(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気が流通する吸気通路と、
内燃機関からの排気が流通する排気通路と、
前記排気通路から前記吸気通路へ排気を還流させる還流通路と、
前記還流通路と吸気通路と排気通路とをそれぞれ等容積で分割した複数の配管領域に１対１で対応付けられた複数の記憶領域を有する記憶部と、
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガスの体積流量を算出する第１算出手段と、
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガス中の特定物質の濃度を算出する第２算出手段と、
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記第１算出手段で算出された体積流量と、前記第２算出手段によって算出された特定物質の濃度と、を用いて、前記記憶部の個々の前記記憶領域に、その記憶領域に１対１で対応する配管領域の特定物質の濃度を記憶する記憶制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記還流通路は、前記排気通路に装備されたタービンよりも上流から前記吸気通路に装備されたコンプレッサよりも下流へ排気を還流する第１還流通路と、前記タービンよりも下流から前記コンプレッサよりも上流へ排気を還流する第２還流通路と、を備え、
前記第１算出手段は、前記第１還流通路と第２還流通路とのそれぞれに流入するガスの体積流量を算出し、
前記第２算出手段は、前記第１還流通路と第２還流通路とのそれぞれに流入するガス中の特定物質の濃度を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記内燃機関から排出されるガス中の特定物質の濃度を算出する第３算出手段を備え、
前記記憶制御手段は、個々の前記記憶領域に記憶された特定物質の濃度を、前記内燃機関の１サイクル後に、前記第１算出手段によって算出された体積流量に応じて、下流側の別の前記記憶領域に移動させる記憶移動手段を備えた請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記第１算出手段によって算出された体積流量に応じて、前記還流通路から流出するガス分の前記記憶領域に記憶された特定物質の濃度を用いて、前記内燃機関に流入するガス中の特定物質の量を算出する第４算出手段を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第１算出手段は、
前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガスの質量流量を算出する第５算出手段と、
その第５算出手段によって算出された質量流量を、前記還流通路と吸気通路と排気通路とにおける圧力と温度とで体積流量に換算する換算手段と、
を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記特定物質は酸素であり、
前記記憶制御手段によって記憶された、個々の前記記憶領域における酸素濃度を用いて、前記還流通路に備えられた弁の開度を制御する弁制御手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジンにおいては、排気中のＮＯｘ量を抑えるために、排気管から吸気管へ排気を還流（再循環）させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる手法が公知である。ＥＧＲを行う場合、エンジンに吸入される酸素量が最適になるようにＥＧＲ管のバルブ開度を制御することが求められる。そのためにＥＧＲ管中の酸素濃度の分布を推定して、その情報を用いる手法が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
具体的に特許文献１には、吸気管に還流されたＥＧＲガス内の酸素濃度を精度よく把握するために、ＥＧＲ還流径路の長さとＥＧＲガス流量とからＥＧＲガスの還流遅れを求めるとともに、ＥＧＲ経路中の酸素濃度を記憶しておくメモリに、逐次記憶と読み出しを行う技術内容が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３２９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された技術では、ＥＧＲガス流量とＥＧＲ経路長とから還流遅れを求めており、単純な配管しか想定していない。しかし実際の配管は一律な太さではないので、特許文献１の手法では酸素濃度算出の精度が低い可能性がある。
【０００６】
