(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁を備え、
エンジンの運転条件を検出する手段と、
この運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段と、
この目標ＥＧＲ率と前記運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ量を設定する手段と、
この目標ＥＧＲ量と前記目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ流速を演算する手段と、
このＥＧＲ流速と前記目標ＥＧＲ量から前記ＥＧＲ弁の開口面積を演算する手段６６と、
このＥＧＲ弁開口面積となるように前記ＥＧＲ弁を制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
ＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁を備え、
エンジンの運転条件を検出する手段と、
この運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段と、
この目標ＥＧＲ率と前記運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ量を設定する手段と、
この目標ＥＧＲ量と前記目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁の前後差圧を演算する手段と、
このＥＧＲ弁前後差圧と前記目標ＥＧＲ量から前記ＥＧＲ弁の開口面積を演算する手段と、
このＥＧＲ弁開口面積となるように前記ＥＧＲ弁を制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ流速を演算するのに用いる目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に代えて、目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に対して吸気系の遅れ処理を施した値を用いることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ弁前後差圧を演算するのに用いる目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に代えて、目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に対して吸気系の遅れ処理を施した値を用いることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に吸気系の遅れ処理を施した値に対してさらに前記ＥＧＲ弁の作動応答遅れ処理を施すことを特徴とする請求項３または４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項６】
ＥＧＲの作動開始時の目標ＥＧＲ量の吸気系遅れ処理値を、そのときの吸入空気量に応じて設定することを特徴とする請求項３または４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項７】
ＥＧＲの作動開始時の目標ＥＧＲ率の吸気系遅れ処理値をゼロでない所定値で設定することを特徴とする請求項３または４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置、特にＥＧＲ装置（排気の一部を吸気通路へ再循環させる装置）を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ過給機とＥＧＲ流量を制御可能なＥＧＲ弁とを備え、ターボ過給機を作動させて過給を行う領域とＥＧＲ弁を開いてＥＧＲを行う領域とを分けるようにしたものがある（特開平７−１３９４１３号公報参照）。
【０００３】
また、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボ過給機とＥＧＲ弁を備え、特に過渡時におけるＥＧＲ量および可変ノズルのノズル開度の制御法を検討したもの（ＩＭｅｃｈＥ  １９９７  Ｃ５２４／１２７／９７参照）や可変容量ターボ過給機と、設定が連続的でなく数段の段階的設定が可能なＥＧＲ弁とを備え、可変ノズルの開口面積でＥＧＲ量を制御するようにしたもの等がある（社団法人  自動車技術会  発行『学術講演会前刷集９６５  １９９６−１０』  第１９３頁〜第１９６頁参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これらの従来装置は、どれも基本的に、ＥＧＲ量を変化させる際に可変ノズルのノズル開度を一定値にホールドし、また過給圧を変化させる際にＥＧＲ弁開度を一定値にホールドして、排気エミッションの最適値を得ようとするものである。
【０００５】
ここで、ノズル開度とＥＧＲ弁開度の一方をホールドした状態で他方を変化させるようにしているのは次の理由による。過給圧制御という観点からみると、ＥＧＲ制御も、過給圧制御の役割を物理的に果たしている。つまり、ＥＧＲ量を変化させることにより過給圧も変化する。逆に、過給圧を変化させると、排気圧力が変化するため、ＥＧＲ量も変化することになり、過給圧とＥＧＲ量とは独立に制御できないこと、また、ややもするとお互いに制御上の外乱となっていることにある。この結果、従来技術では、ある程度妥協した使い方にならざるを得ない。
