(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁を配置した内燃機関において、機関運転状態に応じて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、空燃比を検出する空燃比検出手段と、ＥＧＲ制御弁の開度に応じて定まる平滑化係数を算出する平滑化係数算出手段と、該平滑化係数を用いて該検出された空燃比を平滑化することにより平滑化空燃比を算出する平滑化空燃比算出手段と、該平滑化空燃比に基づいて空燃比が目標空燃比となるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御するＥＧＲ制御弁開度制御手段とを具備し、前記平滑化係数は、ＥＧＲ制御弁の開度が大きいときには小さいときに比べて平滑化度合いが低くなるように定められている空燃比制御装置。
【請求項２】
機関過渡運転時には平滑化されていない検出された空燃比に基づいて空燃比が目標空燃比となるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにした請求項１に記載の空燃比制御装置。
【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空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁を配置し、排気通路内に空燃比センサを取り付け、空燃比が目標空燃比となるようにＥＧＲ制御弁の開度または開弁割合をフィードバック制御するようにした内燃機関の空燃比制御装置が公知である（特開昭６３−９４０６１号公報参照）。同一の機関運転状態においてＥＧＲ制御弁の開度を変更してＥＧＲガス量を増減させるとそれに見合った分だけ新気量が増減される。したがって、ＥＧＲガス量を変更することによって空燃比を変更することができる。そこで、上述の空燃比制御装置ではＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって空燃比が目標空燃比となるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の空燃比制御装置におけるように空燃比をフィードバック制御すると、たとえ機関運転状態が定常であるといっても吸気脈動や回転変動などによって空燃比は変動する。ところが、このように変動する空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御するとＥＧＲ制御弁の開度が変動するのでＥＧＲガス量が変動し、その結果空燃比が目標空燃比から発散する恐れがある。
【０００４】
そこで、検出された空燃比を平滑化して得られる平滑化空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御すればＥＧＲ制御弁の開度の変動を低減することができ、したがって空燃比が発散するのを阻止することができる。しかしながら、平滑化空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御するとＥＧＲ制御弁の開度の応答性が悪化する。したがって、ただ単に平滑化空燃比を用いてＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしただけでは空燃比を目標空燃比に正確に一致させることができないという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、機関の吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁を配置した内燃機関において、機関運転状態に応じて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、空燃比を検出する空燃比検出手段と、ＥＧＲ制御弁の開度に応じて定まる平滑化係数を算出する平滑化係数算出手段と、該平滑化係数を用いて該検出された空燃比を平滑化することにより平滑化空燃比を算出する平滑化空燃比算出手段と、この平滑化空燃比に基づいて空燃比が目標空燃比となるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御するＥＧＲ制御弁開度制御手段とを具備し、前記平滑化係数は、ＥＧＲ制御弁の開度が大きいときには小さいときに比べて平滑化度合いが低くなるように定められている空燃比制御装置が提供される。空燃比に対するＥＧＲ制御弁の開度の変動の影響はＥＧＲ制御弁の開度に応じて異なる。そこで１番目の発明では、ＥＧＲ制御弁の開度に応じて定まる平滑化係数を用いて平滑化空燃比を算出し、この平滑化空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしている。その結果、ＥＧＲ制御弁の開度の応答性が確保されつつ空燃比が良好に目標空燃比に一致せしめられる。
【０００６】
２番目の発明によれば１番目の発明において、機関過渡運転時には平滑化されていない検出された空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしている。機関過渡運転が行われて目標空燃比が急激に変更されるとＥＧＲ制御弁の開度を急激に変更する必要がある。そこで２番目の発明では、機関過渡運転時には平滑化されていない検出された空燃比に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにし、それによってＥＧＲ制御弁の開度の良好な応答性を確保するようにしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明をディーゼル機関に適用した場合について説明する。しかしながら、本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気ポート、６は吸気弁、７は排気ポート、８は排気弁、９は燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、１０は燃料噴射弁９に燃料を圧送する機関駆動式の燃料ポンプをそれぞれ示す。