JPH09324705A - 可変吸気エンジンの排気ガス再循環制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変吸気バルブとＥＧＲの作動タイミングに
起因する燃焼の悪化によるサージや失火を防ぎ、車両の
走行性の向上を図る。 【解決手段】 吸気通路の一部を閉じて燃焼室内に渦流
を発生させる可変吸気バルブと、排気通路と吸気通路を
連通する排気ガス還流通路を開いて排気ガス再循環させ
る排気ガス還流バルブと、エンジン運転状態に応じて可
変吸気バルブを閉じて渦流を発生させるとともに、可変
吸気バルブが閉じられてから所定時間経過後から排気ガ
ス再循環可能とする制御ユニットとを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変吸気機構を有
するエンジンの排気ガス再循環制御装置に関し、特に、
可変吸気機構を作動させて燃焼室内に渦流を発生させて
いるときのみ排気ガス再循環を実行可能とするものにお
いて、可変吸気機構を切り換え作動させてから所定時間
内は排気ガス再循環の実行を禁止して走行性の安定化を
図るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、可変吸気バルブにより吸気通路の
一部を閉じて燃焼室内に混合気のスワール流やタンブル
流などの渦流を発生させて燃焼効率の向上を図った、所
謂可変吸気エンジンが種々開発されている。また、この
種のエンジンにおいては、エンジン高回転或いは高負荷
の急加速時には渦流の発生を中止して出力重視の運転を
可能とするために可変吸気バルブを閉から開に切り換え
ている。

【０００３】一方、近年の車両においては、排気ガスの
一部を吸気側へ還流させて新気とともに燃焼させること
により、排気ガス中に含まれる未燃成分を低減させエミ
ッションの向上を図る、所謂排気ガス再循環（ＥＧＲ）
装置が採用されている（特開平６−３１７２２３）。こ
れら従来のＥＧＲ装置においては、エンジンの運転状態
や運転領域に応じてＥＧＲの作動条件が判断され、それ
らの条件が成立すると直ちにＥＧＲを作動させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このＥＧＲ装置は、当
然、可変吸気エンジンにも適用されるものである。この
場合、ＥＧＲは可変吸気バルブの閉時のみに作動され、
可変制御されるＥＧＲ量も可変吸気バルブ閉時における
吸入空気の流れが安定している状態に合わせて設定され
ている。従って、可変吸気バルブの開から閉への切り換
えと同時にＥＧＲが作動すると、可変吸気バルブの開か
ら閉への切り換え直後は吸入空気の流れの変化に遅れが
生じているため、実際の吸入空気量に対してＥＧＲ量が
最適化されず、燃焼が悪化する。場合によってはサージ
や失火が発生し車両の走行性が損なわれてしまうという
問題が生ずる。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、可変吸気エン
ジンのＥＧＲ制御装置において、可変吸気バルブの開閉
状態が切り換わった時、所定時間はＥＧＲの作動開始を
禁止することにより、燃焼の悪化に起因するサージや失
火を防ぎ、車両の走行性の向上を図ることを目的とした
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し本発
明の目的を達成するために、本発明における可変吸気エ
ンジンの排気ガス再循環制御装置は、吸気通路の一部を
閉じて燃焼室内に渦流を発生させる可変吸気バルブと、
排気通路と吸気通路を連通する排気ガス還流通路を開い
て排気ガス再循環させる排気ガス還流バルブと、エンジ
ン運転状態に応じて可変吸気バルブを閉じて渦流を発生
させるとともに、可変吸気バルブが閉じられてから所定
時間経過後から排気ガス再循環可能とする制御ユニット
とから構成される。

【０００７】このような構成により、可変吸気バルブ切
り換え直後の吸入空気の流れの変化に遅れが生じている
期間は、たとえエンジン運転状態が排気ガス再循環の作
動条件に適合していようとも排気ガス再循環の作動が禁
止され、その後の吸入空気の流れが安定したときからそ
の作動が開始される。従って、実際の吸入空気量に対し
て排気ガス還流量が過多になることにより生ずる燃焼の
悪化が防止され、車両の走行性に影響を及ぼすサージや
失火の発生が防止される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
のシステム概略図、図２のフローチャートを参照して説
明する。