また特許文献１では１系統のＥＧＲしか考えられていないが、今日では、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲの２系統を装備する場合がある。したがって２系統のＥＧＲに対応した計算方法の開発が求められる。さらにこの技術は酸素濃度に限定しなくともよく、配管中の特定物質の濃度の分布を把握できるようにすれば、エンジンの高性能な制御につながる技術が開発できる。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲの２系統のＥＧＲを装備した状態で、高性能な内燃機関の制御が可能となるように、各ＥＧＲ管を含む配管中の特定物質の濃度の分布を把握する内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気が流通する吸気通路と、内燃機関からの排気が流通する排気通路と、前記排気通路から前記吸気通路へ排気を還流させる還流通路と、前記還流通路と吸気通路と排気通路とをそれぞれ等容積で分割した複数の配管領域に１対１で対応付けられた複数の記憶領域を有する記憶部と、前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガスの体積流量を算出する第１算出手段と、前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガス中の特定物質の濃度を算出する第２算出手段と、前記内燃機関の１サイクルごとに、前記第１算出手段で算出された体積流量と、前記第２算出手段によって算出された特定物質の濃度と、を用いて、前記記憶部の個々の記憶領域に、その記憶領域に１対１で対応する配管領域の特定物質の濃度を記憶する記憶制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これにより本発明に係る内燃機関の制御装置では、排気通路から吸気通路へ排気を還流する還流通路を備えた構成で、各配管を等容積で分割した配管領域と、記憶部内でそれに対応した記憶領域とを設定して、１サイクルごとに各配管に流入するガスの体積流量と特定物質の濃度を算出して、個々の記憶領域に特定物質の濃度を記憶する。したがって一律の太さではない配管にも適切に対応して、等容積に分割された配管領域ごとの特定物質の濃度を各サイクルごとに記憶していくことができる。よって各配管内の特定物質の濃度の分布を精度よく算出して記憶し、高性能に内燃機関を制御する制御装置が実現される。
【００１０】
また前記還流通路は、前記排気通路に装備されたタービンよりも上流から前記吸気通路に装備されたコンプレッサよりも下流へ排気を還流する第１還流通路と、前記タービンよりも下流から前記コンプレッサよりも上流へ排気を還流する第２還流通路と、を備え、前記第１算出手段は、前記第１還流通路と第２還流通路とのそれぞれに流入するガスの体積流量を算出し、前記第２算出手段は、前記第１還流通路と第２還流通路とのそれぞれに流入するガス中の特定物質の濃度を算出するとしてもよい。
【００１１】
この発明によれば、排気還流通路は、タービンの上流からコンプレッサの下流へ還流する第１還流通路と、タービンの下流からコンプレッサの上流へ還流する第２還流通路との２系統を備えた構成において、それぞれの還流通路の体積流量と特定物質の濃度を算出する。したがって２系統で排気を還流する高性能な排気還流システムにおいて、各配管ごとに体積流量と特定物質の濃度とを精度よく算出して、高性能に内燃機関を制御する制御装置が実現できる。
【００１２】
また前記内燃機関の１サイクルごとに、前記内燃機関から排出されるガス中の特定物質の濃度を算出する第３算出手段を備え、前記記憶制御手段は、個々の前記記憶領域に記憶された特定物質の濃度を、前記内燃機関の１サイクル後に、前記第１算出手段によって算出された体積流量に応じて、下流側の別の前記記憶領域に移動させる記憶移動手段を備えたとしてもよい。
【００１３】
この発明によれば、各サイクルごとに内燃機関から排出される特定物質の濃度を算出する手段と、記憶部において体積流量に応じて記憶領域に記憶された数値を移動させる手段を備えるので、各配管内の特定物質の濃度の分布を記憶する際に、内燃機関からの排気中の特定物質の濃度を算出することを基本として、各配管内の濃度数値は順に下流側に移動するとの合理的な方法を採用する。よって合理的な方法によって配管内の特定物質の濃度を把握できて、高性能に内燃機関を制御する制御装置が実現できる。
【００１４】
また前記内燃機関の１サイクルごとに、前記第１算出手段によって算出された体積流量に応じて、前記還流通路から流出するガス分の前記記憶領域に記憶された特定物質の濃度を用いて、前記内燃機関に流入するガス中の特定物質の量を算出する第４算出手段を備えたとしてもよい。
