(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイドル運転時に負荷条件の変化に応じて燃料噴射量を変更すると共に、所定運転条件で排気の一部を吸気系に還流する内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
吸入空気量,負荷を含む機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
燃料噴射量の変化に応じて目標ＥＧＲ率を変更して設定する目標ＥＧＲ率設定手段と、
ＥＧＲ制御中に検出された吸入空気量と、該吸入空気量以外の機関の運転状態に基づいて推定した吸入空気量とを比較して前記目標ＥＧＲ率をフィードバック補正する目標ＥＧＲ率補正手段と、
アイドル運転時に少なくともＥＧＲ率増大側であって、負荷の増大に応じて減少するようにリミット値を設定するリミット値設定手段と、
アイドル運転時に、前記目標ＥＧＲ率と前記リミット値とを比較して小さい方を選択してＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
アイドル運転時の異なる負荷条件毎に目標ＥＧＲ率に対するＥＧＲ率減少側のリミット値も設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
前記アイドル運転時の異なる負荷条件は、自動変速機レンジのニュートラル又はドライブ及びエアコンのオン−オフの４通りの組合せ条件を含んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ（排気還流）  制御装置に関し、特に、ディーゼル機関等において、アイドル運転時のＥＧＲ率を適正化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）  を低減する目的で、排気の一部を吸気中に還流させて燃焼温度を下げるＥＧＲ制御装置が知られている（特開昭６０−２３０５５５号公報等参照）  。このＥＧＲはＮＯｘの低減に有効であるが、ＥＧＲ量を運転状態に応じて適量に制御しないと、燃焼が悪化して出力低下するなど運転性が悪化する。
【０００３】
このため、近年では高精度なＥＧＲ制御が要求されている。ディーゼル機関の場合、ＥＧＲ率を増大するとＮＯｘを低減でき、また燃焼速度低下によって燃焼音を低減できるが、相対的に吸入空気量が減少して空気過剰率が低下することによりスモークが増大するため、これらのバランスをとって適切なＥＧＲ率に制御する必要がある。
【０００４】
ところで、アイドル運転時は、自動変速機レンジのニュートラルとドライブ、エアコンのオン−オフ等によって大きく負荷が異なり、負荷条件の変化による燃料噴射量の変化率が大きく、したがって空気過剰率の変化率が大きいため、これに合わせて目標ＥＧＲ率も急激に変化させる特性とする必要がある（図６，図７参照）  。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように目標ＥＧＲ率を燃料噴射量に対して急激に変化させる特性に基づいてアイドル運転時のＥＧＲ制御を行うと、アイドル回転速度のフィードバック制御等による燃料噴射量の変動により、目標ＥＧＲ率が過剰に反応して変動し、特に、ＥＧＲ率が適正値より過剰に増大側に変動した場合には、機関の安定性，スモーク等に悪影響を及ぼす。
【０００６】
また、近年では、高地走行時の大気密度変化によるＥＧＲ率のずれを回避するなどの目的で、実際の吸入空気量を検出し、目標ＥＧＲ率を実吸入空気量に基づいてフィードバック補正するようにしたものも提案されている（特開昭５９−７４３６４号公報参照）  。この吸入空気量の検出値に基づく目標ＥＧＲ率のフィードバック補正は、ディーゼル機関で発生しやすい燃焼生成物のＥＧＲ制御弁への付着やＥＧＲ制御用の絞り弁の開度変動による吸入空気量の変化や、特に、過給機付機関において加速時の過給遅れに対して、所望のＥＧＲ率を維持する機能も同時に有する。
【０００７】
しかし、このようなフィードバック補正を行うものでは、前記アイドル運転時の燃料噴射量の変動によるＥＧＲ率の変動はより大きくなる。
例えば、前記アイドル運転時に負荷条件の切換により燃料噴射量が増大（減少）  側に切り換えられると、まず目標ＥＧＲ率の減少（増大）  によってＥＧＲ率が減少（増大）  するように制御され、これに応じて吸入空気量が増大（減少）  するので、該吸入空気量の増大（減少）  に見合って今度はＥＧＲ率を増大（減少）  するというように変動を繰り返して発散し、ハンチングを生じる。
