適切な制御が
要求されるところである。

排気還流制御手段としては、従来からダイヤフ
ラムを用いた圧力制御式排気還流制御弁を排気還
流通路に介装し通路面積を制御する方法が知られ
る。その排気還流制御弁の信号圧力は、機関吸入
負圧、気化器絞り弁近傍の吸気通路負圧、気化器
ベンチユリ負圧、排気圧力等、単独又はこれらの
組合わせを利用しているが、これらのいずれも
夫々の信号圧力特性に左右され必ずしも機関の要
求する最適排気還流率を得るまでに至らなかつ
た。特に近時開発された電子制御式燃料噴射弁を
用いてその時の運転条件にみあつた燃料噴射量を
得、排気還流或いは点火時期制御を行うものにあ
つては上記不備が機関全体の精密な制御を阻害す
るおそれがあつた。

また特開昭50−90826，52−81427，52−110329
号公報に夫々あるように、機関運転パラメータを
検出して、この検出値に応じ排気還流を電子制御
する装置もみられるが、機関運転パラメータとし
て、スロツトル開度、吸入空気量、機関回転速度
などの生の値を用い、これにより最適な排気還流
率を得ようとしているために、機関負荷と回転速
度に対応し易い排気還流率の特性に対して、機関
負荷要素の検出がなく、もつて排気還流の負荷応
答性が悪く精度が必ずしも良くなかつた。吸入負
圧によつて機関負荷を知ることもできるが、該吸
入負圧は負圧脈動を伴つて検出値として不適であ
る。

本考案は上記に鑑み、所定の圧力以下になると
該圧力をダイヤフラムに作用させ該ダイヤフラム
の変位により圧力源の圧力を遮断することにより
圧力室を一定圧力に保つ定圧弁を用いて適当な圧
力源の圧力を所定圧に定圧化し該定圧弁の圧力室
の圧力をパルス信号応動型の電磁弁を用いて大気
希釈するように構成する一方、この電磁弁を、機
関吸入空気量及び機関回転速度を入力信号とする
制御装置により、予め記憶された最適排気還流率
を得るべく周期に対する時間的割合を定めたパル
ス信号で繰り返し開閉作動して、パルス信号を圧
力値に変換増幅し、これを圧力応動型の排気還流
制御弁の信号圧力として供給するように構成し、
前記制御装置は、吸入空気量信号と機関回転速度
信号とを演算処理して機関１回転あたりの吸入空
気量に関連する基本パルス幅TPを演算処理し、
該TP即ち機関負荷と機関回転速度とに基づいて
最適排気還流率を知る構成としたものであつて、
機関負荷と回転速度に応じて精度の良い排気還流
率制御を行うと共に、圧力源の出力変動に排気還
流率が影響されることのない、精度の良いかつ制
御性に優れた排気還流制御装置を提供するもので
ある。

以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図に示す実施例において、図示しないエ
アクリーナにより浄化された吸入空気は空気流量
計測器（エアフローメータ）１を経た後、アクセ
ルペダル等の操作入力機構によつて操作される絞
り弁２を有する吸気通路３を通つて機関燃焼室４
に供給され、同時に燃料は空気流量計測器１で計
測された吸入空気量その他の条件に応じて燃料噴
射弁５から供給される。

尚、吸入空気は機関のアイドリング時、或いは
減速時に補助空気導入装置６の作動で絞り弁２を
バイパスする補助空気の追加供給があるがここで
は言及しないことにする。

機関燃焼室４から排出される排気は排気通路７
を通りその間機関吸入混合気の空燃比と密接な関
係にある排気中のO₂濃度をO₂センサ８により検
出されて触媒９に至り、ここで未燃成分が酸化処
理される。

排気の一部は排気還流通路１０を介して絞り弁
２下流の吸気通路３に還流され、その還流量は上
記通路１０に介装した負圧応動型ダイヤフラム式
排気還流制御弁１１の通路開口面積の増減に応じ
て制御される。該制御弁１１は排気還流通路１０
に介装した弁体１２とこれが連結されたダイヤフ
ラム１３と、スブリング１４を備えた負圧作動室
１５とから構成され負圧作動室１５に負圧通路１
６を通じて負圧信号が導入される。負圧通路１６
は定圧弁（プレツシヤレギユレータバルブ）１
７、負圧通路１６ａを介して絞り弁２下流の吸気
通路３に接続され機関吸入負圧が定圧弁１７によ
り所定の負圧に定圧制御される。この定圧化され
た負圧はパルス応動型電磁弁１９を介して大気が
導入され機関運転状態に応じた負圧値に希釈され
るようになつている。

