JPH06294355A

JPH06294355A - ディーゼル機関の排気還流制御装置

Info

Publication number: JPH06294355A
Application number: JP5083689A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kawashima; 純一川島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】広範な運転条件の下できめ細かな排気還流量
の制御を高精度に行うとともに、排気フィルタ等による
排圧変化の影響を排除する。【構成】排気還流通路に制御信号のデューティ比によ
り開度制御される排気還流制御弁が介装されるととも
に、吸気通路に吸気絞弁が設けられる。吸気絞弁が中，
小開度となる低速低負荷領域（Ｓ７）では、排気還流通
路と吸気通路との合流部に設けたオリフィスの上下差圧
ΔＰ１を目標値に維持するようにデューティ比が制御さ
れる（Ｓ８〜Ｓ１１）。吸気絞弁が全開となる中速中負
荷領域では、排気還流制御弁上下の差圧ΔＰ２を目標値
に維持するようにデューティ比が制御される（Ｓ１３〜
Ｓ１８）。排圧の影響を排除するために、ΔＰ２の目標
値は、基準差圧と基準デューティ比をマップから検索し
（Ｓ１３，Ｓ１４）、これと現在のデューティ比との関
係から算出する（Ｓ１９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はディーゼル機関の排気
還流量を機関運転条件に応じて制御する排気還流制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にディーゼル機関の排気還流装置に
おいては、排気還流通路に介装された排気還流制御弁
を、所定の運転条件に対応して全開もしくは全閉に切換
制御することで、排気還流を行うか否かを制御している
に過ぎない。また、近時は、吸気通路の排気還流通路合
流部より上流側に吸気絞弁を設け、この吸気絞弁の開度
制御により排気還流制御弁の上下差圧を変化させて、排
気還流量を段階的に制御し得るようにした排気還流制御
装置も提案されている（例えば、日産自動車株式会社昭
和６２年６月発行の「サービス周報第５７８号」Ｂ−１
２０頁参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の排気還流制御装置においては、機関回転数，負荷等の
機関運転条件に応じて、排気還流制御弁の開閉状態およ
び吸気絞弁の開度を一義的に制御する構成であるため、
経時的な特性の変化を逃れることができない。例えば、
ディーゼル機関で問題となる排気微粒子を捕集するため
に排気系に排気微粒子捕集用フィルタを介装したような
場合には、排気微粒子の捕集に伴って圧力損失が増大
し、排気圧力が上昇することになるが、このように排気
圧力が上昇すると、上記従来の排気還流制御装置では、
排気還流制御弁を通過する排気還流量が増加してしま
い、スモークや排気微粒子の増加あるいはＨＣの悪化等
を招く、という不具合がある。

【０００４】尚、排気還流通路における適宜位置の圧
力、例えば排気還流制御弁上下の差圧から排気流量を計
測することも可能ではあるが、運転条件によって検出精
度が低下する。例えば排気還流制御弁が全開近い状態で
はその上下の差圧が非常に小さくなってしまうため、こ
れに基づく排気還流量制御は困難である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るディーゼ
ル機関の排気還流制御装置は、図１に示すように、ディ
ーゼル機関の運転条件を検出する運転条件検出手段１
と、排気系から吸気系へ至る排気還流通路に介装され、
排気還流量を制御する排気還流制御弁２と、この排気還
流制御弁と吸気系との間に設けたオリフィスの上流，下
流の差圧ΔＰ１を検出する第１差圧検出手段３と、上記
排気還流制御弁２の上流，下流の差圧ΔＰ２を検出する
第２差圧検出手段４と、機関運転条件に基づき、どちら
の差圧による制御を実行するかを選択する選択手段５
と、選択された差圧の目標値を機関運転条件に応じて設
定する目標値設定手段６と、選択された差圧の検出値が
上記の差圧目標値に一致するように上記排気還流制御弁
２の開度を制御する開度制御手段７と、を備えたことを
特徴としている。