【０００８】
前記吸入空気量検出によるＥＧＲ率のフィードバック補正を停止すれば、ハンチングの発生はかなり抑制されるが、高地走行時の大気密度の低下やエアクリーナの目詰まりにより吸入空気量が減少した場合には、ＥＧＲ率が適正値より増大側に固定されてスモークが増大するなど、好ましくない状態が持続する。目標ＥＧＲ率を負荷条件毎に固定してしまうような方式も上記と同様の問題を生じる。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、アイドル運転時のＥＧＲ率の変動を抑制し、少なくともＥＧＲ率が増大側に過剰となることを防止した内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
アイドル運転時に負荷条件の変化に応じて燃料噴射量を変更すると共に、所定運転条件で排気の一部を吸気系に還流する内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
吸入空気量,負荷を含む機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
燃料噴射量の変化に応じて目標ＥＧＲ率を変更して設定する目標ＥＧＲ率設定手段と、
ＥＧＲ制御中に検出された吸入空気量と、該吸入空気量以外の機関の運転状態に基づいて推定した吸入空気量とを比較して前記目標ＥＧＲ率をフィードバック補正する目標ＥＧＲ率補正手段と、
アイドル運転時に少なくともＥＧＲ率増大側であって、負荷の増大に応じて減少するようにリミット値を設定するリミット値設定手段と、
アイドル運転時に、前記目標ＥＧＲ率と前記リミット値とを比較して小さい方を選択してＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、アイドル運転時の異なる負荷条件毎に目標ＥＧＲ率に対するＥＧＲ率減少側のリミット値も設定することを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によると、前記アイドル時の異なる負荷条件毎の目標ＥＧＲ率の適正範囲に基づいて、ＥＧＲ率減少側のリミット値も合わせて設定される。
また、請求項３に係る発明は、前記アイドル時の異なる負荷条件は、自動変速機レンジのニュートラル又はドライブ及びエアコンのオン−オフの４通りの組合せ条件を含んでいることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によると、自動変速機レンジのニュートラル又はドライブ及びエアコンのオン−オフは負荷の相違が大きいため、これらを組み合わせた４通りの負荷条件における目標ＥＧＲ率の適正範囲が大きく相違するので、それぞれにリミット値が設けられる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、アイドル運転時に燃料噴射量の変動等による目標ＥＧＲ率の少なくとも増大側の変動が、前記負荷条件毎に設定されたリミット値により制限されるので、機関の安定性を維持しつつスモークの増大を抑制できる。また、増大側を制限するだけでも変動の増幅が抑制され、減少側への変動の増大を同時に抑制してハンチングを収束する効果もある。
【００１８】
また特に、吸入空気量に応じてＥＧＲ率をフィードバック補正する機能を備えたものでは、アイドル時に目標ＥＧＲ率がより大きく変動してハンチングを発生しやすくなるため、リミット値で目標ＥＧＲ率を制限することによる効果がより大きく、かつ、前記フィードバック補正による高地走行時の大気密度変化等に対応したＥＧＲ率のずれ補正の効果は、そのまま享受することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、ＥＧＲ率が減少側に過剰に変動した場合はＮＯｘが増大し、燃焼音が大きくなるが、該減少側のリミット値でＥＧＲ率の過剰な減少を確実に制限することができ、これにより、ＮＯｘや燃焼音の増大を防止できる。
請求項３に係る発明によると、目標ＥＧＲ率の適正範囲が大きく相違する４通りの負荷条件毎にリミット値を設定することにより、各負荷条件毎にＥＧＲ率を適正に制限できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図２は、本発明に係るＥＧＲ制御装置を備えたディーゼル機関の概略構成を示す。図において、機関１１の吸気通路１２と排気通路１３とが、ＥＧＲ通路１４を介して接続されており、該ＥＧＲ通路１４の途中にＥＧＲ制御弁１５が設けられている。該ＥＧＲ弁１５は、アクチュエータ１６により全閉位置から全開位置まで略連続的に開度制御される。