電磁弁１９は常閉の弁体１９ａをソレノイド１
９ｂに給電することによりスプリング１９ｃに抗
して図で上方に吸引して大気導入通路１８を開く
ように構成してあり、後述する制御装置としての
マイクロコンピユータ２０からの出力パルスの有
無で電磁弁１９を繰り返し開閉作動させることに
より、前記負圧作動室１５内に導入される負圧の
大気による希釈割合を変化させて制御弁１１の開
度を制御する。

マイクロコンピユータ２０は主として、マイク
ロプロセツサ（中央処理装置）２１と、メモリ
（記憶装置）２２と、インターフエース（入出力
信号処理回路）２３とから構成されている。イン
ターフエース２３にはエアフローメータ１が検出
した吸入空気量Ｑ相当信号Q′（一般に電源電圧
Ｕ_Bに対する空気流量計測器１が計測する吸入空
気流量Ｑに応じた電圧値Ｕの電源電圧Ｕ_Bに対す
る値Ｕ／Ｕ_Bで表わされ、吸入空気量が増大する
とＵ／Ｕ_B即ちQ′は減少する傾向を示すことが知
られている。即ちQ′＝Ｕ／Ｕ_B＝ｋ／Ｑ：但しｋ
は比例定数）と、内燃機関のクランクギヤ４ａの
回転を電磁ピツクアツプ式の回転数検出素子４ｂ
で検出した機関回転数Ｎ相当信号N′と、が入力
され、これをマイクロプロセツサ２１に入力す
る。マイクロプロセツサ２１はこの入力された信
号を次の計算式に基づいて機関運転条件にマツチ
ングした基本パルス巾TP（msec）を求める。

TP＝Ｍ／（N′・Q′・２^(QS+NS)） …(1) ∝Ｍ／２^{（ＱＳ＋ＮＳ）}・ｋ・Ｑ／Ｎ・∝Ｋ・Ｑ／Ｎ
…(2) 但し、 Ｋ：目標とする空燃比の大小等に応じ
て定められる値 Ｍ：定数 NS：シフト量 QS：シフト量 このTPは後述する如く排気還流率のテーブル
ルツクアツプ（Table look up）に使用する電気
信号であり、同時に燃料噴射弁５の燃料噴射量を
制御するための基本パルス巾で吸入空気温度機関
冷却水温度等で補正されるものである。

このようにして決定された機関１回転あたりの
吸入空気量に関連する基本パルス巾TP並びに機
関回転数Ｎをインターフエース２３を介してメモ
リ２２に入力する。

メモリ２２には予め基本パルス巾TPと機関回
転数Ｎとから決定される最適排気還流率η即ち最
適排気還流量／（最適排気還流量＋吸入空気量）
を機関仕様要求特性として例えば第２図に示す如
く定めておき、上記入力（TP₁，N₁）に適合した
排気還流率η_１を検索（テーブルルツクアツプ）
する。

次に例えば第３図に示すように予め機関回転数
Ｎと排気還流率ηとにより排気還流制御弁１１の
負圧作動室１５に導入すべき制御負圧をメモリ２
２に記憶させておき、同時に当該制御負圧を得る
ための電磁弁１９へ給電するパルス巾Ｓを記憶さ
せておく。

そして第２図で得られた排気還流率η_１と機関
回転数Ｎ（例えば2000rpm）とから発進すべきパ
ルス巾S₁信号を知り、これをインターフエース２
３を介してパルス電磁弁１９へ出力する。パルス
電磁弁１９は周期に対する電磁コイル通電パルス
巾S₁の時間的比率（デユーテイ比）の増大に応じ
て弁体１９ａを吸引している時間即ち負圧通路１
６と大気導入通路１８との連通時間を増大し負圧
通路１６内の制御負圧を大気で稀釈する割合を増
大して制御負圧を減少し排気還流率ηを低減す
る。

