(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還流排気ガス量を制御する還流排気ガス量制御弁と、内燃機関に導入される新気の量を検出する新気量検出手段と、還流排気ガスと新気とが混合された総吸気量を検出する総吸気量検出手段と、検出された新気量及び総吸気量から排気ガス還流率を算出する排気ガス還流率算出手段と、新気が内燃機関に導入される吸気通路に設けられて通路面積を制御する通路面積制御手段と、算出された排気ガス還流率が得られるように前記通路面積制御手段を制御する排気ガス還流率制御手段と、吸気行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、各気筒の吸気行程において前記通路面積制御手段を駆動するタイミングを最適制御する駆動タイミング制御手段が設けられ、前記気筒判別手段によって判別された気筒を対象として前記駆動タイミング制御手段によって最適の時期に前記通路面積制御手段を作動させて、気筒毎の還流排気ガス量を制御する内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項２】
請求項１において、新気量及び総吸気量の検出は前記内燃機関の各気筒毎に行なわれ、前記排気ガス還流率制御手段による通路面積制御手段の制御は算出された還流排気ガス量に応じて各気筒毎に行なわれる内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記駆動タイミング制御手段が、気筒毎に前記通路面積制御手段を作動させる駆動タイミングを制御するための２次元マップを備えている内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項４】
吸気管と排気管とを連通する還流排気ガス通路の途中に還流排気ガス量制御弁を備える内燃機関の排気ガス還流制御装置において、内燃機関に導入される新気の量に応じた値を検出する第１検出手段と、該第１検出手段による検出値に基づいて内燃機関の気筒毎に供給される新気量を算出する第１算出手段と、新気量と還流排気ガス量との和である前記内燃機関の総吸気量に応じた値を検出する第２検出手段と、該第２検出手段の検出値に基づいて前記内燃機関の気筒毎の総吸気量を算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出される気筒毎の新気量と第２算出手段により算出される気筒毎の総吸気量から気筒毎の排気ガス還流率を算出する第３算出手段と、該第３算出手段による算出値が運転条件毎に設定された目標値に等しくなるように前記通路面積制御手段の作動を制御する制御手段とからなり、前記制御手段による前記通路面積制御手段の制御が各気筒の吸気行程毎に行われると共に、前記制御が、気筒判別手段によってその時に吸気行程にある気筒を判別した後に、駆動タイミング制御手段によってその気筒に最適の時期に前記通路面積制御手段を駆動することによって行われる内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第１検出手段が前記還流排気ガス通路の開口部よりも上流側における前記吸気管に設けられたエアーフローメータであり、第２検出手段が前記還流排気ガス通路の開口部よりも下流側における前記吸気管の圧力を検出する圧力検出器である内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項６】
請求項４において、前記第１算出手段は、前記第１検出手段の情報を一定時間毎に記憶する記憶手段と、前記内燃機関の各気筒の吸気行程期間中に前記記憶手段の記憶値を積算する積算手段とを備えていて、この積算値が新気量の算出に反映される内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項７】
請求項４において、前記第２算出手段は、気筒間で平均化された総吸気量を算出し、この算出値が新気量との差の算出値に反映される内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【請求項８】
