(57)【要約】  燃料噴霧内の空気過剰率の推定精度を向上させるとともに、エンジン負荷率の上昇時において速やかに空気過剰率を目標値に近づけることを目的とする。内燃機関の制御装置（３０）は、吸気パラメータ及び燃料パラメータを取得する情報取得部（４１）と、吸気パラメータ及び燃料パラメータを用いて噴霧内空気過剰率を推定する第１推定部（４２）と、噴霧内空気過剰率が目標噴霧内空気過剰率未満である場合に、噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出部（４４）とを有し、必要燃料噴射圧力が最大噴射圧力以下である場合に、必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせる。
2014068657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得手段と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定手段と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている所定の目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定手段と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出手段と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定手段と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせる内燃機関の制御装置。
【請求項２】
エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記第２判定手段によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定手段と、
前記第２推定手段によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出手段と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記必要吸気酸素モル濃度が大気酸素モル濃度に基づいて予め設定されている濃度上限値を超えていた場合に、前記吸気系に還流させる排ガス量をゼロとする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得工程と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定工程と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている所定の目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定工程と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出工程と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定工程と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせる内燃機関の制御方法。
【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及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスには、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質や環境に負荷を与える物質が含まれていることが知られている。そのため、このような物質を低減するための種々の方式が提案されている。【０００３】
従来、煤塵等を低減させる方法の一つとして、空気過剰率を適切な値に制御する方法が知られている。
例えば、特許文献１には、内燃機関の筒内ガスの流動状態を推定し、推定した筒内ガスの流動状態を考慮して、燃料と吸入空気の混合気の濃度に相当する値を混合気濃度相当値として推定し、推定した混合気濃度相当値を所定濃度に一致させるように、機関制御パラメータ（例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射量、排ガス再循環量等）を調整する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２６４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている方法では、吸入空気の酸素モル濃度が考慮されていないため、ＥＧＲ導入時、すなわち、酸素モル濃度が変化する場合には、空気過剰率の推定精度が悪化するという問題があった。
また、内燃機関においては、エンジン負荷率が急上昇した場合に、過給機の応答が遅れるため、定常運転時に比べて同一燃料噴射量に対する燃焼室内の空気量が減少する。これにより、空気過剰率が低下して、煤塵等が発生しやすい状態となる。【０００６】
このため、エンジン負荷率が急上昇した場合には、空気過剰率を速やかに増加させて、目標値まで到達させることが必要となる。一般的に、燃料噴射量を低減させて空気過剰率を増加させる方法が考えられるが、この方法では、トルク発生量が低下し、エンジンの出力応答性が悪化することとなり、好ましくない。また、排ガス再循環（ＥＧＲ）方式を搭載するエンジンでは、ＥＧＲ弁を閉じることにより空気過剰率を目標値まで増加させることが考えられるが、この場合には、吸気酸素モル濃度が上昇し、ＮＯｘ生成量が増加するという不都合がある。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料噴霧内の空気過剰率（以下「噴霧内空気過剰率」という。）の推定精度を向上させるとともに、エンジン負荷率の上昇時において速やかに噴霧内空気過剰率を目標値に近づけることのできる内燃機関の制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様は、吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得手段と、前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、噴霧内空気過剰率を推定する第１推定手段と、該噴霧内空気過剰率が予め設定されている所定の目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定手段と、該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出手段と、前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定手段とを具備し、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせる内燃機関の制御装置である。【０００９】