【０００９】まず、図１において、符号１は可変吸気エ
ンジンを示している。エンジン１のシリンダヘッド２に
は、各気筒の燃焼室に連通する吸気ポート２ａと排気ポ
ート２ｂが形成されている。各吸気ポート２ａに連通す
る吸気マニホルド３がエアチャンバ４に集合されてい
る。更に、このエアチャンバ４がスロットルボディ５を
介して吸気管６に連通され、エアクリーナ７を介して外
気を吸入している。又、スロットルボディ５にはスロッ
トルバルブ８が介装されている。一方、排気ポート２ｂ
に連通する排気マニホルド９はその下流側で集合し、こ
の集合部に排気管１０が連通している。又、排気管１９
には、図示しない触媒コンバータが介装されている共
に、その下流側にマフラが連設されている。

【００１０】一方、吸気マニホルド３の各気筒の吸気ポ
ート２ａ直上流にはインジェクタ１０が臨まされてお
り、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０からの駆
動信号に応じて、所定タイミングで所定時間燃料を噴射
する。インジェクタ１０へは燃料タンク１１内の燃料が
燃料ポンプ１２によりフィルタ１３を介して供給されて
おり、その燃圧がプレッシャーレギュレータ１４により
設定圧に調整されている。また、燃料ポンプ１２の駆動
はポンプリレー１５を介してＥＣＵ６０により制御され
ている。

【００１１】それぞれの吸気マニホルド３は仕切壁によ
り２つの通路に分割されており（図示せず）、エンジン
高回転或いは高負荷の急加速時を除き、一方側の通路が
可変吸気バルブとしての可変吸気バルブ２０により閉じ
られて燃焼室内にタンブル流を発生させることにより燃
焼効率の向上を図るとともに、後述する希薄燃焼（リー
ンバーン）を可能としている。この可変吸気バルブ２０
はダイヤフラム式のアクチュエータ２１により開閉駆動
される。アクチュエータ２１の圧力室は可変吸気ソレノ
イドバルブ２２及びチェックバルブ２３を介してエンジ
ン１のエアチャンバ４に連通されている。可変吸気ソレ
ノイドバルブ２２はＥＣＵ６０からの信号によりエアチ
ャンバ４の負圧と大気圧を選択的にアクチュエータ２１
の圧力室に導入するものであり、負圧を導入するとアク
チュエータ２１により可変吸気バルブ２０が閉じられ、
逆に、大気圧を導入すると可変吸気バルブ２０が開かれ
る。

【００１２】一方、キャニスタパージシステムとして、
燃料タンク１１の上部空間がエバポ通路３０により２ウ
ェイバルブ３１を介してキャニスタ３２の吸入口３２ａ
に連通されている。また、キャニスタ３２の放出口３２
ｂがパージ通路３３によりエンジン１のエアチャンバ４
に連通されており、このパージ通路３３の途中にＥＣＵ
６０によって可変制御されるパージソレノイドバルブ３
４が介装されている。したがって、燃料タンク１１内の
液体燃料が蒸発し、燃料タンク上部空間の圧力が増加す
ると、２ウェイバルブ３１が開放されて燃料タンク上部
空間に溜まっている蒸発燃料がキャニスタ３２内部に導
かれ、キャニスタ３２内部の活性炭に吸着される。ま
た、キャニスタパージ時には、ＥＣＵ６０からの信号に
よりパージソレノイドバルブ３４が開放され、キャニス
タ３２に吸着されていた蒸発燃料が、キャニスタ３２の
大気開放口３２ｃから導入された空気とともに、エンジ
ン１の吸入負圧によりエアチャンバ４内にパージされ、
燃焼室内で燃焼される。

【００１３】次に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム
として、排気マニホルド９とエアチャンバ４を連通する
ＥＧＲ通路４０にダイアフラム式のＥＧＲバルブ４１が
介装されている。ＥＧＲバルブ４１の圧力室は２連式デ
ューティソレノイドバルブ４２に連通されている。この
２連式デューティソレノイドバルブ４２は、エンジン１
のエアチャンバ４に連通する負圧側ソレノイドバルブ４
２ａと大気開放の大気圧側ソレノイドバルブ４２ｂから
構成され、ＥＣＵ６０からのデューティ信号に応じてＥ
ＧＲバルブ４１の圧力室に導入する負圧の大きさを可変
に設定することにより、ＥＧＲバルブ４１のリフト量を
制御する。なお、負圧側ソレノイドバルブ４２ａはデュ
ーティ比０％で全閉となり、大気圧側ソレノイドバルブ
４２ｂはデューティ比１００％で全閉になるように構成
されている。従って、ＥＧＲバルブ４１を全閉に保持し
てＥＧＲを非作動とするには、負圧側ソレノイドバルブ
４２ａと大気圧側ソレノイドバルブ４２ｂのデューティ
比をそれぞれ０％に設定し、ＥＧＲバルブ４１の圧力室
に大気圧を作用させる。