【００１５】
この発明によれば、各サイクルごとに、体積流量に応じて還流通路から流出するガス分に対応する記憶領域に記憶された特定物質の濃度を用いて、内燃機関に流入する特定物質の量を算出する。よって、配管領域に対応する記憶領域を設定して、各記憶領域に記憶された特定物質の濃度値を、各サイクルの体積流量に応じて移動させるモデルを用いて、高精度に内燃機関に流入する特定物質の量を算出でき、高性能に内燃機関を制御する制御装置が実現できる。
【００１６】
また前記第１算出手段は、前記内燃機関の１サイクルごとに、前記還流通路と吸気通路と排気通路とに流入するガスの質量流量を算出する第５算出手段と、その第５算出手段によって算出された質量流量を、前記還流通路と吸気通路と排気通路とにおける圧力と温度とで体積流量に換算する換算手段と、を備えたとしてもよい。
【００１７】
この発明によれば、まず各配管における質量流量を算出して、それから質量流量を温度値と圧力値によって体積流量に換算するので、各配管の分岐、合流部における流量計算に適した質量流量をまず求めて、その後、各配管における濃度の空間分布の把握に適した体積流量に換算することができる。よって、合理的な順序での算出手順によって、特定物質の濃度を記憶していき、高性能に内燃機関を制御する制御装置が実現できる。
【００１８】
また前記特定物質は酸素であり、前記記憶制御手段によって記憶された、個々の前記記憶領域における酸素濃度を用いて、前記還流通路に備えられた弁の開度を制御する弁制御手段を備えたとしてもよい。
【００１９】
この発明によれば、排気通路から吸気通路へ排気を還流する還流通路を備えた構成で、各配管を等容積で分割した配管領域と、記憶部内でそれに対応した記憶領域とを設定して、１サイクルごとに各配管に流入するガスの体積流量とガス中の酸素濃度を算出して、個々の記憶領域に酸素濃度を記憶して、その情報をもとにして、還流通路の弁の開度を調節する。したがって一律の太さではない配管にも適切に対応して、等容積に分割された配管領域ごとの酸素濃度を各サイクルごとに記憶していき、それに基づいて還流通路の弁の開度を調節することができる。よって各配管内の酸素濃度の分布を精度よく算出して記憶し、例えば高精度に内燃機関に流入する酸素量を制御して、内燃機関から排出されるＮＯｘ量やＰＭ量を高精度で制御する制御装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例における内燃機関の制御装置の構成図。
【図２】制御処理の例を示すフローチャート。
【図３】質量流量の算出処理の例を示すフローチャート。
【図４】メモリにおける記憶処理の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る制御装置１（以下、装置１）の実施例における装置構成の概略図である。
【００２２】
装置１は、自動車車両の内燃機関（エンジン）に対して構成された制御装置の一実施例である。装置１は、エンジン２、吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６、電子制御ユニット７（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を備える。
【００２３】
吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。エンジン２からの排気は排気管４を通じて車外に排出される。高圧ＥＧＲ管５および低圧ＥＧＲ管６は、排気管から吸気管への排気再循環（ＥＧＲ）のための配管である。ＥＧＲ管５を通じた排気の再循環によって、エンジン内の燃焼温度が低下し、エンジンからのＮＯｘの排出量を減少できる。ＥＣＵ７は、通常のコンピュータの構造を有して、後述する各種制御などを司る。
【００２４】
高圧ＥＧＲ管５は、ターボチャージャのタービン４２の上流側からコンプレッサ３４の下流側へ排気を還流する。低圧ＥＧＲ管６は、タービン４２の下流側からコンプレッサ３４の上流側へ排気を還流する。このようにＥＧＲを２系統備える理由は以下のとおりである。
【００２５】
ＥＧＲを２系統備えることにより、高負荷では、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇分により、高圧ＥＧＲでは排気通路から還流できるＥＧＲ量が確保できないことがあるため、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇の影響を受けないよう、コンプレッサより吸気通路上流側に連通する低圧ＥＧＲでＥＧＲを実行する。これにより、高負荷域で吸気圧が過給されている状況下でも、十分なＥＧＲ量を確保できる。
【００２６】