このようにしてマイクロコンピユータ２０は電
磁弁１９を機関回転数Ｎと機関吸入空気量Ｑとに
より定められた機関運転状態に応じたデユーテイ
比で開閉作動されメモリ２２に記憶されたとおり
の最適排気還流特性を得るのである。

次に本考案にける基本パルス巾TPがいかなる
内容を意味し、またこのTPを負荷軸として用い
ることにより排気還流制御上いかなる意義を有す
るものかを詳細に説明する。

まず基本パルス巾TPは実際の吸入空気量Ｑと
機関回転速度Ｎに対して第(2)式に述べるように
TP＝ＫＱ／Ｎで表わされる。ここにおいて、Ｑ／Ｎは機
関 １回転あたりの吸入空気量を表わし、機関シリン
ダ内に充てんされた空気量である。

機関の一定回転速度条件下では、負荷の大小に
応じてこの空気量が増減（負荷が大のとき空気量
が大）するから、機関運転空燃比を一定制御する
ような場合、このＱ／Ｎ値に応じて燃料供給量を増減 する必要があり、そのための燃料噴射弁開弁時間
を表わすものが基本パルス巾TPである。この
時、定数Ｋは目標とする空燃比の大小に応じて定
められる値であり、且つ４気筒、６気筒等の差の
気筒差その他によつても異なる性質をもつ。この
様に、ある特定の気筒が負荷の大小、回転の高低
いによらず、一燃焼行程に必要とする燃料量を吸
気系に供給するための燃料噴射弁開弁時間が基本
パルス幅TPである。（尚、実際には基本パルス幅
TPに水温補正、加減速補正等の各種補正項を加
えて、機関を作動させる。） また、基本パルス幅TPを負荷軸として最適排
気環流率を定める意義は次のとおりである。

最適排気還流率を検索する場合には、機関負荷
と機関回転速度とを主なるパラメータとするのが
望ましいが、ここにおいて、機関負荷条件を「吸
入空気流Ｑ」とする場合と、本考案の如く「基本
パルス幅TP」とする場合では、両者はメモリデ
ータテープルを構成する上で要求排気還流率を得
るためのデータ数に大きな差違があり、この点で
基本パルス幅TPを用いる本考案の方がより多い
データ数を駆使して要求排気還流率に近い制御を
行うことができる。

即ち機関の要求排気還流（EGR）率（％）特
性は一般に第５図のようになることは当業者にお
いて知られたことである。かかるEGR率特性の
一部例えば機関回転速度Ｎ＝1200rpmにおける要
求EGR率に限つてみると第６図に見られるよう
な曲線となることが第５図からわかる。

このような要求特性を本考案の排気還流制御装
置によつてより正確に満足させるべく制御するた
めにはより多くの若しくは細かいプロツトが要求
される。

即ち第６図の一部を拡大した第７図をみても明
らかなように、要求EGR曲線により近似した曲
線（折れ線）を描けるのは、機関トルクが０〜２
Kgｍの間に３点のプロツトがとれる２点鎖線の方
であつて、２点のプロツトしかとつていない実線
の方は要求EGR曲線から離れてしまうのであ
る。

結論的には基本パルス幅TPを機関負荷として
選んだ（TP法）本考案が２点鎖線のグラフに対
応し、吸入空気量Ｑ（Ｑ法）若しくは吸気絞り弁
開度を機関負荷として選択したものが実線のグラ
フに対応するのであつて、本考案のEGR制御の
精度がいかに優れているかを立証している。

これを詳細に説明する。第８図及び第９図には
夫々第５図の機関運転条件と同様のパラメータ及
びスケールを選択した場合の等吸入空気量Ｑ線図
及び等基本パルス幅TP線図を示す。ここで等TP
線図の特徴は、等Ｑ線図に比べ、基本パルス幅
TPは各機関トルク（機関軸出力）値の変化に対
応して略比例的に変化することである。

そこで第８図及び第９図の点線で示す機関回転
速度1200rpm及び2400rpmにおけるメモリマツプ
を構成して第５図に示す1200rpm及び2400rpmに
おけるEGR率特性を得る場合、各負荷（トル
ク）条件で吸入空気量Ｑ及び基本パルス幅TPは
第１０図〜第１１図のようになる。