【０００６】また請求項２の発明では、図２に示すよう
に、上記目標値設定手段６が、運転条件に応じて差圧Δ
Ｐ２の基準値を設定する基準差圧設定手段１１と、運転
条件に応じて排気還流制御弁２の開度の基準値を設定す
る基準開度設定手段１２と、排気還流制御弁２の現在の
制御開度と上記基準開度とによって上記基準差圧を補正
し、差圧ΔＰ２の目標値を設定する第２目標値設定手段
１３とを備えている。

【０００７】

【作用】排気還流通路に設けたオリフィスの流量係数を
Ａ１とすれば、排気還流量Ｑｅは、オリフィス上下の差
圧ΔＰ１を用いて、Ｑｅ＝Ａ１√（ΔＰ１）として示さ
れる。従って、この差圧ΔＰ１が運転条件に対応した差
圧目標値となるように排気還流制御弁２の開度を制御す
れば、排気還流量Ｑｅ自体が目標値に正しく維持され
る。

【０００８】同様に、排気還流制御弁２も一種のオリフ
ィスとしてみなすことができるので、その流量係数をＡ
２とすれば、排気還流量Ｑｅは、排気還流制御弁２上下
の差圧ΔＰ２を用いて、Ｑｅ＝Ａ２√（ΔＰ２）として
示される。従って、この差圧ΔＰ２が運転条件に対応し
た差圧目標値となるように排気還流制御弁２の開度を制
御すれば、排気還流量Ｑｅ自体が目標値に正しく維持さ
れる。

【０００９】ここで、例えば、低速低負荷領域では、大
量の排気還流量が要求されるため、排気還流制御弁２の
開度が全開に近くなり、差圧ΔＰ２は小さい。これに対
し、オリフィス上下の差圧ΔＰ１は大きくなる。特に、
大量の排気還流を確保すべく吸気絞りを行う場合には、
差圧ΔＰ１は一層発達する。従って、選択手段５により
差圧ΔＰ１を制御の対象として選択することにより、精
度よい排気還流量制御を行える。

【００１０】また、排気還流量が少なくなる中速中負荷
領域では、オリフィス上下の差圧ΔＰ１は小さい。これ
に対し排気還流制御弁２の開度が小さくなることから、
その上下の差圧ΔＰ２は発達する。従って、選択手段５
により差圧ΔＰ２を制御の対象として選択することによ
り、精度よい排気還流量制御を行える。

【００１１】一方、排気還流制御弁２上下の差圧ΔＰ２
を制御の対象として選択した場合、その流量係数Ａ２が
開度によって変化する。これは、予め既知の特性として
求めることが可能であるが、請求項２の発明では、排気
系での圧力損失による排圧上昇などの影響を排除すべく
差圧ΔＰ２の目標値が修正される。つまり、基準差圧設
定手段１１および基準開度設定手段１２により、運転条
件に応じた各基準値が設定され、排気還流制御弁２の現
在の制御開度が基準開度と異なる場合に、両開度の値を
用いて基準差圧を補正することによって、差圧ΔＰ２の
目標値が求められる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１３】図３は、この発明に係る排気還流制御装置
の一実施例を示す構成説明図であって、ディーゼル機関
の燃焼室２１に吸気弁２２を介して吸気通路２３が接続
されているとともに、排気弁２４を介して排気通路２５
が接続されている。上記吸気通路２３には、バタフライ
バルブ型の吸気絞弁２６が介装されている。この吸気絞
弁２６は、図示せぬアクチュエータによって駆動される
もので、全開位置，中開度位置，小開度位置の３位置に
段階的に制御可能となっている。

【００１４】排気還流通路２７は、ディーゼル機関の排
気通路２５から吸気通路２３へまたがって形成されてお
り、その通路途中に、ダイヤフラム式の排気還流制御弁
２８が介装されている。尚、排気還流通路２７の先端
は、吸気通路２３の吸気絞弁２６より下流側に接続され
ている。