【０００６】
なお、一方を変化させた場合に、制御精度を確保するには、他方を適合し直すことであるが、他方を適合し直した後には、もう一方を再適合しなければならなくなるので、この方法では、過渡時の制御精度を確保することが困難である。
【０００７】
このように、過給圧とＥＧＲ量とはお互いに影響を与えるため、ＥＧＲ量を変えると、ノズル開度を変える必要があるなど適切な適合が困難な上に、特に過渡時は双方の制御精度が低下する。
【０００８】
その一方で、ディーゼルエンジンの場合、過給圧とＥＧＲ量それぞれが排気中の有害物の排出量に感度をもち、排気中の有害排出物の低減のためにはこれらを最適な値に設定することが必要である。特に、過渡時にこれらお互いの目標値を達成して、排気エミッションと運転性を両立するためには、それぞれをアクティブに変化させることが望まれる。
【０００９】
このため、各種の実験を行ってみたところ、図１７に示したように実ＥＧＲ量Ｑｅｃと目標ＥＧＲ率ＭｅｇｒとＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス（ＥＧＲ弁を流れるガス）の流速（このＥＧＲガスの流速を以下、単に「ＥＧＲ流速」という）Ｃｑｅの間には、可変ノズルのノズル開度に関係なく強い相関があることを新たに発見した。
【００１０】
そこで本発明は、ＥＧＲ流速（またはこの流速と一定の関係にあるＥＧＲ弁の前後差圧）を予測し、この予測値に基づいてＥＧＲ弁を制御することにより、可変容量ターボ過給機を備えるエンジンにおいても、目標ＥＧＲ量を精度よく演算できるようにすることを目的とする。
【００１１】
なお、吸気圧と排気圧を予測できれば、その差に応じてＥＧＲ量を計算できるので、圧力センサを使用しないで排気圧を予測する方法として、たとえば特開平９−１４０２３号公報に記載のように、総吸気量Ｑａに基づいて定常排気圧Ｐｗを算出し、この定常排気圧Ｐｗと排気ガス流量比Ｋｇからタービン加速エネルギーＦを、また前回のタービン速度Ｖ（ｉ−１）から負荷抵抗ＦＬをそれぞれ演算し、これらタービン加速エネルギーＦと負荷抵抗ＦＬの差から今回のタービン速度Ｖ（ｉ）を算出し、この今回のタービン速度Ｖ（ｉ）に応じて排気圧を算出するものがある。しかしながら、この方法のように定常排気圧から排気圧を予測するのでは、定常排気圧の演算に遅れがあると、過渡時の排気圧を精度よく予測できない。
【００１２】
一方、ＥＧＲの制御結果をフィードバックするものとして、たとえば目標吸気圧と実際の吸気圧の差分に応じてＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するものが特開平８−１７７６４２号公報に記載されている。しかしながら、このものにおいても、過渡時に実際の吸気圧が目標吸気圧に追いつくまでの間、要求ＥＧＲ量からの誤差が生じてしまう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１８に示すように、ＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁６１を備え、エンジンの運転条件（たとえば回転数と負荷）を検出する手段６２と、この運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段６３と、この目標ＥＧＲ率と前記運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ量を設定する手段６４と、この目標ＥＧＲ量と前記目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ流速を演算する手段６５と、このＥＧＲ流速と前記目標ＥＧＲ量から前記ＥＧＲ弁６１の開口面積を演算する手段６６と、このＥＧＲ弁開口面積となるように前記ＥＧＲ弁６１を制御する手段６７とを設けた。
【００１４】
第２の発明は、図１９に示すように、ＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁６１を備え、エンジンの運転条件（たとえば回転数と負荷）を検出する手段６２と、この運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段６３と、この目標ＥＧＲ率と前記運転条件の検出値に基づいて目標ＥＧＲ量を設定する手段６４と、この目標ＥＧＲ量と前記目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁６１の前後差圧を演算する手段７１と、このＥＧＲ弁前後差圧と前記目標ＥＧＲ量から前記ＥＧＲ弁６１の開口面積を演算する手段７２と、このＥＧＲ弁開口面積となるように前記ＥＧＲ弁６１を制御する手段６７とを設けた。
【００１５】
第３の発明では、第１の発明において前記ＥＧＲ流速を演算するのに用いる目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に代えて、目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に対して吸気系の遅れ処理を施した値を用いる。
【００１６】