その結果要求EGR率を得ることができる領域
は、1200rpmにおいては、吸入空気量Ｑは約200
〜1000／min、基本パルス幅TPは約1.0〜
5.5msecであり、2400rpmにおいては吸入空気量
Ｑは約800〜2150／min、基本パルス幅TPは約
1.0〜5.7msecであることがわかる。

各機関回転速度領域において、機関回転速度Ｎ
をＸ軸に、吸入空気量ＱをＹ軸にとつてメモリテ
ーブル（ROM）上に第５図のEGR率特性を得よ
うとすると第１４図のように右上がりの特性とな
り、機関回転速度ＮをＸ軸に、基本パルス幅TP
をＹ軸にとつて同じく第５図のEGR率特性を得
ようとすると第１５図のようにフラツトな特性と
なる。

上記第１４図及び第１５図とを比較対照する
と、等しいEGR率特性（第５図）を得るのに、
同一データテーブルエリア（16×16＝256データ
エリア）中、第１５図に示すTP−Ｎ方式即ち負
荷軸を基本パルス幅TP（msec）とする方式の法
がより広範囲のデータ群を含んでいることがわか
る。

例えば低速回転領域である1200rpmの条件で比
較すると、吸入空気量Ｑを負荷軸とす方式では使
用するデータ数が５点、一方負荷軸を基本パルス
幅TPとする方式ではデータ数が10点夫々使用し
ている。

従つて1200rpmにおける本来の理想的な要求
EGR率特性である第６図の曲線より近似した
EGR率特性を得るには、データ数16個中のなる
べく多くのデータ数を駆使した基本パルス幅TP
方式の方がより精度良く且つ要求に近い特性が得
られることが明らかである。即ち、第６図の要求
EGR特性曲線をメモリマツプ上に得るのに、５
個のデータを接続した折れ線で近似させるより
も、10個のデータを接続した折れ線で近似させる
方が、第７図に例示するまでもなくより要求に近
い特性が得られることとなる。

この例は1200rpmを例示したものであるが、第
１４図、第１５図により全運動領域において本例
を適用することが可能である。

上記から明らかなように、負荷軸を吸入空気量
Ｑとする方式よりも負荷軸を基本パルス幅TPと
する方が、機関回転速度変化の影響を殆ど受ける
ことなく、負荷（トルク）変化に対応して比例的
に変化するから、メモリデータテーブルを構成す
る上で精度上極めて有利となるものである。

尚、負荷軸をスロツトル弁開度とし場合には、
弁開度変化は吸入空気通過面積変化であるから、
等スロツトル弁開度特性は第１６図に示すよう
に、第８図の等吸入空気量特性と同様の傾向を示
すことは明らかである。

従つて負荷軸にスロツトル弁開度を用いてメモ
リデータテーブルを作つても、分解能は負荷軸に
吸入空気量Ｑを用いた第１４図と同様に本考案の
ものよりも数段劣ることとなる。

参考までに等スロツトル弁開度特性に関して述
べると、スロツトル弁開度変化に対し吸入空気流
通面積はSin曲線に従つた変化であるからトルク
０付近及び全開トルク付近は等吸入空気量特性曲
線と多少異なる特性を有し、更に低速回転高負荷
領域になるほど吸・排気弁オーバーラツプの影響
でスロツトル弁開度変化に対し吸入空気量Ｑの増
加は漸増の傾向をもつが、大略等スロツトル弁開
度特性は等吸入空気量特性と同様の傾向を有する
といつてさしつかえないと言える。

上述から明らかなように本考案の排気還流制御
装置によると、負荷軸を基本パルス幅TPとした
から、分解能が格段に優れた最適排気還流率検索
用メモリデータテーブルを得ることができる。こ
のため要求排気還流率を精度良く得ることができ
るものである。