【００１５】上記排気還流制御弁２８の負圧室２９に
は、負圧源となるバキュームポンプ３０から負圧通路４
０を介して負圧が導入されるようになっており、負圧通
路４０に介装されたデューティ制御型電磁弁３１のデュ
ーティ比制御により排気還流制御弁２８の開度が可変制
御されるようになっている。上記バキュームポンプ３０
は、図示せぬ燃料噴射ポンプとともにディーゼル機関の
出力によって駆動されている。

【００１６】上記排気還流通路２７の先端つまり吸気通
路２３との合流部には、オリフィス３２が設けられてい
る。そして、このオリフィス３２の上流側つまり該オリ
フィス３２と排気還流制御弁２８との間の圧力Ｐ２と、
下流側つまり吸気絞弁２６下流の吸気通路２３内の圧力
Ｐｉとの差圧ΔＰ１を検出するように、第１差圧センサ
３３が設けられている。同様に、排気還流制御弁２８の
上流側の圧力Ｐｅと下流側の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ２を
検出するように、第２差圧センサ３４が設けられてい
る。尚、各部の圧力を個々に圧力センサにて検出し、差
圧を演算するようにしてもよい。

【００１７】これらの差圧センサ３３，３４の検出信号
は、マイクロコンピュータシステムを用いたコントロー
ルユニット３５に入力されている。また、３６は、機関
の負荷Ｑ例えば燃料噴射ポンプのコントロールレバー開
度を検出する負荷センサ、３７は、機関の回転数Ｎｅを
検出する回転数センサ、３８は、機関の冷却水温Ｔｗを
検出する水温センサであり、これらの検出信号もコント
ロールユニット３５に入力されている。そして、該コン
トロールユニット３５の出力信号によって上記電磁弁３
１や吸気絞弁２６が制御されている。

【００１８】次に図４は、上記構成における排気還流制
御の内容を示すフローチャートであり、以下、このフロ
ーチャートに基づいて上記実施例の作用を説明する。
尚、このフローチャートに示すルーチンは一定時間毎に
繰り返し実行される。

【００１９】先ず、ステップ１（フローチャート中には
Ｓ１等と略記する）で、ディーゼル機関の回転数Ｎｅ、
負荷Ｑ、および冷却水温Ｔｗを各センサの出力信号から
読み込み、ステップ２で冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗ１
以上であるか否かを判定する。水温ＴｗがＴｗ１に達し
ない未暖機時には排気還流を行わないものとし、デュー
ティ比Ｄを０とする（ステップ４）。同様に、ステップ
３で、回転数Ｎｅおよび負荷Ｑに基づき、排気還流を行
うべき運転領域であるか否かを判定する。排気還流領域
以外であれば、やはりステップ４でデューティ比Ｄを０
とする。図５は、回転数Ｎｅおよび負荷Ｑに対する要求
排気還流率の特性を示したものであり、この図に明らか
なように、高速高負荷側では排気還流が停止し、かつ排
気還流領域の中でも低速低負荷側で要求排気還流率が高
くなる。

【００２０】排気還流を行うべき条件であれば、ステッ
プ５へ進み、差圧センサ３３，３４がそれぞれ検出する
差圧ΔＰ１およびΔＰ２を読み込む。また、ステップ
６，７で、吸気絞弁２６の開閉状態をその制御マップか
ら判定する。図６は、吸気絞弁２６の制御マップを示す
もので、排気還流領域の中でも要求排気還流率の低い中
速中負荷領域では吸気絞弁２６を全開とし、逆に要求排
気還流率の高い低速低負荷側では小開度とする。そし
て、両者の中間では、中開度に制御している。