本発明の第２態様は、エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される上記内燃機関の制御装置であって、前記第２判定手段によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定手段と、前記第２推定手段によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出手段とを具備し、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御装置である。【００１０】
上記内燃機関の制御装置において、前記必要吸気酸素モル濃度が大気酸素モル濃度に基づいて予め設定されている濃度上限値を超えていた場合に、前記吸気系に還流させる排ガス量をゼロとしてもよい。【００１１】
本発明の第３態様は、吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得工程と、前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、噴霧内空気過剰率を推定する第１推定工程と、該噴霧内空気過剰率が予め設定されている所定の目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定工程と、該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出工程と、前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定工程とを具備し、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせる内燃機関の制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、噴霧内空気過剰率の推定精度を向上させるとともに、エンジン負荷率の上昇時において速やかに噴霧内空気過剰率を目標値に近づけることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の内燃機関の一例としてディーゼルエンジンを適用した場合の内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置のハードウェア構成の一例を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置が備える各種機能のうち、噴霧内空気過剰率制御機能に関する機能ブロックを示した図である。
【図４】噴霧内空気過剰率の算出方法の一例について説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置によって実行される噴霧内空気過剰率制御の処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図１は、内燃機関の一例としてディーゼルエンジンを適用した場合の内燃機関の概略構成を示した図である。図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１は、シリンダ２内に往復摺動自在に嵌合されたピストン３、ピストン３の往復動をコネクティングロッド４を介して回転に変換する図示しないクランク軸を備えている。
エンジン１は、ピストン３の上面とシリンダ２の内面との間に区画形成される燃焼室５を形成している。燃焼室５には吸気通路６が接続され、吸気ポートを開閉する吸気弁７が設けられている。更に、燃焼室５には排気通路８が接続され、排気ポートを開閉する排気弁９が設けられている。
【００１５】
排気通路８の途中には、排気通路８を流通する排ガスの一部を吸気通路６に再循環させるためのＥＧＲ（排ガス再循環）通路１０が接続されている。ＥＧＲ通路１０には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却器１１及びＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ弁１２が設けられている。吸気通路６において、ＥＧＲ通路１０の接続部よりも空気流れ上流側には、吸気スロットル弁１３が設けられている。
【００１６】
更に、燃焼室５には、図示しない燃料噴射ポンプによって高圧化された燃料を燃焼室５に噴射する燃料噴射孔１４が設けられている。ここで、上記燃料噴射ポンプは電子制御によりエンジン運転状態に応じて燃料噴射圧力を変更可能なコモンレール方式を採用してもよい。燃料噴射孔１４による燃料噴射量及び噴射タイミングは、後述する制御装置３０が燃料噴射孔１４よりも燃料流れの上流側に設けられた燃料噴射弁１５を制御することにより制御される。
【００１７】
吸気通路６の吸気スロットル弁１３の空気流れ上流側には、吸気通路６を通じて燃焼室５に吸入する吸気量を検出するためのエアフローメータ１６が設けられている。
【００１８】
吸気通路６の燃焼室５側の先端部分における吸気マニホールドには、吸気マニホールド内の圧力、温度、酸素モル濃度をそれぞれ検出する吸気マニホールド圧力センサ１８、吸気マニホールド温度センサ１９、及び吸気マニホールド酸素モル濃度センサ２０がそれぞれ設けられている。
【００１９】
上記エアフローメータ１６、吸気マニホールド圧力センサ１８、吸気マニホールド温度センサ１９、及び吸気マニホールド酸素モル濃度センサ２０による計測値は、制御装置３０に入力される。
【００２０】
制御装置３０は、例えば、マイクロコンピュータであり、図２に示すように、中央処理装置３１、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置３２、補助記憶装置３３、出力装置３４、入力装置３５、及び外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置３６などを備えている。
補助記憶装置３３は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置３３には、各種プログラム（例えば、噴霧内空気過剰率制御プログラム等）が格納されており、中央処理装置３１が補助記憶装置３３から主記憶装置３２にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
