(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えた２サイクルエンジンのＥＧＲ制御装置において、
吸気通路に配置された過給機のコンプレッサの上流側と排気通路に配置された過給機の排気タービンの下流側を接続して、前記コンプレッサの上流側に前記排気タービンの下流側の排ガスを還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ制御弁と、該ＥＧＲ制御弁の開度制御を行うＥＧＲ制御手段とを備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる目標吸気酸素濃度を設定する目標吸気酸素濃度設定部と、
エンジンの運転状態を表す少なくともエンジン回転数、燃料噴射量、吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度、新気流量に基づいて、該運転状態における吸気酸素濃度を算出して推定する吸気酸素濃度推定部と、
前記目標吸気酸素濃度と前記吸気酸素濃度推定部によって算出される推定吸気酸素濃度との偏差に基づいて前記ＥＧＲ制御弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部とを有し、
前記吸気酸素濃度推定部は、推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）を、燃焼室に流入する吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）、ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）、空気酸素濃度（Ｏ２ａ）、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）を用いて、吸気酸素濃度Ｏ２ｉｎ＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ）／Ｇａ２の関係式によって算出するとともに、前記ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）は、排ガスの還流遅れを無視して燃料が理論空燃比で燃焼した燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）として算出することを特徴とするＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
理論空燃比で燃焼した燃焼後の前記酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）は、酸素濃度Ｏ２ｅｘ＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ−Ｏ２ａ・Ｇｆ２・Ｌｔｈ）／（Ｇａ２−Ｏ２ａ・Ｇｆ２・Ｌｔｈ）の関係式によって算出することを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ制御装置。
但し、Ｇｆ２：燃料噴射量、Ｌｔｈ：理論空燃比
【請求項３】
前記ＥＧＲ量は前記吸気流量から新気流量を減算して求めると共に、該吸気流量を少なくとも吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度を基に算出して求めることを特徴する請求項１又は２記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ通路には、再循環する排ガスを浄化するスクラバーと、排ガスを吸気通路側へ送込むために増圧するブロワーが設けられていることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ制御手段は、エンジン回転数、燃料噴射量指令値に基づいて予めＥＧＲ制御弁の開度を設定したフィードフォワード制御部を有し、該フィードフォワード制御部の出力を前記フィードバック制御部の出力に加算することを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ制御手段には、ＥＧＲ制御弁の開度指令リミッタ部が設けられるとともに、該開度指令リミッタ部の入力信号と出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御部の積分器に対して入力飽和を調整する自動調合手段が設けられることを特徴とすると請求項１記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＥＧＲ制御装置を備えた舶用の大型２サイクルディーゼルエンジンであることを特徴するエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ制御装置および該ＥＧＲ制御装置を備えたエンジンに関し、特に、２サイクルディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスの一部を吸気通路またはシリンダ内に還流させる排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）および過給機を備えたエンジンにおいて、ＥＧＲを行う場合、過給機の排気タービンの上流側から排気を分流させて吸気コンプレッサの下流側に還流させる所謂高圧ＥＧＲによる場合と、過給機の排気タービンの下流側から排気を分流させて吸気コンプレッサの上流側に還流させる所謂低圧ＥＧＲによる場合とがある。
【０００３】
かかる低圧ＥＧＲおよび高圧ＥＧＲについての特許文献として、特許文献１（特開２００８−３８６４８号公報）、特許文献２（特開２００７−３１５３７１号公報）が知られている。
この特許文献１には、低圧ＥＧＲ及び高圧ＥＧＲを制御するＥＧＲガス量制御手段が備えられるＥＧＲ制御装置について開示されており、コンプレッサの前後圧力とコンプレッサの回転数とからコンプレッサ通過ガス量を取得し、コンプレッサ通過ガス量と新気量とから低圧ＥＧＲガス量を算出すると共に、コンプレッサ通過ガス量と吸気量とから高圧ＥＧＲガス量を算出し、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量とをそれぞれの目標量に制御することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲを併用する領域と低圧ＥＧＲのみを用いる領域の切り替わり前後において、ＥＧＲ量を精度よく制御するために、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲを併用する領域では、低圧ＥＧＲバルブをオープン制御するとともに、高圧ＥＧＲバルブをフィードバック制御する。低圧ＥＧＲのみを用いる領域では、低圧ＥＧＲバルブをフィードバック制御することが示されている。
【０００５】