【００２１】ステップ７で中開度もしくは小開度と判定
した場合には、ステップ８以降へ進み、オリフィス３２
上下の差圧ΔＰ１に着目して制御を行う。つまり、この
場合は、図６に示したように低速低負荷領域であり、か
つ要求排気還流率が高い。そのため、排圧が余り高くな
く、かつ排気還流制御弁２８が全開近い状態となるた
め、差圧ΔＰ２は小さい。これに対し、オリフィス３２
上下の差圧ΔＰ１は、排気還流量が多いことから高くな
り、しかも吸気絞弁２６により吸気通路２３内の圧力Ｐ
ｉが低下することから、一層発達する。図７は、差圧Δ
Ｐ１と排気還流量Ｑｅとの関係を示したもので、吸気絞
弁２６が中開度もしくは小開度となる領域では、差圧Δ
Ｐ１の値が大きく、かつ差圧ΔＰ１の変化に対する排気
還流量Ｑｅの変化はなだらかとなる。従って、この差圧
ΔＰ１を用いて排気還流制御弁２８の開度をフィードバ
ック制御することにより、排気還流量Ｑｅを非常に高精
度に制御できる。

【００２２】具体的には、ステップ８で、図８に示す制
御マップに基づき差圧ΔＰ１の目標値ΔＰ１_T を、運転
条件（回転数Ｎｅおよび負荷Ｑ）に応じて設定する。そ
して、ステップ９で、検出した差圧ΔＰ１と差圧目標値
ΔＰ１_T とを比較し、実際の差圧ΔＰ１が目標値ΔＰ１
_T より小さければデューティ比Ｄを増加させ（ステップ
１０）、また目標値ΔＰ１_T 以上であればデューティ比
Ｄを減少させる（ステップ１１）。このようにしてデュ
ーティ比Ｄが決定された制御信号が、ステップ１２で出
力される。

【００２３】つまり、常に実際の差圧ΔＰ１が目標値Δ
Ｐ１_T と一致するようにフィードバック制御がなされ
る。前述したように、オリフィス３２の流量係数をＡ１
とすれば、排気還流量Ｑｅは、Ｑｅ＝Ａ１√（ΔＰ１）
として与えられる。尚、オリフィス３２は固定オリフィ
スであるため、流量係数Ａ１は固定値である。

【００２４】一方、ステップ７で吸気絞弁２６が全開で
あると判定した場合には、ステップ１３以降へ進み、排
気還流制御弁２８上下の差圧ΔＰ２に着目して制御を行
う。つまり、この場合は、図６に示したように中速中負
荷領域であり、かつ要求排気還流率が比較的低い。その
ため、排圧が比較的高くなるとともに、排気還流制御弁
２８の開度が小さく、その上下の差圧ΔＰ２は発達す
る。これに対し、オリフィス３２上下の差圧ΔＰ１は、
排気還流量が少ないことから小さくなり、しかも吸気絞
弁２６が全開で吸気通路２３内の圧力Ｐｉが略大気圧と
なることから、一層その発達が抑制される。従って、こ
の場合には、排気還流制御弁２８上下の差圧ΔＰ２を用
いることで、高精度なフィードバック制御を実現でき
る。

【００２５】具体的には、ステップ１３で、そのときの
運転条件に対応した差圧ΔＰ２の基準値つまり基準差圧
ΔＰ２_S を、図１０に示す制御マップに基づいて設定す
る。また、ステップ１４で、そのときの運転条件に対応
したデューティ比Ｄの基準値つまり基準デューティ比Ｄ
_S を、図１１に示す制御マップに基づいて設定する。こ
れらの基準値は、排気フィルタにおける圧力損失の増加
等がないものと仮定した場合の標準的な値を示す。次
に、ステップ１５およびステップ１６で、実際に検出さ
れた差圧ΔＰ２とその目標値ΔＰ２_T とを比較する。こ
の差圧ΔＰ２の目標値ΔＰ２_T は、後述するステップ１
９で算出された値が用いられる。尚、排気フィルタにお
ける圧力損失の増加等が無ければ、該目標値ΔＰ２_T は
基準差圧ΔＰ２_S と等しい。

【００２６】実際の差圧ΔＰ２が目標値ΔＰ２_T よりも
小さい場合にはデューティ比Ｄを増加させ（ステップ１
７）、また目標値ΔＰ２_T より大きい場合にはデューテ
ィ比Ｄを減少させる（ステップ１８）。このようにして
デューティ比Ｄが決定された制御信号は、やはりステッ
プ１２で出力される。つまり、常に実際の差圧ΔＰ２が
目標値ΔＰ２_T と一致するようにフィードバック制御が
なされる。