【００２１】
例えば、制御装置３０は、燃焼室５における噴霧内空気過剰率を制御する噴霧内空気過剰率制御機能を備えている。図３は、制御装置３０が備える各種機能のうち、噴霧内空気過剰率制御機能に関する機能ブロックを示した図である。
図３に示されるように、制御装置３０は、噴霧内空気過剰率制御部４０として、情報取得部４１、第１推定部４２、第１判定部４３、圧力算出部４４、第２判定部４５、第２推定部４６、酸素モル濃度算出部４７、及び第３判定部４８を備えている。
【００２２】
情報取得部４１は、噴霧内空気過剰率を算出するために必要となる各種パラメータを取得する。具体的には、吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する。吸気パラメータの一例としては、吸気マニホールド酸素モル濃度センサ２０、吸気マニホールド圧力センサ１８、及び吸気マニホールド温度センサ１９によって計測された吸気酸素モル濃度、吸気圧力、吸気温度等が挙げられる。また、燃料パラメータの一例としては、燃料噴射圧力、燃料着火遅れ等が挙げられる。これらのパラメータは、例えば、制御装置３０が燃料噴射装置を制御する際に用いる指令値に基づいて取得される。
【００２３】
第１推定部４２は、情報取得部４１によって取得された吸気パラメータ及び燃料パラメータ、並びに、予め設定されている所定の値を用いて、噴霧内空気過剰率を算出する。
例えば、第１推定部４２は、以下に示すような、燃料の噴射到達距離に基づいて噴霧内空気過剰率を推定する噴霧内空気過剰率の推定演算式を予め保有しており、これらの演算式に上記各種パラメータを用いることで、噴霧内空気過剰率を演算する。
【００２４】
ここで、以下に示す演算式は、図４に示すように、燃料着火時tignにおける噴霧到達距離Ｓを算出し、燃料噴霧が円錐状に形成されていると仮定して燃料噴霧内の空気過剰率を算出する手法である。なお、噴霧内空気過剰率の算出手法については、この方法に限定されない。ただし、吸気酸素モル濃度をパラメータとして含む必要がある。
【００２５】
以下、第１推定部４２による噴霧内空気過剰率の算出手法について説明する。
第１推定部４２は、情報取得部４１によって取得された吸気圧力Pinmam[Pa]、燃料噴射圧力Pinj[Pa]、吸気温度Tinmani[K]、吸気酸素モル濃度O2_intake[%]及び燃料噴射期間t、並びに、予め設定されている圧縮比ε、ノズル噴孔直径dnoz、燃料密度ρf[kg/m3]、比熱比κ、ノズル流量計数c、及び気体定数R[J/(K・mol)]を用いて、以下の（１）式〜（１１）式により、上死点での筒内圧力Pcomp[Pa]、燃料噴射圧力と筒内圧力の差分ΔP[Pa]、上死点での筒内温度Tcomp[K]、燃料噴射速度Vinj[m/s]、上死点での筒内空気密度ρa[kg/m3]、１噴孔あたりのノズル断面積Anoz[m2]、噴射到達距離S[m]、燃料噴霧容積Volsp[m3]を演算する。
ここで、以下の（７）、（８）式については、燃料噴射期間tが（９）式で定義されるtb以下の場合には（７）式を用いて噴射到達距離S[m]を算出し、燃料噴射期間tがtbよりも大きい場合には、（８）式を用いて噴射到達距離S[m]を算出する。
【００２６】
【数１】
2014068657.tif 000003
【００２７】
また、第１推定部４２は、吸気酸素モル濃度O2_intake[%]から理論空燃比Lを算出する。例えば、空気中の酸素モル濃度が20.9%の場合、理論空燃比L0はJIS B8008-1:2009付属書Aの式（A.24）より下記（１２）式で表される。単位は燃料1kgあたりに必要な空気量[kg]である。
【００２８】
【数２】
2014068657.tif 000004
【００２９】
上記（１２）式において、φc,massは燃料中の炭素質量割合[-]、φH,massは燃料中の水素質量割合[-]、φS,massは燃料中の硫黄質量割合[-]を示している。ここで、例えば、ディーゼル燃料（経由の場合）の代表値として、φc,mass＝0.87[-]、φH,mass＝0.13[-]、φS,mass＝0.00[-]を用いると、L0＝14.47が得られる。なお、この値は、空気中の酸素モル濃度が20.9%の場合である。
【００３０】
空気中の酸素モル濃度が変化した場合は、燃料1kgあたりに必要な空気量[kg]が酸素モル濃度に応じて変化するため、ＥＧＲ導入時の理論空燃比は、吸気酸素モル濃度O2_intake[%]を用いて、以下の（１３）式で与えられる。
【００３１】
【数３】
2014068657.tif 000005
【００３２】
次に、上記各演算式によって各種パラメータを演算すると、これらの演算結果と吸気酸素モル濃度O2_intake[%]から取得した理論空燃比Lを用いて、以下の（１４）式から噴霧内空気過剰率λSPを算出する。
【００３３】
【数４】
2014068657.tif 000006
【００３４】
第１判定部４３は、第１推定部４２によって算出された噴霧内空気過剰率λSPが予め設定されている所定の目標噴霧内空気過剰率λSP*以上であるか否かを判定する。ここで、目標噴霧内空気過剰率は、定常運転時における空気過剰率に従って決定される値である。
圧力算出部４４は、第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*未満であると判定された場合に、噴霧内空気過剰率λSPを目標噴霧内空気過剰率λSP*に一致させるための必要燃料噴射圧力Pinj_newを算出する。
【００３５】
第２判定部４５は、必要燃料噴射圧力Pinj_newが予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する。
ここで、最大噴射圧力は、例えば、燃料噴射装置の機械的な構造によって決定される最大噴射圧力に設定されている。
【００３６】
第２推定部４６は、第２判定部４５によって必要燃料噴射圧力が最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率λSP_pmaxを推定する。具体的には、燃料噴射圧力Pinj[Pa]として最大噴射圧力を設定したときの噴霧内空気過剰率を上記（１）〜（１２）式を用いて算出する。なお、他のパラメータについては、上記第１推定部４２と同様である。
【００３７】
酸素モル濃度算出部４７は、第２推定部４６によって推定された噴霧内空気過剰率λSP_pmaxを目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度O2_newを算出する。例えば、上述した（１２）式等から、噴霧内空気過剰率λSP_pmaxを目標噴霧内空気過剰率λSP*に一致させるような吸気酸素モル濃度を必要吸気酸素モル濃度O2_newとして算出する。