請求項４において、前記第３の算出手段は、算出された全気筒の排気ガス還流率に応じた値を平均化する平均値算出手段を備えていて、この平均値が目標値に等しくなるように還流排気ガス制御弁の作動制御を行う内燃機関の排気ガス還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関に導入される新気量と、新気量と還流排気ガス（ＥＧＲガス）量との和である総吸気量を検出することによって、還流排気ガス率を算出し、内燃機関の運転条件に応じた還流排気ガス率を求めることができるようにした内燃機関の排気ガス還流制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の排気ガス還流（ＥＧＲ）制御装置として、内燃機関の排気管と吸気管とを接続する排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）に還流排気ガス量を制御する還流排気ガス量制御弁（ＥＧＲ弁）を設けると共に、機関に吸入された全ガス量を検出する手段と、新しく吸入された新気の量を検出する手段とを設けて、両者の検出値の差を排気ガスの還流値とみなし、この値が設定値と等しくなるようにＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するものが知られている（特開昭５７−１４８０４８号公報参照）。
【０００３】
ＥＧＲ弁は高温の排気ガスが通過するＥＧＲ通路に設けられるため、電気式モータ等による駆動では信頼性の高い作動を得ることができない。従って、ＥＧＲ弁の駆動にはダイヤフラム式のアクチュエータを使用するのが普通である。この場合、ダイヤフラム室は負圧源（ディーゼルエンジンの場合は負圧ポンプ、ガソリンエンジンの場合は吸気管の負圧ポート）に接続されると共に、ダイヤフラム室に導かれる負圧のレベルを所定値に制御するために負圧制御機構が設けられ、ダイヤフラム室の圧力を所定の負圧レベルとすることによって所期のＥＧＲ弁のリフト、即ちＥＧＲ率が得られるように設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
負圧制御機構を使用したＥＧＲ弁の駆動方式では、ダイヤフラム室を負圧配管と負圧の切換制御用の電磁弁とを介して負圧源（負圧ポンプ又は吸気ポート）に接続する構成となっているので、負圧配管系の長さが長くなるのと、電磁弁の応答性は必ずしも高くないから、これらが原因となってＥＧＲ弁に作動遅れが起こり易い。このような作動遅れはＥＧＲ率を気筒毎に独立に制御する場合に特に問題が生じ易く、内燃機関の排気ガス還流制御装置に応答性及び精度の高い動作を期待することができないという問題があった。
【０００５】
本発明はこの問題を解消するために、常に高い応答性と精度を維持しながら作動する内燃機関の排気ガス還流制御装置を提供することを目的としている。本発明はまた、その排気ガス還流制御装置が全気筒に共用のものであるにもかかわらず、各気筒のＥＧＲ率をそれぞれ独立に制御することができ、それによって全気筒のＥＧＲ率を均一に揃えることができるような排気ガス還流制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、図１及び図２において基本的に示すように、機関の各気筒の吸気行程の開始時期に相当するクランク角度位置を検出すると共に吸気行程の間に吸気管圧力ＶＰ及び新気量ＶＮを検出し、吸気管圧力ＶＰから総吸気量ＱＡを算出すると共に排気ガス還流率目標値ＲＴを算出する。また、吸気行程の終了時期において新気量の積算値ＱＮを算出し、総吸気量ＱＡと積算値ＱＮとの差として、その気筒の排気ガス還流率ＲＥi を算出する。更に、吸気管に吸気スロットル弁を設けて、気筒毎の排気ガス還流率ＲＥi が目標値となるように定めた最終目標開度ＴＲＦi+1 に吸気スロットル弁開度を気筒毎に独立に制御する一方、排気ガス還流率の気筒間平均値Ｒが目標値ＲＴとなるように排気ガス還流量を制御する。
【０００７】
しかしながら、上記のような制御だけでは、吸気スロットル弁開度は気筒毎に独立に制御されるものの、その駆動タイミングは吸気スロットル弁開度の最終目標開度ＴＲＦi+1 を算出した直後になるので、タイミングについては気筒毎に独立した制御は行われない。そのため、内燃機関によっては排気ガス還流率を気筒毎に独立に制御することができない場合が生じ、複数の気筒の間で相互に影響が及ぶことがある。
【０００８】
そこで、この問題に対して、本発明者らは更に研究を重ねた結果、吸気スロットル弁には、その下流側に並列に接続されている複数個の気筒のうちの個別の気筒の排気ガス還流率を単独に、即ち他の気筒とは実質的に無関係に制御することができる操作タイミングが存在することを見出した。
【０００９】
この点について図３を用いてより詳細に説明する。、図３に４気筒のディーゼルエンジンの運転条件が、回転数８００ｒｐｍ、出力トルク２７Ｎｍであって、クランク軸の１回転毎に吸気スロットル弁の開度を１８０°ＣＡの間に３．２°だけ閉弁側へ操作したときの各気筒のＥＧＲ率の変化を示す。（ａ）から（ｄ）の各場合は、吸気スロットル弁の閉弁動作の開始時期を１番気筒のＴＤＣ後のクランク角度で、（ａ）５００°、（ｂ）５４５°、（ｃ）５９０°、（ｄ）６３５°というように、４５°ＣＡづつ遅角させた場合を示している。なお、（ｅ）は参考のために、スロットル弁の開度を一定に固定した場合を示すものである。また、”ａｖｅ”は全気筒の平均値を示している。