【００２１】
吸気通路１２には、ＥＧＲ通路１４の出口部よりも上流側に絞り弁１７が介装されると共に、該絞り弁１７を開閉駆動するアクチュエータ１８が設けられている。前記各アクチュエータ１６，１８は、共にコントロールユニット１９により各種運転状態の検出結果に基づいてその駆動が制御され、比較的多量のＥＧＲが必要な運転条件では、絞り弁１７を閉じ加減にしてその下流側に負圧を発生させた状態でＥＧＲ弁１５の開度を制御するようにしている。ＥＧＲ量が少ないとき、又はＥＧＲを行わないときには、絞り弁１７は全開位置に制御される。
【００２２】
前記アクチュエータ１６，１８を制御するコントロールユニット１９は、入出力回路及びメモリを備えたマイクロコンピュータによって構成され、本発明に係る各種演算手段の機能を有している。コントロールユニット１９には、燃料噴射量や燃料噴射時期を決定するための基本的な運転状態パラメータとして、機関回転速度Ｎ及び負荷代表値としての目標燃料噴射量Ｔｐが入力されるが、これらは目標ＥＧＲ率の決定及びその補正にも用いられる。また、目標ＥＧＲ率の補正のために、水温センサ２０からの冷却水温度Ｔｗ及びエアフロメータ２１からの吸入空気量ＱＡＣが入力される。前記エアフロメータ２１は、前記吸気通路１２の絞り弁１７よりも上流側に位置して設けられており、機関１に吸入される新気の流量を検出する。この他、アクセルセンサ等に付加されて機関のアイドル運転を検出するアイドルスイッチ２２、自動変速機がニュートラルレンジか否（ドライブレンジ）  かを判別するニュートラルスイッチ２３、エアコンスイッチ２４、車速センサ２５などがコントロールユニット１９に入力される。
【００２３】
図３，図４は、このようなＥＧＲ制御装置を備えた機関における本発明に係るＥＧＲ制御弁開度の制御ルーチンを示す。このルーチンはコントロールユニット１９内のマイクロコンピュータにより数ミリ秒ないし数十ミリ秒毎に周期的に繰り返される。
図３において、ステップ（図ではＳと記す。以下同様）  １では、まず、機関回転速度Ｎ，燃料噴射量Ｔｐ，吸入空気量ＱＡＣ，冷却水温Ｔｗが検出される。
【００２４】
ステップ２では、これらの検出結果に基づいてＥＧＲを行う運転領域であるか否かを、予め設定されたテーブルとの照合等により判定する。
これにより、例えば、低負荷域，低回転域，始動時，暖機時などはステップ３へ進み、絞り弁１７を全開とすると共にＥＧＲ制御弁１５を全閉としてＥＧＲを停止する。
【００２５】
これに対し、ＥＧＲを行う運転領域と判定された場合は、次にステップ４，ステップ５で順次絞り弁１７の開度とＥＧＲ制御弁１５の開度とを演算し、各アクチュエータ１８，１６に指令値を出力して、それぞれ所定の開度となるように制御される。
図４は、前記ステップ５におけるＥＧＲ制御弁１５の開度制御ルーチンのフローチャートを示す。
【００２６】
まず、ステップ１１では、機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいて３次元マップからの検索等により、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭが算出される。
次いでステップ１２では、前記水温センサ２０によって検出される冷却水温Ｔｗに基づいて、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭに対する第１補正量ＫＥＧＲ１が算出される。該第１補正量ＫＥＧＲ１は、一般に機関の低温条件ほどＮＯｘが発生しにくく、また、ＥＧＲにより発生量が増大するカーボンによりシリンダ壁が摩耗しやすくなることを考慮してＥＧＲ量を減少させる特性を持たせて設定される。本実施の形態では、第１補正量ＫＥＧＲ１は後述するように基本値ＭＥＧＲＭに乗じる係数として設定されるので、１より小の値で低温条件ほど、より小さい値に設定される。この第１補正量ＫＥＧＲ１としては、他に燃料噴射時期、大気圧による補正などを算入するようにしてもよい。
【００２７】