第４の発明では、第２の発明において前記ＥＧＲ弁前後差圧を演算するのに用いる目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に代えて、目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に対して吸気系の遅れ処理を施した値を用いる。
【００１７】
第５の発明では、第３または第４の発明において前記目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に吸気系の遅れ処理を施した値に対してさらに前記ＥＧＲ弁６１の作動応答遅れ処理を施す。
【００１８】
第６の発明では、第３または第４の発明においてＥＧＲの作動開始時の目標ＥＧＲ量の吸気系遅れ処理値Ｑｅｃを、そのとき（つまりＥＧＲの作動開始時）の吸入空気量（Ｑａｃ）に応じて設定する。
【００１９】
第７の発明では、第３または第４の発明においてＥＧＲの作動開始時の目標ＥＧＲ率の吸気系遅れ処理値Ｒｅｇｒをゼロでない所定値ＭＥＧＲＬ＃で設定する。
【００２０】
【発明の効果】
図１７に示したように実ＥＧＲ量Ｑｅｃと目標ＥＧＲ率ＭｅｇｒとＥＧＲ流速Ｃｑｅの間には、可変ノズルのノズル開度に関係なく強い相関がある、という初めての知見を得たことより、第１の発明のように、ＥＧＲ流速（またはこのＥＧＲ流速と一定の関係にあるＥＧＲ弁前後差圧）を予測し、この予測値に基づいてＥＧＲ弁を制御することで、可変容量ターボ過給機を備えるエンジンにおいても、可変ノズルのノズル開度に関係なく目標ＥＧＲ量を精度よく演算できる。
【００２１】
また、ＥＧＲ流速は、定常、過渡に関係のない値であるため、過渡を含めて目標ＥＧＲ量を精度よく演算できる。
【００２２】
過渡時には実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量から、また実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率からずれる。このずれは吸気系容積分の遅れによるものであるため、過渡時にも目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率からＥＧＲ流速を演算したのでは、吸気系容積分の遅れに伴う流速誤差が生じてしまうのであるが、第３、第４の発明によれば、過渡時にもＥＧＲ流速を精度よく演算することができる。
【００２３】
ＥＧＲ弁駆動用アクチュエータに作動応答遅れがある場合には、この応答遅れによってもＥＧＲ流速誤差が生じるのであるが、第５の発明によれば、ＥＧＲ弁駆動用アクチュエータに作動応答遅れがある場合であっても、ＥＧＲガス流速を精度よく演算することができる。
【００２４】
第６、第７の発明によれば、ＥＧＲの作動開始時のＥＧＲ流速の演算精度が向上する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に、熱発生のパターンが単段燃焼となる、いわゆる低温予混合燃焼を行わせるための構成を示す。なお、この構成そのものは特開平８−８６２５１号公報などにより公知である。
【００２６】
さて、ＮＯｘの生成は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度の低温化が有効である。低温予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で、低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、負圧制御弁５からの制御負圧に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。
【００２７】
負圧制御弁５は、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。たとえば、低回転低負荷域でＥＧＲ率を最大の１００パーセントとし、回転数、負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のＥＧＲガスを還流すると、吸気温度の上昇によってＮＯｘ低減の効果が減少したり、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなって予混合燃焼が実現できなくなる等のため、ＥＧＲ率を段階的に減少させている。
【００２８】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲガスの冷却装置７を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成されエンジン冷却水の一部が循環されるウォータジャケット８と、冷却水の導入口７ａに設けられ冷却水の循環量を調整可能な流量制御弁９とからなり、コントロールユニット４１からの指令により、制御弁９を介して循環量を増やすほどＥＧＲガスの冷却度が増す。
【００２９】
燃焼促進のため吸気ポート近傍の吸気通路に所定の切欠を有するスワールコントロールバルブ（図示しない）を備える。コントロールユニット４１により、このスワールコントロールバルブが低回転低負荷域で閉じられると、燃焼室に吸入される吸気の流速が高まり燃焼室にスワールが生成される。
【００３０】