【００１０】
参考として示したスロットル弁固定時のＥＧＲ率と比較すると、（ａ）の場合の５００°ＣＡでは、１番気筒と２番気筒のＥＧＲ率が大きく増加している。そして閉弁動作の開始時期を遅角させて行くと、２番気筒のＥＧＲ率の増加の度合いが小さくなって行き、遂に（ｄ）の場合の６３５°ＣＡにおいては、１番気筒のみがＥＧＲ率の増加を示すようになる。この事実は、ある最適のタイミングで吸気スロットル弁を開閉制御すれば、個別の各気筒のＥＧＲ率を単独に増減させることができるということを意味する。
【００１１】
そこで、本発明者らはこの点に着目して、気筒別に最適のタイミングにおいて吸気スロットル弁を開閉制御することにより、各気筒の排気ガス還流率を個別に制御し、全気筒の排気ガス還流率を所望の値に揃えて、前述のような問題点をも併せて解決した。
【００１２】
より具体的に、本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気ガス還流制御装置を提供するものである。
【００１３】
請求項１に記載の技術手段においては、還流排気ガス量制御弁によって決まる排気ガス還流率に応じて、吸気系の通路面積制御手段（吸気スロットル弁）を駆動することによって補完的に所期の排ガス還流率への制御を行うと共に、個々の気筒の吸気行程における最適の時期に通路面積制御手段を駆動することにより、その気筒の排気ガス還流率を制御している。そのため、負圧駆動による還流排気ガス量制御弁のみによって排気ガス還流率を制御する場合と比較して、応答性を高めることができる。また、気筒毎に高い応答性と精度をもって排気ガス還流率の制御を行うことが可能になり、他の気筒との間の排気ガス還流率の差を確実に抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の技術手段によれば、通路面積制御手段の制御は気筒毎に独立に行っている。従って、各気筒の排気ガス還流率の間に差があっても、各気筒の排気ガス還流率を個別に制御することによって全ての排気ガス還流率を揃えることが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の技術手段によれば、具体的に２次元マップを用いて気筒毎に排気ガス還流制御を行う。
【００１６】
また請求項４に記載の技術手段によれば、第１検出手段による検出値から第１算出手段によって算出される新気量と、第２検出手段による検出値から第２算出手段によって算出される総吸気量とに基づいて、第３算出手段によって排気ガス還流率を算出し、通路面積制御手段の制御を気筒毎に独立に最適の時期に行うことにより、請求項１の場合と同様な作用効果を奏することができる。
【００１７】
請求項５に記載の技術手段によれば、エアーフローメータと圧力検出器の検出値から還流排気ガス量を正確に把握することができる。
請求項６に記載の技術手段によれば、新気量の検出値を積算することにより計測値の変動を防止することができる。
請求項７に記載の発明によれば、各気筒間で平均化された総吸気量の値によって排気ガス還流率を制御していることから、排気ガス還流率の気筒間の変動を最小とすることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明によれば、通路面積制御手段の制御に加えて、各気筒間において平均的な排気ガス還流率に応じて排気ガス還流制御弁を制御することにより、所期の排気ガス還流率へのより迅速な制御が実現する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を、ターボチャージャを搭載したスワールチャンバ付ディーゼル機関に適用した場合の実施形態について、図４〜図６をも参照しながら更に具体的に説明する。図４において、１はディーゼル機関の本体、２はスワールチャンバ、３はピストン、４はスワールチャンバ２に設けた燃料噴射弁、５は排気弁を示している。排気弁５は排気管６に接続される。図示しない吸気弁は吸気管７に接続される。８はターボチャージャを示しており、ターボチャージャ８は、排気管６に配置されるタービン９と吸気管７に配置されるコンプレッサ１０とから構成される。燃料噴射弁４には周知のように燃料噴射ポンプ（図１にはその回転軸２２のみが図示されている）からの燃料が圧送される。
【００２０】