次に、ステップ１３では、前記第１補正量ＫＥＧＲ１によるＥＧＲ率の変化に伴う吸入空気量の変化に対する補正を行うため、まず、シリンダへの総吸入ガス量（吸入空気量＋ＥＧＲガス量）  を一定とした条件で、吸入空気量の変化率としての基本補正量Ａを、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭと第１補正量ＫＥＧＲ１とに基づいて次式により算出する。但し、ＥＧＲ率の設定の相違に応じて２通りに算出される。
【００２８】
▲１▼  ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／吸入空気量として設定される場合は、
Ａ＝（１＋ＭＥＧＲＭ）  ／（ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ＋１）
▲２▼ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量）  として設定される場合は、
Ａ＝（１−ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ）  ／（１−ＭＥＧＲＭ）
実際には、ＥＧＲ率が変化すると、シリンダへの総吸入ガス量自体が変化するが少なくとも燃焼悪化等の無い範囲でＥＧＲを用いている運転範囲では、ＥＧＲ率の変化割合に対して一定の傾向を持つため、この傾向に基づき、前記第１補正量ＫＥＧＲ１をパラメータとしたＥＧＲ率の変化に伴う体積効率変化に応じた吸入空気量の補正係数（体積効率補正係数）  ＣＱＡＣＣの特性を第１補正量ＫＥＧＲ１のみて２次元マップとして作成する。該２次元マップとすることでＣＰＵの必要容量を最小限とすることができる。
【００２９】
ステップ１４では、第１補正量ＫＥＧＲ１に基づいて前記２次元マップからの検索により体積効率補正係数ＣＱＡＣＣを算出する。
ステップ１５では、前記基本補正量Ａと体積効率補正係数ＣＱＡＣＣとに基づいて、吸入空気量の補正量Ｚを次式により算出する。
Ｚ＝Ａ×ＣＱＡＣＣ
ステップ１６では、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭの設定に用いられた運転状態パラメータつまり機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいて基本吸入空気量ＢＱＡＣを算出する。この基本吸入空気量ＢＱＡＣの算出には、同一の機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐにおける目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭでＥＧＲがなされた場合の吸入空気量であり、３次元マップからの検索等により算出する。
【００３０】
ステップ１７では、前記基本吸入空気量ＢＱＡＣを、ステップ１５で算出した補正量Ｚに基づいて、次式のように補正し、補正後の吸入空気量ＢＱＡＣＫを算出する。
ＢＱＡＣＫ＝ＢＱＡＣ×Ｚ
次に、ステップ１８では、前記エアフロメータ２１で検出された吸入空気量ＱＡＣと、前記補正後の吸入空気量ＢＱＡＣＫとに基づいて、目標ＥＧＲ率の第２補正量ＫＥＧＲ２を算出する。この第２補正量ＫＥＧＲ２は、ＱＡＣとＢＱＡＣＫの比（ＱＡＣ／ＢＱＡＣＫ）  に対して比例的に増大するように設定する。これは、ＥＧＲ制御弁１５の開度が一定の条件下で実吸入空気量が目標値よりも増大した場合にはＥＧＲ率としては低下方向となるからである。実際には、機関回転速度Ｎにも関連するので、前記ＱＡＣ／ＢＱＡＣＫと機関回転速度Ｎとに基づいて３次元マップからの検索等により算出する。
【００３１】
ステップ１９では、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭを、第１補正量ＫＥＧＲ１と第２補正量ＫＥＧＲ２とに基づいて補正し、最終的な目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲを算出する。
ステップ２０では、前記最終的な目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲと、機関回転速度Ｎと、基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいて、ＥＧＲ制御弁１５の開度（ステップモータ駆動の場合はステップ数）  ＳＴＥＰＤＭを算出する。
【００３２】
ステップ２１では、アイドル運転時に負荷条件毎に、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲに応じたＥＧＲ制御弁１５の開度ＳＴＥＰＤＭが過度に増大するのを、上限リミット値Ｌ１〜Ｌ４で制限する。