燃焼室は大径トロイダル燃焼室（図示しない）である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には、圧縮行程後期にピストンキャビティの外部から旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にするため、円錐部が形成されている。この入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールバルブ等によって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【００３１】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。コモンレール式の燃料噴射装置１０の構成も公知（第１３回内燃機関シンポジウム講演論文集第７３頁〜第７７頁参照）であり、図２により概説する。
【００３２】
この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介して蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。
【００３３】
ノズル１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなり、ノズル内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９にともに高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあるが、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁２５をふたたびＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２に蓄圧室１６の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００３４】
この燃料噴射装置１０にはさらに、蓄圧室圧力を調整するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻す通路１３に圧力調整弁３１を備える。この調整弁３１は通路１３の流路を開閉するもので、蓄圧室１６への燃料吐出量を調整することにより蓄圧室圧力を調整する。蓄圧室１６の燃料圧力（噴射圧）によって燃料噴射率が変化し、蓄圧室１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射率が高くなる。
【００３５】
アクセル開度センサ３３、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒判別のためのセンサ３５、水温センサ３６からの信号が入力されるコントロールユニット４１では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量と蓄圧室１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出される蓄圧室圧力がこの目標圧力と一致するように圧力調整弁３１を介して蓄圧室１６の燃料圧力をフィードバック制御する。
【００３６】
また、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁２５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期を得るようにしている。たとえば、高ＥＧＲ率の低回転低負荷側で噴射燃料の着火遅れ期間が長くなるように燃料の噴射時期（噴射開始時期）をピストン上死点（ＴＤＣ）にまで遅延している。この遅延により、着火時期の燃焼室内の温度を低温状態にし、予混合燃焼比率を増大させることにより、高ＥＧＲ率域でのスモークの発生を抑える。これに対して、回転数、負荷が高くなるにしたがい、噴射時期を進めている。これは、着火遅れの時間が一定であっても、着火遅れクランク角度（着火遅れの時間をクランク角度に換算した値）がエンジン回転数の増加に比例して大きくなり、低ＥＧＲ率時に所定の着火時期を得るために、噴射時期を進めるのである。
【００３７】
図１に戻り、ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボ過給機を備える。これは、排気タービン５２のスクロール入口に、負圧アクチュエータ５４により駆動される可変ノズル５３を設けたもので、コントロールユニット４１により、可変ノズル５３は低回転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タービン５２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００３８】
上記の負圧アクチュエータ５４は、制御負圧に応動して可変ノズル５３を駆動するダイヤフラムアクチュエータ５５と、このアクチュエータ５５への制御負圧を調整する負圧制御弁５６とからなり、可変ノズル５３の開口割合が、後述するようにして得られる目標開口割合Ｒｖｎｔとなるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が負圧制御弁５６に出力される。
【００３９】
さて、過給圧制御という観点からみると、ＥＧＲ制御も、過給圧制御の役割を物理的に果たしている。つまり、ＥＧＲ量を変化させることにより過給圧も変化する。逆に、過給圧を変化させると、排気圧力が変化するため、ＥＧＲ量も変化することになり、過給圧とＥＧＲ量とは独立に制御できない。また、ややもするとお互いに制御上の外乱となっている。なお、一方を変化させた場合に、制御精度を確保するには、他方を適合し直すことであるが、他方を適合し直した後には、もう一方を再適合しなければならなくなるので、この方法では、過渡時の制御精度を確保することが困難である。