【００１４】エンジン１にはその運転状態を検出するた
めに様々なセンサ及びスイッチが備えつけられており、
それらの検出信号はＥＣＵ６０に電送されている。ま
ず、エンジン１の吸気系において、エアクリーナ７の直
下流に吸入空気量を検出するエアフローメータ５０が設
けられているとともに、スロットルバルブ８にスロット
ル開度に応じた電圧信号を出力するスロットル開度セン
サ５１が連設されている。また、エンジン１の図示しな
い冷却水通路には、水温センサ５２が臨まされていると
ともに、エンジン１のクランクシャフトには、複数の突
起部を有するシグナルロータ１ａが連設されており、こ
のシグナルロータ１ａに、クランク角度検出用のクラン
ク角センサ５３が対設されている。一方、上述のＥＧＲ
バルブ４１にはポジションセンサ５４が設けられてお
り、実際のバルブリフト量に相当する電圧信号をＥＣＵ
６０へ供給する。

【００１５】なお、その他のセンサ及びスイッチとし
て、アクセルペダルに連設されてアクセル解放時にＯＮ
するアイドルスイッチ５５、動力伝達系に配置されて車
速を検出する車速センサ５６等が設けられており、それ
ぞれの信号はＥＣＵ６０へ入力されている。

【００１６】以下、ＥＣＵ６０において実行される制御
について具体的に説明する。ＥＣＵ６０は、主として、
図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡ
Ｍ及び入出力インターフェース等から構成されている。
ＥＣＵ６０は、制御プログラムに従って、上述の各種セ
ンサ及びスイッチの検出信号の処理及び各種演算を行
い、インジェクタ１０、可変吸気ソレノイドバルブ２
２、パージソレノイドバルブ３４、２連式デューティソ
レノイドバルブ４２に対して演算結果に応じた制御信号
を出力し、燃料噴射制御（リーンバーン制御）、可変吸
気制御、キャニスタパージ制御、ＥＧＲ制御をそれぞれ
実行する。

【００１７】可変吸気制御の基本的な狙いは、エンジン
１が高回転あるいは高負荷時の出力が要求される領域に
おいては可変吸気バルブ２０を開いて通常のエンジン作
動状態とし、それ以外の領域では可変吸気バルブ２０を
閉じて燃焼室にタンブル流を発生させ、燃焼効率の向上
を図るとともにリーンバーンを可能とするものである。
従って、可変吸気バルブ２０の閉作動は、クランク角セ
ンサ５３の検出信号に基づいて算出されるエンジン回転
数Ｎが所定回転数ＫＮＥＴＣＶ以下、基本燃料噴射量Ｔ
ｐに応じたエンジン負荷ＬＤＡＴＡが所定値ＫＫＤＴＣ
Ｖ以下、及びスロットル開度センサ５１で検出されたス
ロットル開度ＴＶＯが所定値ＴＶＯＴＣＶ以下のすべて
の条件を満たした場合に実行される。

【００１８】上述のリーンバーンはインジェクタ１０か
らの燃料噴射量をストイキオ制御に比して減少させて空
燃比をリーン化させる所謂リーンバーン制御により実現
される。具体的には、吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎ
から計算される基本燃料噴射量Ｔｐをリーン化補正係数
により減少補正するものであり、特に、このリーン化補
正係数は、所定の上限値に至るまで、車両のサージの指
標であるエンジン回転変動が発生していない限りリーン
側へアドバンス補正され、所定レベル以上のエンジン回
転変動が発生したときにはリッチ側へリタード補正され
る。なお、リーンバーン制御は、前述の如く可変吸気制
御において可変吸気バルブ２０が閉じられていることが
前提であり、その他、エンジン冷却水温度ＴＷＮ、エン
ジン回転数Ｎ、エンジン負荷ＬＤＡＴＡ、車速ＶＳＰ、
スロットル開度ＴＶＯ等の各種制御条件をすべて満たし
たリーンバーン運転モードにおいて実行される。