エンジン２は例えばディーゼルエンジンとし、インジェクタ２０から筒内に燃料を噴射する。吸気管３にはエアフロメータ３０、吸気スロットル３１、圧力センサ３２、温度センサ３３、ターボチャージャーのコンプレッサ３４、インタークーラ３５が装備されている。
【００２７】
エアフロメータ３０は吸気の質量流量を計測する。吸気スロットル３１の開度調節によって吸気量が調節される。圧力センサ３２、温度センサ３３はそれぞれ吸気マニホールド内の圧力、温度を計測する。ターボチャージャーのコンプレッサ３４は排気管４側のタービンから駆動力を供給されて吸気を圧縮して、より多くの空気をエンジン２に送る。インタークーラ３５は吸気を冷却して、より多くの空気をエンジン２に送ることを可能にする。
【００２８】
排気管４には、圧力センサ４０、温度センサ４１、ターボチャージャーのタービン４２、ＤＰＦ４３（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が装備されている。圧力センサ４０と温度センサ４１とによって排気マニホールド内の圧力と温度が検出される。タービン４２はエンジン２から排出される排気によって回転されて、それにより発生した駆動力をコンプレッサ３４に送る。
【００２９】
ＤＰＦ４３は、例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気にはＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ４３の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ４３は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。
【００３０】
ＤＰＦ４３に堆積したＰＭ量の推定値が所定値を超えたとみなされた毎に、例えばエンジン筒内でのメイン噴射後のポスト噴射などによってＤＰＦ４３を昇温して堆積したＰＭを燃焼してＤＰＦ４３を再生すればよい。その際、例えばＤＰＦ４３の入口側と出口側における圧力差（前後差圧）を計測する差圧センサを装備し、その計測値と、差圧−ＰＭ堆積量間の関係を示すマップとから、ＰＭ堆積量を推定すればよい。
【００３１】
高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６はそれぞれ高圧ＥＧＲ弁５０、低圧ＥＧＲ弁６０を備えて、それらの開度によって還流する排気量が調節される。また高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６はＥＧＲクーラ５１、５２を備えて、還流する排気を冷却して、より多くの排気還流を可能にする。また装置１はアクセル開度センサ８０、エンジン回転数センサ８１を備える。アクセル開度センサ８０によって運転者による車両のアクセルの踏み込み度合いが検出される。エンジン回転数センサ８１によって、エンジン回転数が検出される。
【００３２】
装置１では、エンジン２からのＮＯｘあるいはＰＭの排出量を適切な値とするために、１サイクルごとにエンジン２に流入する酸素量を高精度に制御する。この目的のために、図１に示された装置構成における各配管内の酸素濃度の分布を、エンジン２の１サイクルごとに算出して記憶していく。
【００３３】
酸素濃度の分布は、具体的には各配管を等容積ごとの領域（配管領域）に分割して、各配管領域ごとに酸素濃度を求める。その際、隣接する配管領域との間のガスの混合で各配管領域における酸素濃度の数値が変化するとはみなさず、各サイクルで上流側の配管領域に新たに入ってくるガスの分、各配管領域における酸素濃度の数値が下流側にずれていくモデルで考える。つまり各配管において現在のサイクルでの体積流速が配管領域Ｎ個分の数値の場合、各配管領域内の酸素濃度の数値が単にＮ個ずつ下流側にずれていき、それにより空いた上流側のＮ個の配管領域は新たな酸素濃度の領域となる。
【００３４】
図１には、配管領域の例が示されている。この例では低圧ＥＧＲ管６は等容積で２０分割されてＬ１からＬ２０の２０個の配管領域が設定されている。同様に高圧ＥＧＲ管５は等容積でＨ１からＨ１０の１０個の配管領域に分割されている。吸気管３における低圧ＥＧＲ管６の出口位置から高圧ＥＧＲ管５の出口位置までの領域は、等容積でＩ１からＩ５の５個の配管領域に分割されている。排気管４における高圧ＥＧＲ管５の入口位置から低圧ＥＧＲ管６の入口位置までの領域は、等容積でＥ１からＥ５の５個の配管領域に分割されている。
【００３５】