各気筒の吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管１１を介して共通のサージタンク１２に接続され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアフロメータ１４およびエアクリーナ１５に接続される。吸気ダクト１３内には負圧式または電磁式のアクチュエータ、またはアクセルペダル３９に直結したワイヤにより駆動される吸気絞り弁１６が配置される。一方、各気筒の排気ポート７は共通の排気マニホルド１７に接続される。なお、燃料ポンプ１０は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【０００８】
排気マニホルド１７と、吸気絞り弁１６下流の吸気ダクト１３とを互いに接続するＥＧＲ通路１８内には、ＥＧＲ通路１８内を流通するＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ制御弁１９が配置される。ＥＧＲ制御弁１９の弁体はダイアフラム２０に固定されており、ＥＧＲ制御弁１９の開度はダイアフラム２０の一側に形成される負圧室２１内の圧力に応じて制御される。この負圧室２１内には電磁式の三方弁２２を介して機関駆動式のバキュームポンプ２３により形成される負圧、または大気が選択的に導入される。なお、三方弁２２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。また、三方弁２２は、周期時間に対する負圧室２１をバキュームポンプ２３に接続すべき時間の割合であるデューティ比ＤＵＴＹでもって制御される。したがって、デューティ比ＤＵＴＹが大きいとき程ＥＧＲ制御弁１９の開度が大きくされる。
【０００９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１４は吸入空気量Ｇａに比例した出力電圧を発生し、エアフロメータ１４の出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３８が接続される。ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。さらに、アクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する踏み込み量センサ４０の出力電圧がＡＤ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４２を介して燃料ポンプ１０および三方弁２２にそれぞれ接続される。
【００１０】
図１の内燃機関ではＥＧＲ制御弁１９の開度、すなわちデューティ比ＤＵＴＹを制御することによって空気過剰率を制御するようにしている。この場合、検出された空気過剰率ＬＡＣＴに基づいてデューティ比ＤＵＴＹを制御するようにすると空気過剰率の変動によりデューティ比ＤＵＴＹが変動し、斯くして空気過剰率が発散する場合がある。そこで、図１の内燃機関では検出された空気過剰率ＬＡＣＴを平滑化して得られる平滑化空気過剰率ＬＳＭに基づいてデューティ比ＤＵＴＹを制御するようにしている。この平滑化空気過剰率ＬＳＭは次式に基づいて算出される。
【００１１】
ＬＳＭ＝ＬＳＭ＋Ｋ・（ＬＡＣＴ−ＬＳＭ）
ここでＫは平滑化係数である。このように平滑化空気過剰率ＬＳＭを用いてデューティ比ＤＵＴＹを制御すると空気過剰率の変動の影響を低減することができ、したがって空気過剰率が発散するのを阻止することができる。
ところが、平滑化空気過剰率ＬＳＭを用いてデューティ比ＤＵＴＹを制御するとデューティ比ＤＵＴＹの応答性が悪化する。一方、空気過剰率に対するデューティ比ＤＵＴＹの変動の影響は例えば機関負荷やデューティ比ＤＵＴＹに応じて異なる。すなわち、機関負荷が高いときには低いときに比べて空気過剰率の変動の影響は小さくなり、デューティ比ＤＵＴＹが大きいときには小さいときに比べて空気過剰率の変動の影響は小さくなる。このように空気過剰率の変動の影響が小さいときにはこの変動の影響を低減するよりもデューティ比ＤＵＴＹの応答性を確保するのが好ましい。そこで、本実施態様では、機関負荷を表す燃料噴射量Ｑが多いときには少ないときに比べて平滑化度合いを低くし、デューティ比ＤＵＴＹが大きいときには小さいときに比べて平滑化度合いを低くしている。その結果、空気過剰率が発散するのを確実に阻止しつつデューティ比ＤＵＴＹの良好な応答性を確保することができる。
【００１２】
本実施態様では、平滑化度合いを表す平滑化係数Ｋは燃料噴射量Ｑに基づく平滑化係数ＫＱと、デューティ比ＤＵＴＹに基づく平滑化係数ＫＥＧＲとの積（Ｋ＝ＫＱ・ＫＥＧＲ）として算出される。平滑化係数ＫＱは図２に示されるように燃料噴射量Ｑが少ないときには多いときに比べて小さくされ、すなわち上述した平滑化空気過剰率ＬＳＭの算出式からわかるように燃料噴射量Ｑが少ないときには多いときに比べて平滑化度合いが大きくされる。この平滑化係数ＫＱは図２に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、平滑化係数ＫＥＧＲは図３に示されるようにデューティ比ＤＵＴＹが小さいときには大きいときに比べて小さくされ、すなわちデューティ比ＤＵＴＹが小さいときには大きいときに比べて平滑化度合いが大きくされる。この平滑化係数ＫＥＧＲは図３に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、これら平滑化係数ＫＱ，ＫＥＧＲはそれぞれ０から１までの間で定められる。また、燃料噴射量Ｑをポンプ指令値、インジェクタ通電時間、ポンプ圧送値などにより表わすこともできる。
【００１３】