図５は、前記ステップ２１のＥＧＲ制御弁開度の増大つまりＥＧＲ率の増大を制限するルーチンのフローチャートを示す。
【００３３】
ステップ３１では、低回転時のアイドル運転状態であるか否かを、前記アイドルスイッチ２２がオンであり、かつ、車速センサ２５により検出される車速が所定値以下であることを成立条件として判定する。前記低回転時のアイドル運転状態でないと判定された場合は、ＥＧＲ率が大きく変動しない運転状態であると判断して、前記ＥＧＲ率増大側の制限を行うことなく、図４のステップ２２へ進む。
【００３４】
前記低回転時のアイドル運転状態である、つまり、ＥＧＲ率が大きく変動しやすい運転状態と判定された場合は、ステップ３２へ進んで前記ニュートラルスイッチ２３及びエアコンスイッチ２４からの信号に基づいて負荷条件を判別する。そして、自動変速機がニュートラルレンジで、かつ、エアコンがオフの第１負荷条件、自動変速機がニュートラルレンジで、かつ、エアコンがオンの第２負荷条件、自動変速機がドライブレンジで、かつ、エアコンがオフの第３負荷条件、自動変速機がドライブレンジで、かつ、エアコンがオンの第４負荷条件からなる４通りの負荷条件に判別し、各負荷条件毎に順次ステップ３３〜３６でそれぞれ設定された上限リミット値Ｌ１〜Ｌ４によって、前記ＥＧＲ制御弁１５の開度ＳＴＥＰＤＭの増大を制限する。具体的には、開度ＳＴＥＰＤＭと上限リミット値Ｌ１〜Ｌ４とを比較して小さい値の方を選択する。ここで、上限リミット値Ｌ１〜Ｌ４は、前記第１負荷条件から第４負荷条件へと順次負荷が増大するのに応じてＥＧＲ率を減少する必要がある特性に合わせてＬ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４となるように設定されている。
【００３５】
そして、上記のようにして各負荷条件毎にＥＧＲ制御弁開度の増大（ＥＧＲ率の増大）  を制限した後、図４のステップ２２へ進む。
ステップ２２では、上記のように所定の運転条件で過度の増大を制限され、それ以外では制限なく設定されたＥＧＲ制御弁１５の開度ＳＴＥＰＤに応じた信号をアクチュエータ１６に出力してＥＧＲ制御弁１５を駆動し、前記開度ＳＴＥＰＤとなるように制御する。
【００３６】
このようにすれば、前記所定のアイドル運転時には、ＥＧＲ率がアイドル回転速度フィードバック制御や負荷条件切換による燃料噴射量の変動に伴って変動し、さらに吸入空気量によるフィードバック補正を行うことで該ＥＧＲ率の変動が増幅されようとするのに対し、ＥＧＲ率増大側の変動が負荷条件毎に設定されたＥＧＲ率増大側のリミット値で制限されるため、ＥＧＲ率が過度に増大することを防止でき、以て、機関の安定性を確保しつつスモークの増大を抑制することができる。なお、このように増大側を制限するだけでも変動の増幅が抑制され、減少側への変動の増大も同時に抑制できる。
【００３７】
また、ＥＧＲ率減少側にも下限リミット値を設定してＥＧＲ率の過度の減少を制限する構成としてもよい。この場合、下限リミット値も負荷条件毎に負荷が大きい条件ほど小さい値に設定し、上限リミットで制限処理後のＥＧＲ制御弁開度と下限リミット値とを比較して大きい方の値を選択する構成とすればよい。
このようにすれば、ＥＧＲ率の過度の減少も下限リミット値で確実に抑制され、以てＮＯｘ低減機能，燃焼音低減機能も十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態のＥＧＲ制御ルーチンのメインルーチンを示すフローチャート。
【図４】同じくＥＧＲ制御弁開度設定のサブルーチンを示すフローチャート。
【図５】同じくＥＧＲ制御弁開度制限のサブルーチンを示すフローチャート。
【図６】目標ＥＧＲ率マップの特性図。
【図７】低回転アイドル時の目標ＥＧＲ特性を示す図。
【符号の説明】
１１    ディーゼル機関
１２    吸気通路
１３    排気通路
１４    ＥＧＲ通路
１５    ＥＧＲ制御弁
１６    アクチュエータ
１７    絞り弁
１８    アクチュエータ
１９    コントロールユニット
２０    水温センサ
２１    エアフロメータ
２２    アイドルスイッチ
２３    ニュートラルスイッチ
２４    エアコンスイッチ
２５    車速センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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