タービン９の上流の排気管６とコンプレッサ１０の下流における吸気管７とは排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）１１によって接続される。ＥＧＲ通路１１上には排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ弁）１２が配置される。ＥＧＲ弁１２は弁体１３と、弁体１３に連結されて、負圧に応じて弁体１３のリフトを制御することによりＥＧＲ通路１１を流れる還流排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を制御するダイヤフラム１４とから構成される。このＥＧＲ弁１２は弁体１３のリフトが大きいほど開口面積が大きくなり、ＥＧＲガスの流量が多くなるように構成されている。弁体１３のリフトの大きさはダイヤフラム１４によって形成されるダイヤフラム室１５の負圧の大きさによって決定される。即ち、負圧が強いほどダイヤフラム１４の図の上方への変位が大きくなってリフトも大きくなる。ダイヤフラム室１５はバキュームポンプ１６に負圧配管１７によって接続され、バキュームポンプ１６からの負圧がダイヤフラム室１５に導入される。
【００２１】
ダイヤフラム１４の負圧の制御のために負圧配管１７上に三方電磁弁１８が設けられる。電磁弁１８よりダイヤフラム室１５側において負圧配管１７はパイプ１８ａによって大気に開口され、この大気開口部にオリフィス１８ｂが設けられる。また、電磁弁１８はコイル１９を備えており、コイル１９の通電制御によって弁体１８が駆動されて、キュームポンプ１６からダイヤフラム室１５へ導入される負圧導入の制御が行われる。即ち、電磁弁１８のコイル１９が通電を受けていないときはバキュームポンプ１６とダイヤフラム室１５との連通は遮断され、弁体１３のリフトが最小となるためＥＧＲ作動は行なわれない。一方、コイル１９への通電時はバキュームポンプ１６からの負圧がダイヤフラム室１５に導入されて弁体１３がリフトする。電磁コイル１９の通電は後述のように制御回路（マイクロコンピュータシステム）５０によってデューティ制御され、ＥＧＲ弁１２の弁体１３は所期のリフトに制御され、ひいてはＥＧＲ量の制御が行われる。
【００２２】
コンプレッサ１０と、ＥＧＲ通路１１と吸気管７との合流点の間に、新気の通路面積を制御しうる通路面積制御手段としての吸気スロットル弁２９が配置される。この吸気スロットル弁２９の弁軸は図示しないギヤ等の連結手段によってステップモータ３０等の電気的回転駆動手段に連結される。ステップモータ３０は制御回路５０からの駆動信号を受けることにより回転駆動され、吸気スロットル弁２９の開度（即ち新気量）を任意に制御することが可能である。
【００２３】
吸気管７においてコンプレッサ１０の上流に吸入新気量に応じた電気信号（アナログ信号）を出力するエアーフローメータ２０が配置される。また、コンプレッサ１０の下流の吸気管７には圧力検知器２１が配置されて、吸気管圧力に応じた電気信号（アナログ信号）を出力する。これらのセンサ２０，２１からの信号はエンジン１回転当たりの流量（g/rev ）として制御回路５０に入力され、両者の信号の差が排気還流量（ＥＧＲ量）として把握される。制御回路５０の記憶装置（ＲＯＭ）にはエンジンの回転数とエンジンの負荷に相当する因子である燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの開度とに応じたＥＧＲ量のデータが格納されている。検出されたＥＧＲ量と記憶されたＥＧＲ量とに差があれば制御回路５０はその差を解消する方向にコイル１９への通電を制御する。
【００２４】
回転数の検出方法としては公知の適当な方法を採用し得るが、図示の実施形態の回転数センサは、燃料噴射ポンプの回転軸２２（内燃機関のクランク軸に連結される）上に、周方向に離間した複数個の突起２３を有する回転体を固定し、この突起２３に対向させてホール素子等の電磁ピックアップ２４を配置して構成される。従って、電磁ピックアップ２４からは突起２３の間隔に応じたパルス間隔のパルス信号が得られる。
【００２５】
一方、内燃機関のクランク軸３８には、直径上の対立位置に一対の突起２７を有する回転体が取り付けられ、この突起２７に対向させて前述のものと同様にホール素子等で構成される第２の電磁ピックアップ２８が配置される。突起２７によりクランク軸の２分の１回転、即ち１８０°の回転を検出することができる。
【００２６】
また、燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置を知るため、図１におけるポテンショメータ２５が設けられ、ポテンショメータの摺動接点部２５ａは燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーと一体に移動し、アジャスティングレバーの位置に応じて電圧信号をポテンショメータ２５から得ることができる。
【００２７】
更に、吸、排気弁を駆動するためのカムシャフト２６上に、周方向に１個の突起４０を有する回転体を取り付けて、この突起４０に対向させて、前述のものと同様にホール素子等で構成される第３の電磁ピックアップ４１が配置される。突起４０の検出により、クランク軸の２回転、即ち７２０°の回転を検出することができる。