【００３８】
第３判定部４８は、酸素モル濃度算出部４７によって算出された必要吸気酸素モル濃度O2_newが大気中の酸素モル濃度に基づいて設定された濃度上限値以下であるか否かを判定する。濃度上限値は、例えば、２１％である。
【００３９】
制御装置３０は、上記第１判定部４２等の判定結果に基づいて、燃料噴射圧力及びＥＧＲ弁１２の弁開度の制御を、以下の（Ａ）から（Ｄ）に従って制御する。
（Ａ）第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*以上であると判定された場合には、燃料噴射圧力及びＥＧＲ弁開度を特に変更することなく、現状の制御を継続して行う。
（Ｂ）第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*未満であると判定され、第２判定部４５において、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力以下であると判定された場合には、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御する。この場合、ＥＧＲ弁開度については、現状の制御を維持する。
【００４０】
（Ｃ）第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*未満であると判定され、第２判定部４５において、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力を超えていると判定され、更に、第３判定部４８において、必要吸気酸素モル濃度O2_newが大気中の酸素モル濃度以下であると判定された場合には、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御するとともに、吸気酸素モル濃度が必要吸気酸素モル濃度O2_newに一致するように、ＥＧＲ弁１２の弁開度を制御する。このとき、目標とするＥＧＲ弁１２の弁開度は、ＥＧＲ弁開度と吸気酸素モル濃度とが予め関連付けられた制御マップから決定する。この操作の後、再度、吸気酸素モル濃度を取得し、必要吸気酸素モル濃度O2_newと一致しているか確認する。一致していなければ、ＥＧＲ弁開度と吸気酸素モル濃度とが関連付けられた制御マップを所定のアルゴリズムに従って一時的に更新し、更新後の制御マップを用いて目標とするＥＧＲ弁１２の弁開度を再決定する。制御マップの更新は、例えば、同じ吸気酸素モル濃度に対応するＥＧＲ弁開度を所定量閉じる方向に変更する。そして、吸気酸素モル濃度が必要吸気酸素モル濃度O2_newに一致するまで、この操作を繰り返す。これにより、制御マップから得られた吸気酸素モル濃度に対応するＥＧＲ弁開度に設定した場合に、吸気酸素モル濃度を必要吸気酸素モル濃度O2_new以上とすることができなかった場合には、吸気酸素モル濃度が必要吸気酸素モル濃度O2_newに一致するまで、ＥＧＲ弁１２の弁開度が所定量ずつ閉じられる方向に調整されることとなる。
【００４１】
（Ｄ）第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*未満であると判定され、第２判定部４５において、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力を超えていると判定され、更に、第３判定部４８において、必要吸気酸素モル濃度O2_newが大気中の酸素モル濃度以下であると判定された場合には、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御するとともに、ＥＧＲ弁１２の開度を全閉とする。
【００４２】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、制御装置３０の噴霧内空気過剰率制御部４０によって実行される噴霧内空気過剰率制御についての処理手順を説明する。
まず、噴霧内空気過剰率演算のための各種入力情報（吸気パラメータ、燃料パラメータ等）を取得し（ステップＳＡ１）、これら各種入力情報を用いて噴霧内空気過剰率λspを算出する（ステップＳＡ２）。次に、噴霧内空気過剰率λspが目標噴霧内空気過剰率λsp*以上であるか否かを判定し（ステップＳＡ３）、目標噴霧内空気過剰率以上であれば（ステップＳＡ３において「ＹＥＳ」）、燃料噴射圧力及びＥＧＲ弁開度を特に変更することなく、現状の制御を維持する（ステップＳＡ４）。
【００４３】
一方、噴霧内空気過剰率λspが目標噴霧内空気過剰率λsp*未満であった場合には（ステップＳＡ３において「ＮＯ」）、噴霧内空気過剰率λSPを目標噴霧内空気過剰率λSP*に一致させるような燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして算出する（ステップＳＡ５）。
【００４４】
次に、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力以下であるか否かを判定する（ステップＳＡ６）。この結果、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力以下であった場合には（ステップＳＡ６において「ＹＥＳ」）、ＥＧＲ弁の弁開度については現状の制御を維持し、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御する（ステップＳＡ７）。
【００４５】
一方、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力を超えていた場合には（ステップＳＡ６において「ＮＯ」）、燃料噴射圧力として最大噴射圧力を設定し（ステップＳＡ８）、この場合の噴霧内空気過剰率λSP_pmaxを推定する（ステップＳＡ９）。
【００４６】
続いて、噴霧内空気過剰率λSP_pmaxを目標噴霧内空気過剰率λSP*に一致させるような必要吸気酸素モル濃度O2_newを算出し（ステップＳＡ１０）、この必要吸気酸素モル濃度O2_newが大気中の酸素モル濃度に基づいて設定された濃度上限値以下であるか否かを判定する（ステップＳＡ１１）。この結果、必要吸気酸素モル濃度O2_newが濃度上限値（例えば、大気中の酸素モル濃度である２１％）以下であった場合には（ステップＳＡ１１において「ＹＥＳ」）、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御するとともに、吸気酸素モル濃度が必要吸気酸素モル濃度O2_newに一致するように、ＥＧＲ弁１２の弁開度を制御する（ステップＳＡ１２）。
【００４７】