一方、船舶用２サイクルの大型ディーゼルエンジンにおいても、排ガス規制が厳しくなり、燃料に含まれる硫黄分によるＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出、およびＮＯｘ（窒素酸化物部）の排出規制対応が重要となっている。このため、船舶用２サイクルの大型ディーゼルエンジンにおいてもＥＧＲ装置の制御が必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３８６４８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１には、前述のようにコンプレッサの前後圧力とコンプレッサの回転数とからコンプレッサ通過ガス量、つまり吸気総量を取得し、このコンプレッサ通過ガス量を用いて低圧ＥＧＲガス量、高圧ＥＧＲガス量を算出することが示されている。しかしながら、コンプレッサの回転数を計測する必要があるためコンプレッサに回転センサを設置しなければならず装置構成が複雑化する。
また、ＥＧＲ量の制御を吸気酸素濃度に基づいて制御することについても開示されていない。
【０００８】
また、前記特許文献２には、前述のように、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲを併用する場合と、低圧ＥＧＲのみを用いる場合とを切り替えるものであるが、排気管に取り付けられた酸素濃度センサで検出した空燃比が一定になるように低圧ＥＧＲバルブおよび高圧ＥＧＲバルブを制御するものである。
２サイクルエンジンは、新気により既燃ガスを排出する掃気行程を備えており、そのため２サイクルエンジンでは排気ガス中に新気が混合する吹き抜け現象があるため、排気管内を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出した場合、正確な空燃比を求めることはでき難い。従って、２サイクルエンジンのＥＧＲ装置としては適さない。
【０００９】
一方、船舶用２サイクルの大型ディーゼルエンジンにおいても、ＮＯｘ（窒素酸化物部）の排出規制に対応するためＥＧＲ制御が必要となり、過給機を備えた２サイクルエンジンにおいて、安定したＥＧＲ制御を簡素な手段で達成できることが望まれている。
【００１０】
そこで、本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、過給機を備えた２サイクルエンジンのＥＧＲ制御装置において、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出した推定吸気酸素濃度が目標吸気酸素濃度になるようにＥＧＲ制御弁をフィードバック制御することによって、ＮＯｘ低減効果の安定化とＥＧＲ制御装置の簡素化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、過給機を備えた２サイクルエンジンのＥＧＲ制御装置において、吸気通路に配置された過給機のコンプレッサの上流側と排気通路に配置された過給機の排気タービンの下流側を接続して、前記コンプレッサの上流側に前記排気タービンの下流側の排ガスを還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ制御弁と、該ＥＧＲ制御弁の開度制御を行うＥＧＲ制御手段とを備え、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる目標吸気酸素濃度を設定する目標吸気酸素濃度設定部と、エンジンの運転状態を表す少なくともエンジン回転数、燃料噴射量、吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度、新気流量に基づいて、該運転状態における吸気酸素濃度を算出して推定する吸気酸素濃度推定部と、前記目標吸気酸素濃度と前記吸気酸素濃度推定手段によって算出される推定吸気酸素濃度との偏差に基づいて前記ＥＧＲ制御弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部とを有し、前記吸気酸素濃度推定部は、推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）を、燃焼室に流入する吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）、ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）、空気酸素濃度（Ｏ２ａ）、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）を用いて、吸気酸素濃度Ｏ２ｉｎ＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ）／Ｇａ２の関係式によって算出するとともに、前記ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）は、排ガスの還流遅れを無視して燃料が理論空燃比で燃焼した燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）として算出することを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、過給機を備えた２サイクルエンジン、特にディーゼルエンジンにおいて、過給機によって燃焼室内に供給される吸気中の酸素量およびＥＧＲによって還流される排ガス中の未燃の酸素量の合計が、目標吸気酸素濃度になるようにＥＧＲ量をフィードバック制御することによって、ＮＯｘ排出量を精度よくかつ安定して制御できる。
ここで、目標吸気酸素濃度とはエンジンの運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる吸気酸素濃度のことをいう。
【００１３】
また、本発明はＮＯｘ排出量と関係する吸気酸素濃度を制御指標することで、ＮＯｘ排出量を精度よく規制することができる。すなわち、ディーゼルエンジンのスモークの排出に対しては酸素過剰率のような燃料量と関係による制御指標が効果的であり、ＮＯｘ低減の観点からは吸気酸素濃度による制御指標が最適である。
【００１４】
また、本発明は、前記吸気酸素濃度推定部は、推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）を、燃焼室に流入する吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）、ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）、空気酸素濃度（Ｏ２ａ）、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）を用いて、吸気酸素濃度Ｏ２ｉｎ＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ）／Ｇａ２の関係式（１）によって算出するとよい。