【００２８】
次に図５によって制御回路５０の構成を説明する。制御回路５０はエアーフローメータ２０の一部を構成するポテンショメータの摺動接点部２０ａに接続された入力端子５０１と、圧力検出器２１に接続される入力端子５０２と、燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置検出用ポテンショメータ２５の摺動接点２５ａに接続される入力端子５０３と、第１の電磁ピックアップ２４に接続される入力端子５０４と、第２の電磁ピックアップ２８に接続される入力端子５０５と、更に、第３の電磁ピックアップ４１に接続される入力端子５１５とを備える。
【００２９】
また、制御回路５０はＥＧＲ弁１２の電磁コイル１９に接続される出力端子５０６を備えている。更に、制御回路５０は、入力端子と出力端子との間に、アナログデジタル（Ａ−Ｄ）変換器５１０、計数器５２０、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５３０、第１発振器５４０、コンパレータ５５０、第２発振器５６０及び駆動回路５７０を備えている。Ａ−Ｄ変換器５１０は入力端子５０１，５０２，５０３に接続され、Ａ−Ｄ変換器５１０は周知のようにマルチプレクサ及びＡ−Ｄ変換回路と、３個の記憶回路と、マルチプレクサの切替回路と、Ａ−Ｄ変換器を起動すると共に、各記憶回路のセレクトの各信号を発生するタイミングパルス回路とから構成される。Ａ−Ｄ変換器及び３個の記憶回路は、例えば、１２ビット構成とすることができる。
【００３０】
計数器５２０はパルス信号を発生する第１、第２、及び第３の電磁ピックアップ２４，２８，４１からの入力端子５０４，５０５，５１５に接続されるものであり、第１電磁ピックアップ２４からのパルス数を計測する計数回路と、それを記憶する記憶回路と、計数回路へのゲート信号、リセット信号及び計数回路へのラッチ信号を発生するタイミングパルス回路より構成され、計数器５２０より８ビットの２連コード信号が出力される。第２電磁ピックアップ２８からのパルス信号は計数回路のリセットのために使用される。また、第３電磁ピックアップ４１からのパルス信号は気筒判別のために使用される。
【００３１】
ＣＰＵ５３０はマイクロコンピュータ、Ａ−Ｄ変換器５１０の出力及び計数器５２０の出力とマイクロコンピュータのバスラインを接続する３ステートのバッファ回路と、マイクロコンピュータの出力値を記憶する記憶回路とより構成される。マイクロコンピュータの回路の詳細はこの発明の要部ではないことからその説明は省略する。また、マイクロコンピュータは２ＭＨz の内部クロック周波数によって動作しており、電源が投入されるとイニシャライズが行われ、予め指定されたＲＯＭのアドレスからのプログラムが実行される。
【００３２】
制御回路５０における第１発振器５４０は２０Ｈz のトリガパルスを発生し、このトリガパルスはＣＰＵ５３０のタイマチェック信号、及びコンパレータ５５０のリセット信号となる。コンパレータ５５０は第１発振器５４０からのトリガパルスを基点にして第２発振器からの２０Ｈz のクロック信号を入力し、ＣＰＵ５３０からの２進コード出力をパルス幅へ変換する。コンパレータ５５０の出力は電磁弁駆動回路５７０に入力され、入力信号の増幅が行われ、出力信号は端子５０６より電磁弁１８のコイル１９に印加される。
【００３３】
ＣＰＵ５３０は吸気スロットル弁駆動用ステップモータ３０を駆動するため駆動回路５８０に接続され、その出力信号は端子５０７よりステップモータ３０のコイルに印加される。ステップモータ３０の駆動のためのＣＰＵ５３０への出力信号の形成、駆動回路５８０の増幅方法は従来公知のいかなる手法をも採用し得ることからその詳細な説明は省略する。
【００３４】
エアーフローメータ２０を構成するポテンショメータの両端には一定電圧Ｖc が印加され、その摺動接点部２０ａには吸入空気量に応じた電圧ＶN が現れる。電圧ＶN はＡ−Ｄ変換器５１０により２進コードに変換されて記憶回路に格納される。同様に圧力検出器２１からの圧力に応じた電圧信号Ｖp 及び燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置に応じた電圧信号ＶL もＡ−Ｄ変換され、その記憶回路に格納される。一方、計数器５２０は第１電磁ピックアップ２４からのパルス信号のパルス数の計測を行い、その計数値は内部記憶回路内に格納される。また、第２電磁ピックアップ２８からのパルス信号は計数器５２０をクリヤするために利用される。第３電磁ピックアップ４１からのパルス信号は、特定の気筒（例えば１番気筒）の吸気行程の開始時期を判別するために用いられる。
【００３５】