【００１９】一方、本発明に係わるＥＧＲ制御は、以下
の 1〜 5の所定の作動条件がすべて満足されたときに実
行される。１．水温センサ５２によって検出されるエン
ジン冷却水温度が所定値以上のエンジン暖機後、２．ア
イドルスイッチからの信号がＯＦＦの加速運転中或いは
車速センサで検出される車速が所定速度以上のコーステ
ィング中、３．リーンバーン制御が実施されるリーンバ
ーン運転モードではない、４．可変吸気バルブ２０が閉
状態、５．可変吸気バルブ２０が閉になってから所定時
間経過している。特に、５の条件により、吸入空気量が
遅れをもって変化している可変吸気バルブ２０の閉直後
の不安定な期間におけるＥＧＲの作動が禁止され、燃焼
の悪化が防止されている。

【００２０】これらの条件のすべてが満足されると、ま
ず、エンジン回転数Ｎと負荷ＬＤＡＴＡの値に応じてマ
ップから求まる基本リフト量ＥＬＢＡＳＥと加減速レベ
ルに応じて段階的に設定される過渡補正リフト量ＥＬＴ
ＲＮからＥＧＲバルブ４１の目標リフト量ＬＩＦＴＴが
算出される（ＬＩＦＴＴ＝ＥＬＢＡＳＥ＋ＥＬＴＲ
Ｎ）。そして、算出された目標リフト量ＬＩＦＴＴとＥ
ＧＲバルブ４１のポジションセンサ５４により検出され
た実リフト量ＬＩＦＴＰとの偏差ＬＩＦＴＤの大きさに
応じて、実リフト量ＬＩＦＴＰが目標リフト量ＬＩＦＴ
Ｔに収束するように２連式デューティソレノイドバルブ
４２の負圧側ソレノイドバルブ４２ａと大気圧側ソレノ
イドバルブ４２ｂのデューティ比が設定され、それぞれ
のソレノイドバルブ４２ａ，４２ｂに出力される。

【００２１】具体的には、偏差ＬＩＦＴＤが所定範囲内
であれば、負圧側ソレノイドバルブ４２ａと大気圧側ソ
レノイドバルブ４２ｂのデューティ比をそれぞれ０％と
１００％に設定して全閉に保持する。また、偏差ＬＩＦ
ＴＤが所定範囲より大きければ大気圧側ソレノイドバル
ブ４２ｂのデューティ比を１００％に固定してそれを全
閉とし、負圧側ソレノイドバルブ４２ａのデューティ比
を偏差ＬＩＦＴＤの大きさに応じて可変に設定してＥＧ
Ｒバルブ４１の圧力室に作用する圧力を制御する。さら
に、偏差ＬＩＦＴＤが所定範囲より小さければ負圧側ソ
レノイドバルブ４２ａのデューティ比を０％に固定して
それを全閉とし、大気圧側ソレノイドバルブ４２ａのデ
ューティ比を偏差ＬＩＦＴＤの大きさに応じて可変に設
定してＥＧＲバルブ４１の圧力室に作用する圧力を制御
する。

【００２２】なお、前述のように、可変吸気バルブ２０
が閉じて可変吸気が行われている場合にのみＥＧＲが作
動されるため、基本リフト量マップは可変吸気制御によ
る吸入空気が安定している状態に適合するように、エン
ジン回転数Ｎと負荷ＬＤＡＴＡによって定まる各運転領
域毎に予め定められている。

【００２３】以下に、本発明に係わる可変吸気エンジン
のＥＧＲ制御について図２のフローチャートに基づいて
説明する。

【００２４】まず、ステップＳ１０１乃至Ｓ１０７にお
いて、前述のＥＧＲ作動条件４及び５が判断される。条
件４に対応するステップＳ１０１では可変吸気バルブ２
０が閉じられて可変吸気制御中であるか否かが判断さ
れ、可変吸気制御が行われていない場合には、ステップ
Ｓ１０７で可変吸気判定フラグＦＬＡＧをクリア（ＦＬ
ＡＧ＝０）し、ステップＳ１０８においてＥＧＲを非作
動に制御する。具体的には、ＥＧＲバルブ４１を全閉、
つまり、リフト量を０とするために、２連式デューティ
ソレノイドバルブ４２の負圧側ソレノイドバルブ４２ａ
と大気圧側ソレノイドバルブ４２ｂのデューティ比をそ
れぞれ０％に設定して出力する。