【００４０】
このように、過給圧とＥＧＲ量とはお互いに影響を与え、ＥＧＲ量を変えると、ノズル開度を変える必要があるなど適切な適合が困難な上に、特に過渡時は双方の制御精度が低下するので、コントロールユニット４１では、ＥＧＲ流速Ｃｑｅを予測し、この予測値に基づいてＥＧＲ弁６の開度Ａｅｖを制御する。
【００４１】
コントロールユニット４１で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。なお、後述する図３、図４、図８〜図１４は先願装置（特願平９−９２３０６号参照）で、また図７は別の先願装置（特願平９−１２５８９２号参照）ですでに提案しているところと同様である。
【００４２】
まず、図３は目標燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するためのもので、ＲＥＦ信号（クランク角の基準位置信号で、４気筒エンジンでは１８０度毎、６気筒エンジンでは１２０度毎の各信号）の入力毎に実行する。
【００４３】
ステップ１、２でエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｃｌを読み込み、ステップ３では、これらＮｅとＣｌに基づいて、図４を内容とするマップを検索すること等により、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを演算し、ステップ４ではこの基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対してエンジン冷却水温等による増量補正を行い、補正後の値を目標燃料噴射量Ｑｓｏｌとして設定する。
【００４４】
図５はＥＧＲ弁６の開口面積Ａｅｖを演算するためのもので、ＲＥＦ信号の入力毎に実行する。ステップ１では目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋを演算する。このＴｑｅｋの演算については図７のフローにより説明する。
【００４５】
図７（図５ステップ１のサブルーチン）において、ステップ１、２では１シリンダ当たりの吸入空気量Ｑａｃｎと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算する。
【００４６】
ここで、Ｑａｃｎの演算については図８のフローにより、またＭｅｇｒの演算については図１１のフローにより説明する。
【００４７】
まず、図８において、ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅを読み込み、このエンジン回転数Ｎｅとエアフローメータより得られる吸入空気量Ｑａｓ０とから
【００４８】
【数１】
Ｑａｃ０＝（Ｑａｓ０／Ｎｅ）×ＫＣＯＮ＃
ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、
の式により１シリンダ当たりの吸入空気量Ｑａｃ０を演算する。
【００４９】
上記のエアフローメータ３９（図１参照）は、コンプレッサ上流の吸気通路３に設けており、エアフローメータ３９からコレクタ部３ａまでの輸送遅れ分のディレイ処理を行うため、ステップ３ではＬ（ただしＬは定数）回前のＱａｃ０の値をコレクタ入口部３ａ位置における１シリンダ当たりの吸入空気量Ｑａｃｎとして求めている。そして、ステップ４ではこのＱａｃｎに対して
【００５０】
【数２】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ）
＋Ｑａｃｎ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ
ただし、ＫＩＮ：体積効率相当値、
ＫＶＯＬ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ、
ＶＥ：排気量、
ＮＣ：気筒数、
ＶＭ：吸気系容積、
Ｑａｃｎ−１：前回のＱａｃ、
の式（一次遅れの式）により吸気弁位置における１シリンダ当たりの吸入空気量（この吸気量を、以下「シリンダ吸入空気量」で略称する。）Ｑａｃを演算する。これはコレクタ入口部３ａから吸気弁までのダイナミクスを補償するためのものである。
【００５１】
上記数１式右辺の吸入空気量Ｑａｓ０の検出については図９のフローにより説明する。図９のフローは４ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００５２】
ステップ１ではエアフローメータ３９の出力電圧Ｕｓを読み込み、このＵｓからステップ２で図１０を内容とする電圧−流量変換テーブルを検索すること等により吸入空気量Ｑａｓ０ ｄを演算する。さらに、ステップ３でこのＱａｓ０ ｄに対して加重平均処理を行い、その加重平均処理値を吸入空気量Ｑａｓ０として設定する。
【００５３】
次に、図１１において、ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｓｏｌ、エンジン冷却水温Ｔｗを読み込む。ステップ２ではエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｓｏｌから図１２を内容とするマップを検索すること等により基本目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒｂを演算する。この場合、基本目標ＥＧＲ率は、エンジンの使用頻度の高い領域、つまり低回点、低負荷（低噴射量）になるほど大きくなり、スモークが発生しやすい高出力時には小さくする。