以下、図１及び図２に示すフローチャートによってＣＰＵ５３０の動作を詳細に説明する。電源投入により処理が開始され、ステップ１０１では動作が開始されてＣＰＵ５３０の全てのメモリやレジスタやポートのイニシャライズが実行される。ステップ１０１−１ではｉ＝０か否かの判断が行われる。ｉ＝０は、特定の気筒（例えば１番気筒）において吸気行程が開始される時期であり、７２０°ＣＡの周期で発生するパルスに対応する。
【００３６】
ステップ１０２ではパルスカウンタＣn ＝０か否かの判断が実行される。Ｃn ＝０はいずれかの気筒において吸入行程が開始されると共に、別のいずれかの気筒において吸入行程が終了するタイミングとなっている。即ち、第１電磁ピックアップ２４からのパルスによってインクリメントされ、第２電磁ピックアップ２８からの１８０°毎のパルスによってクリヤされる計数ルーチンが設けられており、第２電磁ピックアップ２８がパルスを発生するクランク角度位置では、ある気筒は吸気行程の開始に対応すると共に、別の気筒は吸気行程の終了に対応するように設定され、この位置においてＣn ＝０とされる。
【００３７】
カウンタ値（Ｃn ）が０でないとき、即ち、ステップ１０２の判断が否定的であるときには、ステップ１０２からステップ１０３に流れ、所定時間Ｔ1 毎に発生される信号の入力があったか否かの判断が行なわれる。時間Ｔ1 が経過する毎に発生されるパルス信号の入力があったと判断されたときはステップ１０４に進み、そうでないときはステップ１０９に進む。時間Ｔ1 の経過時点であると判断されたときに実行されるステップ１０４〜１０８はＥＧＲ率の目標値の算出ルーチンを示している。即ち、ステップ１０４ではＡ−Ｄ変換器５１０内の記憶回路に記憶されている吸気管圧力値Ｖp の読み込みが行なわれ、ステップ１０５では同じくＡ−Ｄ変換器５１０内の記憶回路に記憶されている吸入空気量値ＶL の読み込みが行なわれる。
【００３８】
ステップ１０６は機関回転数Ｎの算出を示している。回転数Ｎの計測はクランク軸が１８０°回転するための時間Ｔ１８０によって行なわれる。即ち、計数器５２０はクランク軸の１８０°の回転毎の第２電磁ピックアップ２８からのパルス信号によってクリヤされるものであり、Ｔ１８０の値は計数器５２０におけるパルス数が前回零となったときから今回零となるまでの経過時間となる。
【００３９】
ステップ１０７は、１個の気筒内に吸入される全ガス量ＱＡの算出を示しており、全ガス量ＱＡの算出は圧力検出器２１により検出された吸気管圧力値Ｖp とエンジン回転数Ｎによって行うことができる。即ち、吸気管圧力値Ｖp とエンジン回転数Ｎとの間には一定の関係があり、この関係はＣＰＵ５３０内に二次元マップｆとして格納されているので、ステップ１０４において読み取られた吸気管圧力値Ｖp とステップ１０６において算出されたエンジン回転数Ｎに対応する全ガス量の値が補間演算される。
【００４０】
ステップ１０８はそのエンジン運転条件において最適なＥＧＲ率の目標値ＲＴの算出を示している。即ち、燃料噴射量（負荷）に対応する燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置（ポテンショメータ２５の出力値）ＶL とエンジン回転数Ｎとの間には一定の関係が存在しており、この関係は二次元マップｇとしてＣＰＵ５３０内に格納されているので、ステップ１０８ではポテンショメータの出力値ＶL 及びエンジン回転数Ｎの実測値に対応した目標ＥＧＲ値ＲＴの補間演算が行われる。
【００４１】
ステップ１０９ではその運転条件において最適なスロットル弁開度目標値ＴＲＢの算出が行われる。即ち、燃料噴射量（負荷）に対応する燃料噴射ポンプのアジャスティングレバーの位置（ポテンショメータ出力値）ＶL とエンジン回転数Ｎとの間には所定の関係が存在しており、この関係は二次元マップｈとしてＣＰＵ５３０内に格納されており、ステップ１０９ではポテンショメータ２５の出力値ＶL 及びエンジン回転数Ｎの実測値に対応した目標スロットル弁開度ＴＲＢの補間演算が実行される。
【００４２】
ステップ１１０〜１１３はエアーフローメータ２０の計測値の積算処理を示している。即ち、ステップ１１０はエアーフローメータの出力信号を検出するためのタイマーチェックであり、所定時間周期Ｔ2 毎に入力される信号の入力があったか否かの判定が行われる。Ｔ2 はエンジンの高回転時においても各気筒の吸入空気量を検出し得るように、エンジンの最高回転数における１個の気筒の吸入行程を実行するための時間よりも短いことが好ましい。Ｔ2 パルスの入力があったと判断されたときはステップ１１１に進み、Ａ−Ｄ変換器５１０内の記憶回路に格納されているエアーフローメータ２０の計測値ＶN の読み込みが行われる。ステップ１１２においてはステップ１１１において読み込まれたＶN の値の積算、即ちΣＶN の計算が実行される。ステップ１１３は積算カウンタＣＡＤのインクリメントを示す。