【００２７】ステップ１５で実際の差圧ΔＰ２と目標値
Ｐ２_T とが一致した状態となったときには、ステップ１
９へ進み、そのときのデューティ比Ｄと基準デューティ
比Ｄ_S および基準差圧ΔＰ２_S を用いて目標値ΔＰ２_T
を算出する。詳しくは、ΔＰ２_T ＝（Ｄ_S ／Ｄ）²・Δ
Ｐ２_S として求める。

【００２８】つまり、排気還流制御弁２８を一種のオリ
フィスとみなせば、その流量係数をＡ２として、排気還
流量Ｑｅは、Ｑｅ＝Ａ２√（ΔＰ２）として表される
が、この場合には、流量係数Ａ２は固定値ではなく、図
９に示すように、排気還流制御弁２８の開度によって変
化する。但し、差圧ΔＰ２を制御の対象とする排気還流
量Ｑｅの少ない領域では、図９に破線で示すように、比
較的傾きの小さい直線で近似することができる。また、
バキュームポンプ３０により安定した負圧が供給される
上記構成では、排気還流制御弁２８のリフト量と駆動信
号のデューティ比Ｄとは比例関係にある。従って、直線
近似した範囲内では、流量係数Ａ２について、比例定数
をＣとして、Ａ２＝Ｃ・Ｄの関係が成立する。

【００２９】この関係を用いれば、目標とする排気還流
量Ｑｅは、基準デューティ比Ｄ_S と基準差圧ΔＰ２_S と
を用いて、Ｑｅ＝Ａ２√（ΔＰ２_S ）＝Ｃ・Ｄ_S √（Δ
Ｐ２_S ）として求められる。

【００３０】ここで、排気フィルタの目詰まり等により
排圧が変化すると、一定の差圧ΔＰ２（目標値ΔＰ２
_T ）にフィードバック制御した際の現実のデューティ比
Ｄが変化する。そして、このままでは流量係数Ａ２が変
化するので、排気還流量Ｑｅに誤差が発生してしまう。

【００３１】このデューティ比Ｄの変化に拘わらず所定
の排気還流量Ｑｅを確保するためには、新たな目標値Δ
Ｐ２_T として、Ｑｅ＝Ｃ・Ｄ_S √（ΔＰ２_S ）＝Ｃ・Ｄ
√（ΔＰ２_T ）の関係が成立する必要があるので、この
式から、逆に、必要な目標値ΔＰ２_T が、ΔＰ２_T ＝
（Ｄ_S ／Ｄ）²・ΔＰ２_S として求められる。従って、
このようにステップ１９において逐次目標値ΔＰ２_T を
算出することにより、排圧が変化したような場合でも排
気還流量Ｑｅを所期の値に精度よく制御することができ
る。

【００３２】尚、オリフィス３２上下の差圧ΔＰ１を制
御の対象とした前述の領域では、オリフィス３２が固定
オリフィスであることから、排圧変化の影響を受けるこ
とはない。

【００３３】このように上記実施例によれば、差圧ΔＰ
１を対象としたフィードバック制御と差圧ΔＰ２を対象
としたフィードバック制御を運転条件により切り換えて
実行するようにしたので、広範な運転条件の下で常に高
精度に排気還流量Ｑｅを制御できる。しかも、排気フィ
ルタの目詰まりなどにより排圧が上昇したような場合あ
るいはエアクリーナエレメントの目詰まりなどにより吸
気圧力が変化したような場合でも、これに影響されずに
所期の排気還流量Ｑｅを維持することができる。

【００３４】尚、上記実施例では、差圧ΔＰ１と差圧Δ
Ｐ２との制御の切換を吸気絞弁２６の開度切換点と一致
させて行うようにしたが、この発明はこれに限定される
ものではない。