【００５４】
次にステップ３で冷却水温Ｔｗから図１３を内容とするテーブルを検索すること等により、基本目標ＥＧＲ率の水温補正係数Ｋｅｇｒ ｔｗを演算する。そして、ステップ４において、基本目標ＥＧＲ率とこの水温補正係数とから、
【００５５】
【数３】
Ｍｅｇｒ＝Ｍｅｇｒｂ×Ｋｅｇｒ ｔｗ
の式により目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを算出する。
【００５６】
ステップ５ではエンジンの状態が完爆状態であるか否かを判定する。ただし、この完爆の判定は、図１４のフローで後述する。
【００５７】
ステップ６では完爆状態かどうかみて、完爆状態のときは、今回の処理をそのまま終了し、完爆状態でないと判定されたときは、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを０として今回の処理を終了する。
【００５８】
これにより、エンジンの完爆後にＥＧＲ制御が行われ、完爆前は安定した始動性を確保するためにもＥＧＲは行われない。
【００５９】
図１４はエンジンの完爆を判定するためのものである。ステップ１でエンジン回転数Ｎｅを読み込み、このエンジン回転数Ｎｅと完爆回転数に相当する完爆判定スライスレベルＮＲＰＭＫとをステップ２において比較する。Ｎｅのほうが大きいときは完爆と判断し、ステップ３に進む。ここでは、カウンタＴｍｒｋｂと所定時間ＴＭＲＫＢＰとを比較し、カウンタＴｍｒｋｂが所定時間よりも大きいときは、ステップ４に進み、完爆したものとして処理を終了する。
【００６０】
これに対して、ステップ２でＮｅのほうが小さいときは、ステップ６に進み、カウンタＴｍｒｋｂをクリアし、ステップ７で完爆状態にはないものとして処理を終了する。また、ステップ２でＮｅよりも大きいときでも、ステップ３でカウンタＴｍｒｋｂが所定時間よりも小さいときは、ステップ５でカウンタをインクリメントし、完爆でないと判断する。
【００６１】
これらにより、エンジン回転数が所定値（たとえば４００ｒｐｍ）以上であって、かつこの状態が所定時間にわたり継続されたときに完爆したものと判定するのである。
【００６２】
このようにして図８によりシリンダ吸入空気量Ｑａｃｎ、図１１により目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒの演算を終了したら、図７のステップ３に戻り、両者から
【００６３】
【数４】
Ｍｑｅｃ＝Ｑａｃｎ×Ｍｅｇｒ
の式により要求ＥＧＲ量Ｍｑｅｃを演算する。
【００６４】
ステップ４ではこのＭｑｅｃに対して、ＫＩＮ×ＫＶＯＬを加重平均係数とする
【００６５】
【数５】
Ｒｑｅｃ＝Ｍｑｅｃ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ
＋Ｒｑｅｃｎ−１×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ）
ただし、ＫＩＮ：体積効率相当値、
ＫＶＯＬ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ、
ＶＥ：排気量、
ＮＣ：気筒数、
ＶＭ：吸気系容積、
Ｒｑｅｃｎ−１：前回の中間処理値、
の式により、中間処理値（加重平均値）Ｒｑｅｃを演算し、このＲｑｅｃと要求ＥＧＲ量Ｍｑｅｃを用いてステップ５で
【００６６】
【数６】
Ｔｑｅｃ＝Ｍｑｅｃ×ＧＫＱＥＣ
＋Ｒｑｅｃｎ−１×（１−ＧＫＱＥＣ）
ただし、ＧＫＱＥＣ：進み補正ゲイン、
の式により進み補正を行って、１シリンダ当たりの目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを演算する。要求値に対して吸気系の遅れ（すなわちＥＧＲ弁６→コレクタ部３ａ→吸気マニホールド→吸気弁の容量分の遅れ）があるので、ステップ４、５はこの遅れ分の進み処理を行うものである。
【００６７】
ステップ６では
【００６８】
【数７】
Ｔｑｅｋ＝Ｔｑｅｃ×（Ｎｅ／ＫＣＯＮ＃）
ただし、ＫＣＯＮ＃：定数、
の式により単位変換（１シリンダ当たり→単位時間当たり）を行って、目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋを求める。
【００６９】
このようにして目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋの演算を終了したら、図５のステップ２に戻り、ＥＧＲ流速Ｃｑｅを演算する。このＣｑｅの演算については図１５のフローにより説明する。
【００７０】
図１５（図５のステップ２のサブルーチン）において、ステップ１では要求ＥＧＲ量Ｍｑｅｃ（図７のステップ３で既に得ている）、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ（図１１で既に得ている）、シリンダ吸入空気量Ｑａｃ（図８で既に得ている）を読み込む。ステップ２、３では、要求ＥＧＲ量Ｍｑｅｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒから、
【００７１】
【数８】