【００４３】
ステップ１０２において回転パルスカウンタの値Ｃn ＝０のとき、即ち、吸気行程の開始又は終了の時期であるときはステップ２０１に進み、気筒マークｉがインクリメントされ、ついでステップ２０２においてｉ＞４か否かの判断が行われる。ｉ＞４のときはステップ２０３においてｉ＝１とされる。ステップ２０１〜２０３の処理はクランク角度の１８０°毎に実行され、爆発順序が決まっていることから、ｉの値はその時に吸気行程を行う気筒の番号と対応させることができる。なお、この例では、機関を停止及び再始動させても変わらないように、ｉ＝１は常に１番気筒と定めている。
【００４４】
ステップ２０４では各気筒の吸入空気量一吸気行程での新気吸入空気量（グラム）の算出が次の式、
ＱＮi ＝（ΣＶN / ＣＡＤ）×Ｔ１８０
によって実行される。ここでＴ１８０は前述のようにクランク軸が１８０°（即ち、一吸気行程のクランク角度）回転するのに要する時間である。この式においてエアーフローメータ２０の計測値の積算値ΣＶN を積算回数ＣＡＤで除することによりエアーフローメータの計測値の平均値が得られ、これにクランク軸が１８０°回転するための時間、即ち一吸気行程を実施するのに要する時間を乗算することによって一吸気行程当たりの新気吸入量が算出される。
【００４５】
ステップ２０５では各気筒のＥＧＲガス量ＱＥi の算出が行われる。即ち、ＥＧＲガス量ＱＥはステップ１０７において算出した筒内へ吸入される全ガス量ＱＡからステップ２０４において算出される新気吸入量ＱＮi を差し引いたものである。ステップ２０６ではＥＧＲ率が全ガス量ＱＡに対するＥＧＲガス量ＱＥi の比として算出される。ステップ２０７はステップ２０６において算出したＥＧＲ率の値を気筒ｉのＥＧＲ率としてＲＥi に格納している。
【００４６】
ステップ２０８では全気筒ｉ＝１〜４のＥＧＲ率が加算され、気筒数４によって除算することにより全気筒について平均したＥＧＲ率Ｒの算出が行われる。
ステップ２０９及び２１０は電磁弁１８のコイル１９への駆動信号の形成を示している。即ち、ステップ２０９ではステップ１０８において算出された目標ＥＧＲ率ＲＴから、ステップ２０８において算出された実測平均ＥＧＲ率ＲＥを引くことにより、制御偏差ΔＤが算出される。
【００４７】
ステップ２１０においては、電磁弁１８のＯＮ時間ＤＰ´が、
ＤＰ´＝ＤＰ´＋ΔＤ×Ｋ
によって算出される。即ち、この式においてＫはゲインであり、ステップ２１０の処理の実行を継続することにより、電磁弁１８にフィードバックがかかるため最終的には偏差＝０となり、４気筒の平均ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率ＲＴに一致するようになる。即ち、ＥＧＲ弁１２の開度は全気筒間において平均したＥＧＲ率に制御される。
【００４８】
ステップ２１１においては、各気筒のＥＧＲ率ＲＥi の目標ＥＧＲ率ＲＴに対する差ΔＴＲi が算出される。ステップ２１２では、気筒毎の吸気スロットル弁の開度補正量が
ＴＲＣi ＝ＴＲＣi ＋ΔＴＲi ×ｋ´
によって算出される。この式において、ｋ´はゲインであり、例えば、特定気筒のＥＧＲ率が目標に対して小さい場合はＥＧＲ率を高めるように吸気スロットル弁２９を閉弁させる方向に開度の補正量が更新される。
【００４９】
ステップ２１３においては、次に吸気行程となる気筒の吸気スロットル弁の最終目標開度ＴＲＦi+1 を算出する。ＴＲＦi+1 はステップ１０９において算出された目標吸気スロットル弁開度ＴＲＢと、当該気筒の前回の吸気行程終了時に、ステップ２１２において算出された補正量ＴＲＣi+1 を加算することにより求められる。
【００５０】
一方、吸気スロットル弁２９の開度補正を行うタイミングは、ステップ２１３−１において、燃料噴射量（負荷）ＶL と回転数Ｎにより決定される。この関係は、予め試験を行うことによって求めたデータが、２次元マップとして制御回路５０内に格納されている。そして、ステップ２１３−１によって決定されたタイミングｔi において、このＴＲＦi+1 の値は駆動回路５８０の出力信号として反映され、それによって吸気スロットル弁駆動用モータ３０が駆動されて、所定の吸気スロットル弁開度を得ることができる。ステップ２１４では次回の計測のためＶN 及びＣＡＤがクリヤされる。
【００５１】
次に、電磁弁１８の制御について説明すると、ＲＡＭの所定アドレスに格納された電磁弁１８のＯＮ時間ＤＰ´はＢＵＳラインに転送され、ＣＰＵ５３０内の記憶回路に格納される。コンパレータ５５０はＣＰＵ５３０からの２進コード値と、第１発振器５４０のトリガ信号をリセット信号とする第２発振器５６０からのクロック数とが一致したときに一致信号を出力する。従って、第１発振器５４０のトリガ信号の周期が５０ ms であることから、トリガ信号が高レベルから低レベルに切り替わってからＣＰＵ５３０からの２進コード数とクロック数とが一致するまでは電磁弁１８のＯＮ時間、一致してからトリガ信号が高レベルから低レベルに切り替わるまでの時間が電磁弁１８のＯＦＦ時間となる。この様子は図６に示される。