Ｌ１からＬ２０は等容積であり、Ｈ１からＨ１０も等容積であり、Ｉ１からＩ５も等容積、Ｅ１からＥ５も等容積である。なおＬ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｅ１は当容積でなくともよい。ＥＧＲクーラ５１、６１、インタークーラ３５、ＤＰＦ４３などが配置されていることにより、吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６の各配管において排気が流通する断面積は一定ではない。したがってＬ１からＬ２０（Ｈ１からＨ１０、Ｉ１からＩ５、Ｅ１からＥ５）の排気流通方向長は一定ではない。当然、流通断面積が大きい配管領域ほど、流通方向長が短い。
【００３６】
こうした各配管領域における酸素濃度の数値を記憶し、１サイクルごとに書き換えるために、図４に示されているように、ＥＣＵ７内のメモリ７０に、各配管領域に１対１で対応した記憶領域が設定されている。
【００３７】
上述のとおり、各配管における酸素濃度の分布は、Ｌ１からＬ２０、Ｈ１からＨ１０、Ｉ１からＩ５、Ｅ１からＥ５の各配管領域ごとの酸素濃度の数値により構成される。図４に示されたａ（１）・・ａ（２０）、ｂ（１）、・・、ｂ（１０）、ｃ（１）、・・、ｃ（５）、ｄ（１）、・・、ｄ（５）が各配管領域における酸素濃度の数値である。
【００３８】
そして各サイクルごとに、各配管の上流側における体積流速に応じた数の配管領域の酸素濃度値が新たな数値（図４ではａｘ，ｂｘ，ｃｘ，ｄｘで示されている）となり、その下流では、新たな数値となった配管領域の数だけ酸素濃度の数値が下流側へずれていく。こうしたメモリ７０内の書き換え処理の詳細は後述する。
【００３９】
本実施例では、図１の構成のもとで、エンジン２から排出されるＮＯｘ量が適切な量となるようにＥＣＵ６によって高圧ＥＧＲ弁５０、低圧ＥＧＲ弁６０の開度を制御する。その処理手順が図２（および図３）に示されている。図２（および図３）の処理は例えばＥＣＵ７内のメモリ７０に記憶しておき、エンジン２の始動から停止までの期間に、エンジン２の１サイクルごとに（つまり４ストローク／１サイクルのエンジンにおいては４ストロークごとに、２ストローク／１サイクルのエンジンにおいては２ストロークごとに）、ＥＣＵ７が自動的に処理すればよい。
【００４０】
図２の処理では、まず手順Ｓ１０で、ＥＣＵ７は各センサの検出値などを取得する。具体的には、アクセル開度センサ８０が検出したアクセル開度、エンジン回転数センサ８１が検出したエンジン回転数、エアフロメータ３０が検出した吸気量（新気量）、圧力センサ３２が検出した吸気マニホールド内の圧力値、温度センサ３３が検出した吸気マニホールド内の温度値、圧力センサ４０が検出した排気マニホールド内の圧力値、温度センサ４１が検出した排気マニホールド内の温度値、圧力センサ６２が検出した低圧ＥＧＲ管６内の圧力値、温度センサ４１が検出した低圧ＥＧＲ管６内の温度値などの各数値を取得する。
【００４１】
次にＳ２０でＥＣＵ７は、インジェクタ２０からの燃料噴射量Ｑを算出する。具体的には例えば、アクセル開度とエンジン回転数からなるエンジン２の運転条件に応じて最適な噴射量を示すマップを予め例えばメモリ７０に記憶しておき、そのマップとＳ１０で取得した求めたアクセル開度とエンジン回転数の実値とから燃料噴射量Ｑを算出すればよい。
【００４２】
次にＳ３０でＥＣＵ７は、高圧ＥＧＲ弁５０の基本開度ＳＢＳｈｐ、低圧ＥＧＲ弁６０の基本開度ＳＢＳｌｐを算出する。この基本開度ＳＢＳｈｐ、ＳＢＳｌｐは、エンジン回転数と燃料噴射量とに応じて適切な基本開度を示すマップを予めメモリ７０に記憶しておき、そのマップとＳ１０で求めたエンジン回転数とＳ２０で求めた燃料噴射量Ｑの実値とから求めればよい。
【００４３】
次にＳ４０でＥＣＵ７は、１サイクルごとにエンジン２の筒内に吸入される酸素量（筒内吸入酸素量）の目標値の現在値ＧＴＴを算出する。この筒内吸入酸素量の目標値ＧＴＴは、エンジン回転数と燃料噴射量とに応じて適切な筒内吸入酸素量の目標値を示すマップを予めメモリ７０に記憶しておき、そのマップとＳ１０で求めたエンジン回転数とＳ２０で求めた燃料噴射量Ｑの実値とから求めればよい。
【００４４】
次にＳ５０でＥＣＵ７は、吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６の各配管を流通するガスの質量流量を算出する。ここで吸気管３を流通するガスとは、特に吸気スロットル３１を通過するガスとする。また排気管４を流通するガスとは、特にタービン４２を通過するガスとする。吸気管３（吸気スロットル３１）、排気管４（タービン４２）、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６を流通するガスの質量流量をそれぞれＭｄｔｈ、Ｍｔｂ、Ｍｈｐ、Ｍｌｐと表記する。Ｓ５０での算出処理の詳細は図３に示されている。
【００４５】
図３の処理ではまずＳ２００でＥＣＵ７は吸気質量流量Ｍａｉｒを検出する。これはエアフロメータ３０で検出すればよい。