Ｑｅｃ＝Ｍｑｅｃ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ×ＫＱＥ＃
＋Ｑｅｃｎ−１×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ×ＫＱＥ＃）
Ｒｅｇｒ＝Ｍｅｇｒ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ×ＫＭＥ＃
＋Ｒｅｇｒｎ−１×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ×ＫＭＥ＃）
ただし、ＫＩＮ：体積効率相当値、
ＫＶＯＬ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ、
ＶＥ：排気量、
ＮＣ：気筒数、
ＶＭ：吸気系容積、
ＫＱＥ＃：定数、
ＫＭＥ＃：定数、
Ｑｅｃｎ−１：前回のＱｅｃ、
Ｒｅｇｒｎ−１：前回のＲｅｇｒ、
の式（一次遅れの式）により、吸気弁位置における１シリンダ当たりのＥＧＲ量（このＥＧＲ量を、以下「実ＥＧＲ量」で略称する。）Ｑｅｃと、同じく吸気弁位置におけるＥＧＲ率（目標ＥＧＲ率に対して一次遅れで応答するこのＥＧＲ率を、以下「実ＥＧＲ率」で略称する。）Ｒｅｇｒを演算する。これは、吸気管容積に起因して、要求ＥＧＲ量Ｍｑｅｃに対して過渡時に応答遅れをもって実際にシリンダに吸入されるＥＧＲ量と、同じく吸気管容積に起因して、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒに対して過渡時に応答遅れをもって実際に変化するＥＧＲ率を簡易に求めるようにするものである。
【００７２】
このようにして求めた実ＥＧＲ量Ｑｅｃと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒよりステップ８において、たとえば図１６を内容とするマップを検索することにより、ＥＧＲ流速Ｃｑｅを演算する。
【００７３】
なお、ＥＧＲ流速Ｃｑｅを演算するのに用いるパラメータは実ＥＧＲ量Ｑｅｃと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒの組み合わせに限られるものでない。たとえば、
▲１▼目標ＥＧＲ量である上記のＭｑｅｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒから、
▲２▼目標ＥＧＲ量である上記のＭｑｅｃと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒから、
▲３▼実ＥＧＲ量Ｑｅｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒから
ＥＧＲ流速Ｃｑｅを演算させてもかまわない。
【００７４】
説明を飛ばしたステップ４〜７はＥＧＲの作動開始時の初期値を設定する部分である。具体的には、ステップ４で実ＥＧＲ量Ｑｅｃと０を比較する。Ｑｅｃ＝０（つまりＥＧＲの非作動時）であるときは、ステップ５に進み、
【００７５】
【数９】
Ｑｅｃ＝Ｑａｃ×ＭＥＧＲＬ＃
ただし、ＭＥＧＲＬ＃：定数、
の式により、実ＥＧＲ量Ｑｅｃを設定する。同様にして、ステップ６では実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと０を比較し、Ｒｅｇｒ＝０のときはステップ７で
【００７６】
【数１０】
Ｒｅｇｒ＝ＭＥＧＲＬ＃
の式により実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを設定する。
【００７７】
ＥＧＲ弁６の全閉時にＥＧＲ弁６を通過するＥＧＲ流速は当然のことながらゼロであるが、数９式、数１０式はＥＧＲの作動開始時のことを考えて、ＥＧＲ流速の演算に用いるパラメータの初期値を設定する。定数ＭＥＧＲＬ＃の値は非常に小さい値で、たとえば０．５である。さらに述べると、運転条件によってＥＧＲの作動開始時のＥＧＲ弁前後の差圧（したがってＥＧＲ流速も）が異なるため、これに対処するものである。この場合、ＥＧＲの作動開始時のＥＧＲ弁前後の差圧はシリンダ吸入空気量Ｑａｃに関係する。そこで、数９式によりＱａｃに比例してＱｅｃの初期値を与えることで、ＥＧＲの作動開始時のＥＧＲ流速の演算精度が向上する。
【００７８】
このようにしてＥＧＲ流速Ｃｑｅの演算を終了したら図５に戻り、このＥＧＲ流速Ｃｑｅと目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋとから
【００７９】
【数１１】
Ａｅｖ＝Ｔｑｅｋ／Ｃｑｅ
の式でＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖを演算する。
【００８０】
このようにして得られたＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖは、図示しないフローにおいて図６を内容とするテーブルを検索する等によりＥＧＲ弁６のリフト量に変換され、このＥＧＲ弁リフト量になるように、負圧制御弁５へのデューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が負圧制御弁５に出力される。
【００８１】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００８２】