一方、必要吸気酸素モル濃度O2_newが濃度上限値を超えていた場合には（ステップＳＡ１１において「ＮＯ」）、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御するとともに、ＥＧＲ弁開度を全閉とする（ステップＳＡ１３）。
そして、制御装置３０は、上記のステップＳＡ１からステップＳＡ１１を所定の時間間隔で繰り返し実行することにより、噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率λSP*に一致または近づけるべく、燃料噴射制御及びＥＧＲ弁１２の弁開度制御を実行する。
【００４８】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置３０及びその制御方法によれば、吸気酸素モル濃度を考慮して噴霧内空気過剰率を推定するので、噴霧内空気過剰率の推定精度を向上させることが可能となる。
【００４９】
更に、推定された噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率に一致させるように燃料噴射圧力を制御する。このように、噴霧内空気過剰率を増加させることの可能な各種パラメータ制御（例えば、燃料噴射量、ＥＧＲ弁開度等）のうち、特に、燃料噴射圧力を制御することにより、噴霧内空気過剰率を増加させる。これにより、トルクの減少やＮＯｘ生成量の増加などを回避しながら、速やかに噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率に一致または近づけることが可能となる。
【００５０】
更に、燃料噴射圧力だけでは、噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率に一致させることができない場合に限って、ＥＧＲ弁を閉じる方向に調整することにより、還流させる排ガス量を低減させ、噴霧内空気過剰率を増加させる。これにより、ＮＯｘの生成量を極力抑えながら、噴霧内空気過剰率を目標噴霧内空気過剰率に一致または近づけることが可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態において、酸素モル濃度は、上述した吸気マニホールド酸素モル濃度センサ２０によって計測することとしたが、これに代えて、ＥＧＲガス量と空気過剰率とを用いて推定することも可能である。以下、酸素モル濃度の推定方法について説明する。
例えば、吸気酸素モル濃度[％]は以下の（１５）式で表わされる。
【００５２】
【数５】
2014068657.tif 000007
【００５３】
ここで、Ｏ2は吸気酸素モル濃度[%]、Ｏ2_airは空気中の酸素モル濃度[%]、ＲはＥＧＲ率[-]、λは空気過剰率[-]である。ここで、ＥＧＲガス率は、シリンダに吸入する全ガス量と空気量との差から算出されるＥＧＲガス量を、シリンダに吸入する全ガス量で除算した値である。
上記空気量は、圧縮前の空気量を採用する。例えば、圧縮機よりも空気流れ上流側にエアフローメータを設け、この計測値を用いることが可能である。
【００５４】
また、シリンダに吸入するガス量は、気体の状態方程式およびエネルギ保存則にもとづいて、吸気マニホールドにおける圧力とガス温度の関数から算出する。更に、空気過剰率は、吸気マニホールドにおける圧力、ガス温度、および、圧縮機よりも空気流れ上流側に設けられたエアフローメータの計測値より算出することが可能である。
すなわち、吸気マニホールドに圧力センサ、温度センサを設置し、また、エアフローメータを設置することで、これらの計測値より吸気酸素モル濃度を推定することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１  ディーゼルエンジン
２  シリンダ
３  ピストン
４  コネクティングロッド
５  燃焼室
６  吸気通路
７  吸気弁
８  排気通路
９  排気弁
１０  ＥＧＲ通路
１１  ＥＧＲ冷却器
１２  ＥＧＲ弁
１３  吸気スロットル弁
１４  燃料噴射孔
３０  制御装置
１５  燃料噴射弁
１６  エアフローメータ
１８  吸気マニホールド圧力センサ
１９  吸気マニホールド温度センサ
２０  吸気マニホールド酸素モル濃度センサ
４０  噴霧内空気過剰率制御部
４１  情報取得部
４２  第１推定部
４３  第１判定部
４４  圧力算出部
４５  第２判定部
４６  第２推定部
４７  酸素モル濃度算出部
４８  第３判定部
【図１】
2014068657.tif 000008
【図２】
2014068657.tif 000009
【図３】
2014068657.tif 000010
【図４】
2014068657.tif 000011
【図５】
2014068657.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月6日(2013.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得手段と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定手段と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定手段と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出手段と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定手段と、
前記第２判定手段によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定手段と、
前記第２推定手段によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出手段と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記必要吸気酸素モル濃度が大気酸素モル濃度に基づいて予め設定されている濃度上限値を超えていた場合に、前記吸気系に還流させる排ガス量をゼロとする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御方法であって、
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得工程と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定工程と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定工程と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出工程と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定工程と、