【００４６】
次にＳ２１０でＥＣＵ７は、エンジン２の筒内に吸入されるガスの質量流量Ｍｃｌｄを算出する。具体的には、このＭｃｌｄは次の式（ｅ１）で算出する。なお＊は乗算、／は除算を示す。
Ｍｃｌｄ＝｛η＊Ｐｉｍ＊Ｖｃｌｄ｝／｛Ｒ＊Ｔｉｍ｝    （ｅ１）
【００４７】
式（ｅ１）は周知の気体の状態方程式であり、Ｐｉｍ、Ｔｉｍはそれぞれ圧力センサ３２、温度センサ３３で検出された吸気マニホールド内の圧力値、温度値、Ｖｃｌｄはエンジン２のシリンダ容積、Ｒは気体定数である。ηはエンジン２の筒内に吸入されるガスの充填効率であり、例えば予め適切な値に定めておけばよい。
【００４８】
次にＳ２２０でＥＣＵ７は高圧ＥＧＲ管５における１サイクル分のガスの質量流量の現在値Ｍｈｐを算出する。具体的にはＭｈｐは次の式（ｅ２）で算出する。式（ｅ２）は公知のベルヌーイの定理であり、Ｐｅｘは圧力センサ４０で検出した排気マニホールド内の圧力値、Ｐｉｍは圧力センサ３２で検出した吸気マニホールド内の圧力値、Ｍは高圧ＥＧＲ弁５０の開度を上記Ｓ３０で求めたＳＢＳｈｐとしたときの高圧ＥＧＲ管５のガス流通経路断面積であり、αは比例係数、＾（１／２）は平方根である。
Ｍｈｐ＝α＊Ｍ＊（Ｐｅｘ−Ｐｉｍ）＾（１／２）        （ｅ２）
【００４９】
次にＳ２３０でＥＣＵ７は吸気スロットル３１を通過する１サイクル分のガスの質量流量の現在値Ｍｄｔｈを算出する。高圧ＥＧＲ管５の吸気管３への合流部分における質量保存則より、Ｍｄｔｈは次の式（ｅ３）で算出される。
Ｍｄｔｈ＝Ｍｃｌｄ−Ｍｈｐ          （ｅ３）
【００５０】
次にＳ２４０でＥＣＵ７は、低圧ＥＧＲ管６における１サイクル分のガスの質量流量の現在値Ｍｌｐを算出する。低圧ＥＧＲ管６の吸気管３への合流部分における質量保存則より、Ｍｌｐは次の式（ｅ４）で算出される。
Ｍｌｐ＝Ｍｄｔｈ−Ｍａｉｒ          （ｅ４）
【００５１】
次にＳ２５０でＥＣＵ７は、タービン４２を通過する１サイクル分のガスの質量流量の現在値Ｍｔｂを算出する。吸気管３から排気管４へのガスの質量増加分が筒内で噴射された燃料の質量であることより、Ｍｔｂは次の式（ｅ５）で算出される。以上が図３の処理手順である。以上の処理を図２のＳ５０で実行する。
Ｍｔｂ＝Ｑ＋Ｍｄｔｈ          （ｅ５）
【００５２】
図２に戻って、次にＳ６０でＥＣＵ７は、Ｓ５０で算出した質量流量を体積流量に換算する。Ｍｄｔｈ、Ｍｔｂ、Ｍｈｐ、Ｍｌｐから換算された体積流量をそれぞれＶｄｔｈ、Ｖｔｂ、Ｖｈｐ、Ｖｌｐと表記する。具体的にＶｄｔｈ、Ｖｔｂ、Ｖｈｐ、Ｖｌｐは以下の式（ｅ６）から（ｅ９）で算出する。ここでＤｄｔｈ、Ｄｔｂ、Ｄｈｐ、Ｄｌｐはそれぞれ、吸気スロットル３１を通過するガス、タービン４２を通過するガス、高圧ＥＧＲ管５を流通するガス、低圧ＥＧＲ管６を流通するガスの密度である。
Ｖｄｔｈ＝Ｍｄｔｈ／Ｄｄｔｈ          （ｅ６）
Ｖｔｂ＝Ｍｔｂ／Ｄｔｂ          （ｅ７）
Ｖｈｐ＝Ｍｈｐ／Ｄｈｐ          （ｅ８）
Ｖｌｐ＝Ｍｌｐ／Ｄｌｐ        （ｅ９）
【００５３】
密度Ｄｄｔｈ、Ｄｔｂ、Ｄｈｐ、Ｄｌｐは次の式（ｅ１０）から（ｅ１３）で算出する。
Ｄｄｔｈ＝１．２９３＊（２７３＋Ｔ１）／２７３＊Ｐ１／１０１．３    （ｅ１０）
Ｄｔｂ＝１．２９３＊（２７３＋Ｔ２）／２７３＊Ｐ２／１０１．３      （ｅ１１）
Ｄｈｐ＝１．２９３＊（２７３＋Ｔ３）／２７３＊Ｐ３／１０１．３    （ｅ１２）
Ｄｌｐ＝１．２９３＊（２７３＋Ｔ４）／２７３＊Ｐ４／１０１．３      （ｅ１３）
【００５４】
式（ｅ１０）から（ｅ１３）は、摂氏０度（絶対温度２７３度）、１気圧（１０１．３ｋＰａ）での空気の密度（１立方メートルあたり１．２９３ｋｇ）を温度と圧力で補正する式である。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はそれぞれ吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６内の温度であり、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６内の圧力である。
【００５５】
例えばＴ１は温度センサ３３で検出された吸気マニホールド内の温度としてもよい。Ｔ２は温度センサ４１で検出された排気マニホールド内の温度としてもよい。Ｔ３は温度センサ３３の検出温度値と温度センサ４１の検出温度値との平均値としてもよい。Ｔ４は温度センサ６３の検出温度値とすればよい。
【００５６】
またＰ１は圧力センサ３２で検出された吸気マニホールド内の圧力としてもよい。Ｐ２は圧力センサ４０で検出された排気マニホールド内の圧力としてもよい。Ｐ３は圧力センサ３２の検出圧力値と圧力センサ４０の検出圧力値との平均値としてもよい。Ｐ４は圧力センサ６２の検出圧力値とすればよい。