図１７に示したように実ＥＧＲ量Ｑｅｃと目標ＥＧＲ率ＭｅｇｒとＥＧＲ流速Ｃｑｅの間には、可変ノズルのノズル開度に関係なく強い相関がある、という初めての知見を得たことより、本実施形態のように、実ＥＧＲ量Ｑｅｃと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいてＥＧＲ流速Ｃｑｅを予測し、この予測値に基づいてＥＧＲ弁を制御することで、可変容量ターボ過給機を備えるエンジンにおいても、目標ＥＧＲ量を精度よく演算できることになった。
【００８３】
また、ＥＧＲガス流速は、定常と過渡とに関係のない値であるため、過渡を含めて目標ＥＧＲ量を精度よく演算できる。
【００８４】
また、過渡時には実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量から、また実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率からずれる。このずれは吸気系容積分の遅れによるものであるため、過渡時にも目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率からＥＧＲ流速を演算したのでは、吸気系容積分の遅れに伴うＥＧＲ流速誤差が生じてしまうのであるが、本実施形態によれば、目標ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ率に対して吸気系の遅れ処理を施した値である実ＥＧＲ量Ｑｅｃと実ＥＧＲ率ＲｅｇｒからＥＧＲ流速Ｃｑｅを演算するので、過渡時にもＥＧＲ流速Ｃｑｅを精度よく演算することができる。
【００８５】
実施形態では、ＥＧＲ流速を予測し、この予測値に基づいてＥＧＲ弁を制御する場合で説明したが、ＥＧＲ流速と一定の関係にあるＥＧＲ弁の前後差圧（前後差圧は流速の二乗に比例する）を予測するようにしてもかまわない。
【００８６】
実施形態では、ＥＧＲ弁に作動応答遅れが生じないものとして説明したが、ＥＧＲ弁駆動用アクチュエータに応答遅れがある場合には、この応答遅れによってもＥＧＲ流速誤差が生じる。これに対処するには、実ＥＧＲ量Ｑｅｃと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに対してさらにＥＧＲ弁の応答遅れ処理を施せばよく、これによって、ＥＧＲ弁駆動用アクチュエータに応答遅れがある場合であっても、ＥＧＲ流速を精度よく演算することができる。
【００８７】
実施形態では、熱発生のパターンが単段燃焼となる、いわゆる低温予混合燃焼を行わせる場合で説明したが、予混合燃焼の後に拡散燃焼が付加される、通常のディーゼル燃焼の場合でも、本発明を適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】コモンレール式燃料噴射装置の概略構成図。
【図３】目標燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図４】基本燃料噴射量のマップ特性図。
【図５】ＥＧＲ弁開口面積の演算を説明するためのフローチャート。
【図６】ＥＧＲ弁開口面積に対するＥＧＲ弁駆動信号の特性図。
【図７】目標ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】シリンダ吸入空気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】吸入空気量の検出を説明するためのフローチャート。
【図１０】エアフローメータ出力電圧に対する吸入空気量の特性図。
【図１１】目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図１２】基本目標ＥＧＲ率のマップ特性図。
【図１３】水温補正係数のテーブル特性図。
【図１４】完爆判定を説明するためのフローチャート。
【図１５】ＥＧＲ流速の演算を説明するためのフローチャート。
【図１６】ＥＧＲ流速のマップ特性図。
【図１７】ＥＧＲ量、ＥＧＲ率、ＥＧＲ流速の関係を示す特性図。
【図１８】第１の発明のクレーム対応図。
【図１９】第２の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
４  ＥＧＲ通路
６  ＥＧＲ弁
４１  コントロールユニット
５２  排気タービン
５３  可変ノズル
【図１】
0003546768.tif 000002
【図２】
0003546768.tif 000003
【図３】
0003546768.tif 000004
【図４】
0003546768.tif 000005
【図５】
0003546768.tif 000006
【図６】
0003546768.tif 000007
【図７】
0003546768.tif 000008
【図８】
0003546768.tif 000009
【図９】
0003546768.tif 000010
【図１０】
0003546768.tif 000011
【図１１】
0003546768.tif 000012
【図１２】
0003546768.tif 000013
【図１３】
0003546768.tif 000014
【図１４】
0003546768.tif 000015
【図１５】
0003546768.tif 000016
【図１６】
0003546768.tif 000017
【図１７】
0003546768.tif 000018
【図１８】
0003546768.tif 000019
【図１９】
0003546768.tif 000020