ところが、機関過渡運転が行われて目標空気過剰率が急激に変更されるとデューティ比ＤＵＴＹを急激に変更する必要がある。すなわち、デューティ比ＤＵＴＹの応答性を確保する必要がある。そこで本実施態様では、機関過渡運転時には平滑化されていない検出された空気過剰率ＬＡＣＴに基づいてデューティ比ＤＵＴＹを算出するようにし、機関過渡運転時でないときに平滑化空気過剰率ＬＳＭに基づいてデューティ比ＤＵＴＹを算出するようにしている。このようにすると過渡運転時にデューティ比ＤＵＴＹの良好な応答性を維持することができる。
【００１４】
図４は上述した空気過剰率制御方法を実行するルーチンを示している。図４に示す空気過剰率制御ルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まずステップ４０では燃料噴射量Ｑが読み込まれる。この燃料噴射量Ｑは図示しないルーチンにおいて例えば基本燃料噴射量ＱＢと補正係数との積として算出される。基本燃料噴射量ＱＢは機関出力トルクを要求トルクとするのに必要な噴射量であって、アクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰと機関回転数Ｎとの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ４１では目標空気過剰率ＬＴＧＴが算出される。この目標空気過剰率ＬＴＧＴは機関からスモークが排出されるのを阻止しつつ機関から排出されるＮＯx を低減するのに最適な空気過剰率であって、予め実験により求められている。この目標空気過剰率ＬＴＧＴは機関運転状態、すなわち例えば燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図５に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ４２では実際の空気過剰率ＬＡＣＴが算出される。図１の内燃機関では、エアフロメータ１４により検出される吸入空気量Ｇａと、燃料噴射量Ｑとを用いて実際の空気過剰率ＬＡＣＴが算出される。なお、機関排気通路内に、空気過剰率または空燃比に対応した出力電圧を発生する空気過剰率センサまたは空燃比センサを配置してこのセンサにより空気過剰率ＬＡＣＴを検出することもできる。
【００１５】
続くステップ４３では機関が現在、過渡運転時であるか否かが判別される。過渡運転時であるか否かをどのように判別してもよいが、図１の内燃機関ではアクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰ、吸入空気量Ｇａ、燃料噴射量Ｑ、機関回転数Ｎなどの変化率が予め定められた設定変化率よりも大きいときに過渡運転時であると判別され、この変化率が設定変化率よりも小さいときに過渡運転時でないと判別される。過渡運転時でないと判別されたときには次いでステップ４４に進む。
【００１６】
ステップ４４から４６までは平滑化係数Ｋを算出する部分である。まずステップ４４では燃料噴射量に基づく平滑化係数ＫＱが図２のマップから算出される。続くステップ４５ではＥＧＲ制御弁１９の開度すなわちデューティ比ＤＵＴＹに基づく平滑化係数ＫＥＧＲが図３のマップから算出される。続くステップ４６では、平滑化係数ＫＱと平滑化係数ＫＥＧＲとの積（ＫＱ・ＫＥＧＲ）として平滑化係数Ｋが算出される。続くステップ４７では検出された空気過剰率ＬＡＣＴを平滑化して得られる平滑化空気過剰率ＬＳＭが次式に基づいて算出される。
【００１７】
ＬＳＭ＝ＬＳＭ＋Ｋ・（ＬＡＣＴ−ＬＳＭ）
続くステップ４８ではＬＳＭがＬとされ、次いでステップ５０にジャンプする。
一方、ステップ４３において過渡運転時であると判別されたときには次いでステップ４９に進み、平滑化されていない検出された空気過剰率ＬＡＣＴがＬとされる。次いでステップ５０に進む。
【００１８】
続くステップ５０から５３まではデューティ比ＤＵＴＹを算出するための部分である。まずステップ５０では次式に基づいて比例項Ｐが算出される。
Ｐ＝ＫＰ・（ＬＴＧＴ−Ｌ）
ここでＫＰは比例ゲイン定数である。続くステップ５１では次式に基づいて積分項Ｉが算出される。
【００１９】
Ｉ＝Ｉ＋ＫＩ・（ＬＴＧＴ−Ｌ）
ここでＫＩは積分ゲイン定数である。続くステップ５２では次式に基づいて微分項Ｄが算出される。
Ｄ＝ＫＤ・（Ｌ−ＬＯＬＤ）
ここでＫＤは微分ゲイン定数、ＬＯＬＤは前回の処理ルーチンにおけるＬである。続くステップ５３ではこれら比例項Ｐ、積分項Ｉ、および微分項Ｄの和（Ｐ＋Ｉ＋Ｄ）としてデューティ比ＤＵＴＹが算出される。三方弁２２はこのデューティ比ＤＵＴＹでもって駆動せしめられる。続くステップ５４ではＬがＬＯＬＤとされる。
【００２０】
このように本実施態様では空気過剰率の変動の影響を低減することができ、空気過剰率を安定させることができる。その結果、各ゲイン定数ＫＰ，ＫＩ，ＫＤを比較的大きく定めることができ、したがって過渡運転時における初期応答性をさらに高めることができる。
なお、本実施態様において各ゲイン定数ＫＰ，ＫＩ，ＫＤは一定値であるが、デューティ比ＤＵＴＹが小さいときには大きいときに比べて各ゲイン定数ＫＰ，ＫＩ，ＫＤを小さくし、それによりデューティ比ＤＵＴＹが小さいときには大きいときに比べて比例項Ｐ、積分項Ｉ、および微分項Ｄがそれぞれ小さくなるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
ＥＧＲ制御弁の開度の応答性を確保しつつ空燃比を目標空燃比に正確に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射量に基づく平滑化係数を示す線図である。
【図３】デューティ比に基づく平滑化係数を示す線図である。
【図４】空気過剰率制御を実行するためのフローチャートである。
【図５】目標空気過剰率を示す線図である。
【符号の説明】
４…燃焼室
９…燃料噴射弁
１３…吸気ダクト
１４…エアフロメータ
１７…排気マニホルド
１８…ＥＧＲ通路
１９…ＥＧＲ制御弁
【図１】
0003767063.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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