【００５７】
次にＳ７０でＥＣＵ７は、各配管のメモリ移動量を算出する。上述のとおり本実施例では、１サイクル毎に新たなガスが流入することによって各配管領域の酸素濃度の数値が下流に移動するモデルを採用しているが、メモリ移動量とは、その際の移動する領域数である。低圧ＥＧＲ管６、高圧ＥＧＲ管５、吸気管３、排気管４の各配管のメモリ移動量をそれぞれＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４とする。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は次の式（ｅ１４）から（ｅ１７）で算出する。
Ｎ１＝Ｖｌｐ／Ｖ１        （ｅ１４）
Ｎ２＝Ｖｈｐ／Ｖ２        （ｅ１５）
Ｎ３＝Ｖｄｔｈ／Ｖ３        （ｅ１６）
Ｎ４＝Ｖｔｂ／Ｖ４        （ｅ１７）
【００５８】
式（ｅ１４）から（ｅ１７）でＶ１は配管領域Ｌ１（からＬ２０）の容積（体積）、Ｖ２は配管領域Ｈ１（からＨ１０）の容積（体積）、Ｖ３は配管領域Ｉ１（からＩ５）の容積（体積）、Ｖ４は配管領域Ｅ１（からＥ５）の容積（体積）である。Ｎ１からＮ４においては小数点以下は例えば四捨五入（あるいは切捨て、切り上げ）すればよい。
【００５９】
次にＳ８０でＥＣＵ７は、各配管から１サイクルで流出するガス内の酸素濃度の現在値を算出する。低圧ＥＧＲ管６、高圧ＥＧＲ管５、吸気管３、排気管４から１サイクルで流出するガス内の酸素濃度をそれぞれＣｌｐ、Ｃｈｐ、Ｃｄｔｈ、Ｃｔｂと表記する。
【００６０】
現在のサイクルで、各配管からはそれぞれ上記Ｓ７０で求めたＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４個の配管領域分のガスが流出する。したがって流出するガスの酸素濃度は、その配管領域の酸素濃度の平均値とすればよい。したがってＣｌｐ、Ｃｈｐ、Ｃｄｔｈ、Ｃｔｂは、以下の（ｅ１８）から（ｅ２１）で算出する。
Ｃｌｐ＝｛ａ（２０）＋・・・＋ａ（２１−Ｎ１）｝／Ｎ１      （ｅ１８）
Ｃｈｐ＝｛ｂ（１０）＋・・・＋ｂ（１１−Ｎ２）｝／Ｎ２      （ｅ１９）
Ｃｄｔｈ＝｛ｃ（５）＋・・・＋ｃ（６−Ｎ３）｝／Ｎ３      （ｅ２０）
Ｃｔｂ＝｛ｄ（５）＋・・・＋ｄ（６−Ｎ４）｝／Ｎ４        （ｅ２１）
【００６１】
次にＳ９０でＥＣＵ７は、エンジン２の筒内に１サイクルで吸入される酸素量（筒内吸入酸素量）の現在値を算出（推定）する。筒内吸入酸素量はＧＴＯ２と表記する。エンジン２の筒内に流入する酸素は、高圧ＥＧＲ管５から流入する酸素と吸気管３側から流入する酸素とからなる。高圧ＥＧＲ管５から流出するガスは体積流量が上述のＶｈｐで酸素濃度がＣｈｐであり、ＶｈｐとＣｈｐとの積が現在のサイクルで高圧ＥＧＲ管５から流出する酸素量となる。
【００６２】
同様に吸気管３からエンジン２に流入するガスは体積流量が上述のＶｔｄｈで酸素濃度がＣｄｔｈであり、ＶｄｔｈとＣｄｔｈとの積が現在のサイクルで吸気管３側からエンジン２に流入する酸素量となる。したがって結局ＧＴＯ２は次の式（ｅ２２）で算出する。
ＧＴＯ２＝Ｃｈｐ＊Ｖｈｐ＋Ｃｄｔｈ＊Ｖｄｔｈ      （ｅ２２）
【００６３】
次にＳ１００でＥＣＵ７は、筒内吸入酸素量の推定値と目標値との偏差ΔＧＴを算出する。ΔＧＴはＳ９０で算出したＧＴＯ２とＳ４０で算出したＧＴＴとの差分であり、次の式（ｅ２３）で算出される。
ΔＧＴ＝ＧＴＯ２−ＧＴＴ        （ｅ２３）
【００６４】
次にＳ１１０でＥＣＵ７は、高圧ＥＧＲ弁５０、低圧ＥＧＲ弁６０の開度補正量を算出する。高圧ＥＧＲ弁５０、低圧ＥＧＲ弁６０の開度補正量をそれぞれＳＫｈｐ、ＳＫｌｐと表記する。ＳＫｈｐ、ＳＫｌｐの算出方法は例えば、ΔＧＴに応じて最適なＳＫｈｐ、ＳＫｌｐを示すマップを予めメモリ７０に記憶しておいて、このマップとＳ１００で求めたΔＧＴの値から算出してもよい。
【００６５】
次にＳ１２０でＥＣＵ７は、低圧ＥＧＲ弁６０、高圧ＥＧＲ弁５０の最終開度（現在のサイクルで用いられる開度）を算出する。低圧ＥＧＲ弁６０、高圧ＥＧＲ弁５０の最終開度はそれぞれＳＥＤｌｐ、ＳＥＤｈｐと表記する。これらはＳ３０で求めたＳＢＳｌｐ、ＳＢＳｈｐとＳ１１０で求めたＳＫｌｐ、ＳＫｈｐの和であり、以下の式（ｅ２４）および（ｅ２５）で算出される。
ＳＥＤｌｐ＝ＳＢＳｌｐ＋ＳＫｌｐ        （ｅ２４）
ＳＥＤｈｐ＝ＳＢＳｈｐ＋ＳＫｈｐ        （ｅ２５）
【００６６】
次にＳ１３０でＥＣＵ７は、低圧ＥＧＲ弁６０、高圧ＥＧＲ弁５０の開度を制御する。すなわちＥＣＵ７によって、低圧ＥＧＲ弁６０、高圧ＥＧＲ弁５０の開度をそれぞれ、Ｓ１２０で求めた開度ＳＥＤｌｐ、ＳＥＤｈｐに制御する。