【００３５】次に図１２は、排気還流制御弁２８に、そ
のリフト量Ｌを検出するリフトセンサ３９を設けた実施
例を示している。この実施例によれば、図９に示した特
性から流量係数Ａ２を一層正確に求めることができ、差
圧ΔＰ２を用いたフィードバック制御における排圧等に
対する補正が一層高精度となる。尚、この場合、前述し
た実施例の基準デューティ比Ｄ_S に代えて基準リフト量
Ｌ_S が所定の制御マップにより与えられる。また、ΔＰ
２の目標値ΔＰ２_T は、ΔＰ２_T ＝（Ｌ_S ／Ｌ）²・Δ
Ｐ２_S として逐次算出される。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係るディーゼル機関の排気還流制御装置によれば、排
気還流制御弁の上下差圧ΔＰ２あるいはその下流側に設
けたオリフィスの上下差圧ΔＰ１のいずれかにより排気
還流制御弁の開度をフィードバック制御するようにした
ので、排気還流量をきめ細かく制御できる。特に、運転
条件に応じて最適な方を制御の対象として選択し、その
差圧を目標値に保つようにフィードバック制御するの
で、広範な運転条件の下で常に高精度な排気還流量制御
を実現できる。

【００３７】また請求項２のように差圧ΔＰ２の目標値
を基準開度と実際の制御開度とにより補正するようにす
れば、例えば排気フィルタの圧力損失の増加やエアクリ
ーナエレメントの目詰まり等の影響を排除でき、排除還
流量の過不足を生じることがない。つまり経時的な特性
の変化を防止でき、排気還流量の増加によるスモークの
悪化等を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気還流制御装置の構成を示す
クレーム対応図。

【図２】請求項２の発明の構成を示すクレーム対応図。

【図３】この発明の一実施例の機械的構成を示す構成説
明図。

【図４】この実施例における排気還流制御の内容を示す
フローチャート。

【図５】運転条件に対する排気還流率の特性を示す特性
図。

【図６】運転条件に対する吸気絞弁の開度特性を示す特
性図。

【図７】差圧ΔＰ１と排気還流量との関係を示す特性
図。

【図８】運転条件に対する差圧ΔＰ１の目標値の特性を
示す特性図。

【図９】排気還流制御弁のリフト量とその流量係数Ａ２
との関係を示す特性図。

【図１０】運転条件に対する基準差圧ΔＰ２_S の特性を
示す特性図。

【図１１】運転条件に対する基準デューティ比Ｄ_S の特
性を示す特性図。

【図１２】リフトセンサを設けた実施例を示す構成説明
図。

【符号の説明】

１…運転条件検出手段２…排気還流制御弁３…第１差圧検出手段４…第２差圧検出手段５…選択手段６…目標値設定手段７…開度制御手段１１…基準差圧設定手段１２…基準開度設定手段１３…第２目標値設定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼル機関の運転条件を検出する運
転条件検出手段と、排気系から吸気系へ至る排気還流通路に介装され、排気
還流量を制御する排気還流制御弁と、この排気還流制御弁と吸気系との間に設けたオリフィス
の上流，下流の差圧ΔＰ１を検出する第１差圧検出手段
と、上記排気還流制御弁の上流，下流の差圧ΔＰ２を検出す
る第２差圧検出手段と、機関運転条件に基づき、どちらの差圧による制御を実行
するかを選択する選択手段と、選択された差圧の目標値を機関運転条件に応じて設定す
る目標値設定手段と、選択された差圧の検出値が上記の差圧目標値に一致する
ように上記排気還流制御弁の開度を制御する開度制御手
段と、を備えたことを特徴とするディーゼル機関の排気還流制
御装置。
【請求項２】上記目標値設定手段が、運転条件に応じて差圧ΔＰ２の基準値を設定する基準差
圧設定手段と、運転条件に応じて排気還流制御弁の開度の基準値を設定
する基準開度設定手段と、排気還流制御弁の現在の制御開度と上記基準開度とによ
って上記基準差圧を補正し、差圧ΔＰ２の目標値を設定
する第２目標値設定手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のディーゼ
ル機関の排気還流制御装置。