【００５２】
即ち、図６の（Ａ）は第１発振器５４０の出力信号、図６の（Ｂ）はコンパレータ５５０の出力信号を示す。また、時間Ｔは図２に示すステップ２１０によって求められ、ＲＡＭの所定アドレスに格納されているＤＰ´（第２発振器５６０の周期０. ０５ msec ）に一致する。この時間Ｔにより電磁弁１８のＯＮ−ＯＦＦ比、即ちＥＧＲ量が決まる。駆動回路５７０はコンパレータ５５０からの信号を電力増幅した後に電磁弁のコイル１９に印加する。
【００５３】
以上の実施例では、ＥＧＲ弁１２についてはＥＧＲ率の気筒間平均値Ｒが目標値ＲＴになるようにフィードバック制御を行う一方、吸気スロットル弁２９は気筒毎にＥＧＲ率ＲＥi が目標値になるように独立制御している。そのため、避けることができない気筒間偏差があっても気筒間のＥＧＲ率の変動を防止することができ、かつ目標値へのＥＧＲ率の制御を迅速に行うことができる。また、各気筒の吸気行程毎にＥＧＲガスの吸入情報を検出し得るため、燃焼毎にＥＧＲ制御が可能となり、過渡時においても所期のＥＧＲ制御を行うことが可能となる。
【００５４】
ＥＧＲ弁１２の制御については実施例のようにフィードバック制御をせず、オープンループによる制御のみとしてもよい。最も、単純な方式としてはオン・オフ制御でもよい。即ち、ＥＧＲ条件時はＥＧＲ弁１２が開放され、非ＥＧＲ条件時にはＥＧＲ弁１２が閉鎖されるような制御を行うことができる。
【００５５】
以上の実施例において全ガス量の演算は圧力検出器２１の出力によって行っているが、全ガス量の演算値の精度を向上させるために、圧力検出器２１の付近に吸気温度計を設けて、その出力によって圧力検出値に基づく全ガス量の演算値の補正を行うのが望ましい。また、内燃機関としてはターボチャージャ付きのディーゼル機関としたが、本発明はターボチャージャが設置されていない内燃機関にも適用可能である。また、排気還流を行いやすくするために、吸気管にスロットル弁を設置したディーゼル機関にこの発明を適用すると特に有用である。この場合、スロットル弁の下流にＥＧＲポート及び圧力検出器を設けて、スロットル弁の上流にエアーフローメータが位置することになる。
【００５６】
上記実施例では吸入された全ガス量の検出の手段として圧力検出器２１を使用しているが、この代わりにエアーフローメータ２０の構造と同様の構造のもの、または熱線を使用する構造のものを採用することも可能である。ただ、逆流する排気ガスによる汚染を考慮すると、機械的な可動部分を持たないで圧力を検出する方式のものが望ましい。
【００５７】
また、内燃機関としてはガソリンを燃料とする火花点火内燃機関にもこの発明は応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図５に示す制御回路の動作を説明するフローチャートの一部である。
【図２】図１のフローチャートの残りの部分である。
【図３】吸気スロットル弁の作動による各気筒のＥＧＲ率の変化を示す図表である。
【図４】本発明の実施形態としての内燃機関の全体構成図である。
【図５】制御回路の構成を示すブロック線図である。
【図６】制御回路によるデューティ比制御動作を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関の本体
６…排気管
７…吸気管
１１…排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
１２…排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ弁）
１５…ダイヤフラム室
１８…三方電磁弁
２０…エアーフローメータ
２１…圧力検出器
２２…燃料噴射ポンプの回転軸
２４，２８，４１…電磁ピックアップ
２６…カムシャフト
２９…吸気スロットル弁
３８…クランク軸
５０…制御回路
ｉ…気筒マーク
Ｎ…機関回転数
ＱＡ…総吸気量
ＱＥ…ＥＧＲガス量
ＱＮ…新気吸入量
Ｒ…ＥＧＲ率の気筒間平均値（ａｖｅ）
ＲＥi …気筒毎のＥＧＲ率
ＲＴ…ＥＧＲ率の目標値
ＴＲＢ…吸気スロットル弁の開度目標値
ＴＲＣi …気筒毎の吸気絞り補正量
ＴＲＦ…吸気スロットル弁の最終目標開度
ＶL …燃料噴射量（負荷）
ＶN …新気量
ＶＰ…吸気管圧力
【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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