【００２５】一方、ステップＳ１０１で可変吸気制御中
と判断された場合には、ステップＳ１０２に移行して可
変吸気判定フラグＦＬＡＧの状態が判断される。可変吸
気制御開始直後はフラグＦＬＡＧはクリアされているた
め、ステップＳ１０３に移行してこれをセットし（ＦＬ
ＡＧ＝１）、更に、次のステップＳ１０４で可変吸気制
御開始時タイマーＴＩＭＥＲをリセットする（ＴＩＭＥ
Ｒ＝０）。一方、ステップＳ１０２において、一端フラ
グＦＬＡＧがセットされると、その後のルーチンでは、
ステップＳ１０２からステップＳ１０５に移行する。ス
テップＳ１０５ではタイマーＴＩＭＥＲをインクリメン
トさせ、ＥＧＲ作動条件５に相当する次のステップＳ１
０６において、現在のタイマーＴＩＭＥＲ値を所定時間
ＫＴＥＧＲＯＮと比較し、可変吸気制御が開始されてか
ら所定時間経過したか否か判断する。可変吸気制御開始
から所定時間経過していない場合には、たとえ現在の運
転状態がステップＳ１０９乃至Ｓ１１２で判断される他
のＥＧＲ作動条件１〜３を満足するような状態であろう
ともＥＧＲの作動を禁止して非作動状態に維持する。

【００２６】ステップＳ１０６において、可変吸気制御
が開始されてから所定時間経過したと判断された場合、
ステップＳ１０９乃至ステップＳ１１２において、前述
のＥＧＲ作動条件１〜３が判断される。つまり、条件１
に対応するステップＳ１０９では、水温センサ５２によ
って検出されたエンジン冷却水温度ＴＷＮが所定値ＫＴ
ＷＥＧＲ以上であるか否か判定し、所定値ＫＴＷＥＧＲ
以上のエンジン暖機後と判断したときには次のステップ
Ｓ１１０のアイドルスイッチの状態の判断及びステップ
Ｓ１１１の車速の判断に移行する。

【００２７】条件２に対応するステップＳ１１０，Ｓ１
１１において、アイドルスイッチがＯＦＦでドライバー
がアクセルペダルを踏んで加速中、或いは、車速ＶＳＰ
が所定車速ＫＳＰＴＣＶ以上の走行中のいずれか一方が
判断された場合には、条件３に対応するステップＳ１１
２において現在リーンバーン運転モードであるか否かが
判定される。この判断は、言い換えればリーンバーン制
御が実行されているか否かの判断であり、リーンバーン
制御のプログラムにおいてリーンバーン制御実行条件が
成立したときに制御フラグを立てておけば、このステッ
プＳ１０４ではそのフラグを確認するだけで足りる。

【００２８】現在の燃料噴射制御がリーンバーン運転モ
ードでない、つまり、前述のリーンバーン制御が実行さ
れていないストイキオ運転モードである場合には、ステ
ップＳ１１３において前述のようなエンジン回転数Ｎと
負荷ＬＤＡＴＡに応じた可変ＥＧＲ制御を実行する。な
お、ステップＳ１０９乃至ステップＳ１１２のいずれか
一つの条件が満足されなかった場合には、ステップＳ１
０８に移り、ＥＧＲを非作動とする。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる可
変吸気エンジンの排気ガス再循環御装置によれば、可変
吸気制御が開始して可変吸気バルブが切り換えられた直
後の吸入空気の流れの変化に遅れが生じている期間は、
たとえエンジン運転状態が排気ガス再循環の作動条件に
適合していようとも排気ガス再循環の作動が禁止され、
その後の吸入空気の流れが安定したときからその作動が
開始される。従って、実際の吸入空気量に対して排気ガ
ス還流量が過多になることにより生ずる燃焼の悪化が防
止され、それにより、車両の走行性に影響を及ぼすサー
ジや失火の発生が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が係わる排気ガス再循環制御装置を含ん
だ可変吸気エンジンのシステムの一例を示す概念図であ
る。

【図２】実施の形態における排気ガス再循環制御プログ
ラムの一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン ３ 吸気マニホルド ２０ 可変吸気バルブ ４０ ＥＧＲ通路 ４１ ＥＧＲバルブ ６０ 電子コントロールユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路の一部を閉じて燃焼室内に渦流を
   発生させる可変吸気バルブと、排気通路と吸気通路を連
   通する排気ガス還流通路を開いて排気ガス再循環させる
   排気ガス還流バルブと、エンジン運転状態に応じて上記
   可変吸気バルブを閉じて渦流を発生させるとともに、上
   記可変吸気バルブが閉じられてから所定時間経過後から
   排気ガス再循環可能とする制御ユニットとから構成され
   ることを特徴とする可変吸気エンジンの排気ガス再循環
   制御装置。