以上述べたように本考案によると、所定の圧力
以下になると該圧力をダイヤフラムに作用させ該
ダイヤフラムの変位により圧力源の圧力を遮断す
ることにより圧力室を一定圧力に保つ定圧弁を用
いて圧力源の圧力を定圧化し、この定圧室の圧力
を電磁弁により運転状態に応じ制御して、該制御
圧を、排気通路に介装した圧力応動型の排気還流
制御弁の制御信号圧力としたので、圧力源の如何
にかかわらず、電磁弁への入力信号を正確に増幅
して制御信号圧力に変換制御できる。このためフ
イードバツク制御をしなくとも済み本実施例の如
く高精度を保持したオープン制御も可能である
し、排気通路に介装した排気還流制御弁を直接電
磁弁とし或いはアクチユエータを用いて制御する
よりも、制御対象の電磁弁を小型にすることがで
き、しかもこの小型故に応答性に優れる。また前
記電磁弁を制御装置を用いてパルス制御し、その
制御を、運転状態に応じた最適排気還流率を得る
べく周期に対する弁開閉の時間的割合（デユーテ
イ比）を制御するようにしたので、オンオフなる
デイジタル制御の繰り返しとなり、弁そのものの
構造の精度を高めなくともデユーテイ比を変化さ
せるだけで足り、制御が容易であると共に精度が
向上する。この点電磁弁の弁開度をアナログ制御
するには、弁構造そのものの精度を上げかつ入力
信号も精度アツプを図る必要が出てくる。

しかもかかる電磁弁のオンオフ制御が圧力制御
に変換されるから、平滑化、均一化されて実質的
な制御信号圧力即ち排気還流率はアナログ値とな
り出力値として望ましいものとなる。

また定圧弁は所定の圧力以下になると該圧力を
ダイヤフラムに作用させ該ダイヤフラムの変位に
より圧力源の圧力を遮断することにより圧力室を
一定圧力に保つように構成したので、正確に定圧
を制御でき、前記の如く、制御装置にTpを導入
して機関負荷要素を演算したことと相剰的に作用
させて、排気還流制御の精度を向上させることが
できる。

従つて従来運転状態によつては適否バラついた
排気還流制御を精度良くかつ応答性良く行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による排気還流制御装置の１実
施例を示す概略系統図、第２図〜第４図は本考案
によるマイクロコンピユータの作動例を示すグラ
フで第４図は第１図に示す本実施例における検索
例を示すグラフ、第５図〜第１６図は夫々基本噴
射量TPを負荷軸とに排気還流制御を行う意義を
説明するためのグラフである。 １……空気流量計測器、５……燃料噴射弁、１
０……排気還流通路、１１……排気還流制御弁、
１６，１６ａ……負圧通路、１７……定圧弁、１
９……パルス応動型電磁弁、１８……大気導入通
路、２０……マイクロコンピユータ（制御装
置）、２１……マイクロプロセツサ（中央処理装
置）、２２……メモリ（記憶装置）、２３……イン
ターフエース（入出力信号処理装置）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の排気を吸気系に還流する排気還流通
   路に介装した圧力応動形の排気還流制御弁と、所
   定の圧力以下になると該圧力をダイヤフラムに作
   用させ該ダイヤフラムの変位で圧力源の圧力を遮
   断することにより圧力室を一定圧力に保つ定圧弁
   と、該定圧弁の圧力室の圧力をその途中において
   大気希釈し前記排気還流制御弁に供給するパルス
   信号応動型の電磁弁と、機関の回転速度Ｎ及び吸
   入空気量Ｑを検出する手段と、前記検出手段から
   の検出信号に応じて弁開閉の周期に対する時間的
   割合を定めたパルス信号を前記電磁弁に与えてこ
   れを周期的に開閉制御する制御装置と、を備え、
   該制御装置は、入出力信号処理回路と、前記検出
   手段から入出力信号処理回路を介して入力された
   吸入空気量信号と機関回転速度信号とを演算処理
   して得た機関１回転あたりの吸入空気量に関する
   基本パルス巾TPを入出力信号処理回路に入力す
   る中央処理装置と、入出力信号処理回路から入力
   された基本パルス巾TPと機関回転速度Ｎとによ
   つて予め記憶された最適排気還流率ηを検索しか
   つ該最適排気還流率ηに対応するパルス巾ｓを有
   する電気信号を入出力信号回路を介して前記電磁
   弁に出力する記憶装置と、を備え、制御装置から
   のパルス信号により電磁弁を周期的に繰り返し開
   閉制御して定圧弁の出力圧力を制御し排気還流制
   御弁の所定信号圧力を得るようしたことを特徴と
   する排気還流制御装置。