前記第２判定工程によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出工程と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月28日(2015.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得手段と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定手段と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定手段と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出手段と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定手段と、
前記第２判定手段によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定手段と、
前記第２推定手段によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出手段と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記必要吸気酸素モル濃度が大気酸素モル濃度に基づいて予め設定されている濃度上限値を超えていた場合に、前記吸気系に還流させる排ガス量をゼロとする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御方法であって、
吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得工程と、
前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定工程と、
該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定工程と、
該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出工程と、
前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定工程と、
前記第２判定工程によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出工程と
を具備し、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、
前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第１態様は、エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得手段と、前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定手段と、該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定手段と、該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出手段と、前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定手段と、前記第２判定手段によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定手段と、前記第２推定手段によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出手段とを具備し、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第２態様は、エンジンの排気ガスの一部を吸気系に還流する排ガス再循環方式を採用する内燃機関に適用される内燃機関の制御方法であって、吸気酸素モル濃度を含む吸気に関する吸気パラメータ及び燃料噴射に関する燃料パラメータを取得する情報取得工程と、前記吸気パラメータ及び前記燃料パラメータを用いて、燃料噴霧内の空気過剰率である噴霧内空気過剰率を推定する第１推定工程と、該噴霧内空気過剰率が予め設定されている目標噴霧内空気過剰率以上であるか否かを判定する第１判定工程と、該噴霧内空気過剰率が前記目標噴霧内空気過剰率未満であると判定された場合に、該噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要燃料噴射圧力を算出する圧力算出工程と、前記必要燃料噴射圧力が予め設定されている最大噴射圧力以下であるか否かを判定する第２判定工程と、前記第２判定工程によって最大噴射圧力を超えていると判定された場合に、燃料噴射圧力として該最大噴射圧力を設定した場合の噴霧内空気過剰率を推定する第２推定工程と、前記第２推定工程によって推定された噴霧内空気過剰率を前記目標噴霧内空気過剰率に一致させるような必要吸気酸素モル濃度を算出する酸素モル濃度算出工程とを具備し、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力以下であると判定された場合に、前記必要燃料噴射圧力で燃料噴射を行わせ、前記必要燃料噴射圧力が前記最大噴射圧力を超えると判定された場合に、最大噴射圧力で燃料噴射を行うとともに、前記必要吸気酸素モル濃度に基づいて前記吸気系に還流させる排ガス量を制御する内燃機関の制御方法である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
（Ｄ）第１判定部４３において、噴霧内空気過剰率λSPが目標噴霧内空気過剰率λSP*未満であると判定され、第２判定部４５において、必要燃料噴射圧力Pinj_newが最大噴射圧力を超えていると判定され、更に、第３判定部４８において、必要吸気酸素モル濃度O2_newが濃度上限値を超えていると判定された場合には、燃料噴射圧力を必要燃料噴射圧力Pinj_newとして燃料噴射を制御するとともに、ＥＧＲ弁１２の開度を全閉とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2014068657.tif 000013
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014068657.tif 000014
【国際調査報告】
2014068657.tif 000015
2014068657.tif 000016
2014068657.tif 000017
2014068657.tif 000018