【００６７】
次にＳ１４０でＥＣＵ７は、現在時点において、エンジン２から１サイクルで排出されるガス中の酸素濃度Ｃｅｘを算出する。Ｃｅｘは次の式（ｅ２６）で算出される。
Ｃｅｘ＝｛ＧＴＯ２−１．５＊Ｑ｝／｛Ｍｃｌｄ＋０．５＊Ｑ｝      （ｅ２６）
【００６８】
式（ｅ２６）の意味は以下のとおりである。式（ｅ２６）の分母はエンジン２から１サイクルで排出されるガス量であり、分子はエンジン２から１サイクルで排出される酸素量である。通常エンジン筒内の燃焼反応は、１モルのＣＨ２（燃料）と３／２モルのＯ２とが反応して、１モルのＣＯ２と１モルのＨ２Ｏとが生成されるとみなされる。
【００６９】
したがって燃料１モルの燃焼によってガスが０．５モル増加するので、式（ｅ２６）の分母が得られる。そして燃料１モルの燃焼によって酸素は３／２モル減少するので、式（ｅ２６）の分子が得られる。式（ｅ２６）におけるＧＴＯ２、Ｍｃｌｄは質量をモル数に換算した数値とすればよい。
【００７０】
次にＳ１５０でＥＣＵ７は、各配管に１サイクルで流入するガス内の酸素濃度の現在値を算出する。低圧ＥＧＲ管６、高圧ＥＧＲ管５、排気管４、吸気管３の各配管に１サイクルで流入するガス内の酸素濃度をそれぞれａｘ、ｂｘ、ｃｘ、ｄｘと表記する。
【００７１】
低圧ＥＧＲ管６に流入するガスは排気管４から流出するガスである。排気管４から流出するガスの酸素濃度は上述のＣｔｂである。高圧ＥＧＲ管５および排気管４に流入するガスはエンジン２から排出されるガスである。エンジン２から排出されるガスの酸素濃度は上述のＣｅｘである。吸気管３（低圧ＥＧＲ管６の出口より下流部分）に流入するガスは、車外から流入する空気と低圧ＥＧＲ管６から流出したガスの混合である。
【００７２】
車外から流入する空気における酸素濃度は公知のとおり質量比０．２３であり、低圧ＥＧＲ管６から排出されたガスの酸素濃度は上述のＣｌｐである。以上よりａｘ、ｂｘ、ｃｘ、ｄｘは以下の式（ｅ２７）から（ｅ３０）で算出される。
ａｘ＝Ｃｔｂ        （ｅ２７）
ｂｘ＝Ｃｅｘ        （ｅ２８）
ｃｘ＝Ｃｅｘ        （ｅ２９）
ｄｘ＝（０．２３＊Ｍａｉｒ＋Ｃｌｐ＊Ｍｌｐ）／（Ｍａｉｒ＋Ｍｌｐ）        （ｅ３０）
【００７３】
次にＳ１６０でＥＣＵ７は、Ｓ１６０で求めた酸素濃度を用いてメモリ７０内の記憶内容を書き換える。この処理の例が図４に示されている。上述のとおり、低圧ＥＧＲ管６、高圧ＥＧＲ管５、吸気管３、排気管４に現サイクルで新たなガスが流入することにより、それぞれＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ずつ各配管領域の酸素濃度が下流側に移動（図４では右側に移動）する。
【００７４】
低圧ＥＧＲ管６、高圧ＥＧＲ管５、吸気管３、排気管４に新たに流入するガスの酸素濃度はＳ１５０で求めたａｘ、ｂｘ、ｃｘ、ｄｘである。図４の例では、Ｎ１が３、Ｎ２が２、Ｎ３が２、Ｎ４が３の場合が示されている。以上が図２および図３の処理手順である。
【００７５】
なお上記実施例では酸素濃度の算出の例を示したが、本発明は酸素濃度に限定されず、エンジン２の制御に関係する特定の物質の濃度の算出に用いればよい。また上記例では低圧ＥＧＲ管６を２０分割、高圧ＥＧＲ管を１０分割、吸気管を５分割、排気管を５分割したが、この分割数は一例に過ぎず、任意の分割数でよい。また上記で質量を用いた部分は、モル数に変更してもよく、その場合も配管の分流、合流部における保存則が成立する。
【００７６】
なお上記Ｓ７０では小数点以下を四捨五入などしてメモリ移動量Ｎ１からＮ４を整数値として求めたが、これを非整数値としてもよい。その場合、１サイクル後の各配管領域の酸素（特定物質）濃度値の算出は、混在する２つの濃度値をそれぞれの体積比率に応じて加重平均して算出すればよい。またＳ８０での算出においても、メモリ移動量が非整数の場合は、体積比率に応じた濃度値の加重平均とすればよい。このようにメモリ移動量を非整数とすれば、より高精度な算出が可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１    制御装置
２    エンジン（内燃機関）
３    吸気管（吸気通路）
４    排気管（排気通路）
５    高圧ＥＧＲ管（還流通路、第１還流通路）
６    低圧ＥＧＲ管（還流通路、第２還流通路）
７    ＥＣＵ
７０    メモリ（記憶部）
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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