【００１５】
このように関係式（１）を用いて推定吸気酸素濃度を算出することができる。具体的には、ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）は、吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）から新気流量を減算して求めると共に、該吸気流量（Ｇａ２）は、少なくとも吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度を基に算出して求める。
また、新気流量は、エアフローセンサによって検出し、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）は、還流遅れを無視することで燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）と同等とする。さらに、この燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）は燃料が理論空燃比で燃焼したものとして算出式を用いて算出される。
理論空燃比で燃焼した燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）は、酸素濃度Ｏ２ｅｘ＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ−Ｏ２ａ・Ｇｆ２・Ｌｔｈ）／（Ｇａ２−Ｏ２ａ・Ｇｆ２・Ｌｔｈ）の関係式によって算出する。但し、Ｇｆ２：燃料噴射量、Ｌｔｈ：理論空燃比とする。
【００１６】
吸気流量（Ｇａ２）を過給機のコンプレッサの回転数より算出しないため、コンプレッサの回転数センサを不要とし、さらに排気中の酸素濃度を、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出して推定するため、酸素濃度センサを不要とするので、装置構成の簡素化が図れる。
【００１７】
２サイクルエンジンは、新気により既燃ガスを排出する掃気行程を備えており、排気管内を流れる排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって正確に検出することは難しい。本発明では、吸気酸素濃度を制御指標とするとともに、エンジンの運転状態の検出信号から推定吸気酸素濃度を算出するので、酸素濃度センサを不要とすることで、２サイクルエンジンにおいても適用することができる。
【００１８】
また、本発明において好ましくは、再循環する排ガスを浄化するスクラバーと、排ガスを吸気通路側へ送込むために増圧するブロワーが設けられているとよい。
【００１９】
本発明は、吸気通路に配置されたコンプレッサの上流側と排気通路に配置された排気タービンの下流側を接続して、前記コンプレッサの上流側に前記排気タービンの下流側の排ガスを還流するＥＧＲ通路として構成するので、所謂低圧ＥＧＲラインによってＥＧＲ通路を構成するため、ＥＧＲガスを冷却する上では有利でありＥＧＲクーラを備えないでよいが、排ガスから粒子状物質等の不純物を取り除くためにスクラバー（集塵器）および、還流排ガスを吸気通路側へ送込むためにブロワー（送風機）が設けられているため、ＥＧＲガスの清浄化と確実な排ガスの還流を行うことができる。
【００２０】
また、本発明において好ましくは、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジン回転数、燃料噴射量指令値に基づいて予めＥＧＲ制御弁の開度を設定したフィードフォワード制御部を有し、該フィードフォワード制御部の出力を前記フィードバック制御部の出力に加算するとよい。
このようにフィードフォワード制御を加算することで、ＥＧＲ制御弁の制御性が向上する。具体的にはフィードフォワードマップにＥＧＲ制御弁開度が設定されている。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、前記ＥＧＲ制御手段には、ＥＧＲ制御弁の開度指令リミッタ部が設けられるとともに、該開度指令リミッタ部の入力信号と出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御部の積分器に対して入力飽和を調整する自動調合手段が設けられるとよい。
【００２２】
開度指令リミッタ部により出力が飽和した状態が続くと、積分器には制御量が加算し続けてしまい、出力が許容範囲に達しても積分器の影響で操作量が大きくなりオーバーシュートする現象が発生する。この現象をリセットワインドアップというが、この現象を調整する自動調合手段が設けられているため、この現象が防止されて、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁の応答性が向上する。
【００２３】
また、エンジンに係る本発明では、前述したＥＧＲ制御装置を備えた舶用の大型２サイクルディーゼルエンジンであることを特徴する。
過給機のコンプレッサの回転数を検出する回転数センサや、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出した推定吸気酸素濃度が目標吸気酸素濃度になるように、ＥＧＲ制御弁の開度をフィードバック制御することによって、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減効果の安定化とＥＧＲ制御装置の簡素化を図ることができ、このようなＥＧＲ制御装置を備えたエンジンを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、過給機を備えた２サイクルエンジンのＥＧＲ制御装置において、過給機のコンプレッサの回転数を検出する回転数センサや、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出した推定吸気酸素濃度が、目標吸気酸素濃度になるようにＥＧＲ制御弁をフィードバック制御することによって、ＮＯｘ低減効果の安定化とＥＧＲ制御装置の簡素化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかるＥＧＲ制御装置が適用された２サイクルディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】ＥＧＲ制御手段の構成の説明図である。
【図３】ＥＧＲ制御手段の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
図１を参照して、本発明にかかるＥＧＲ制御装置２が適用された２サイクルディーゼルエンジン１の全体構成について説明する。
２サイクルディーゼルエンジン（以下エンジンという）１は、排気タービン３とこれに同軸駆動されるコンプレッサ５を有する排気ターボ過給機７を備えており、該排気ターボ過給機７のコンプレッサ５から吐出された空気は吸気通路９を通って、インタークーラー１１に入り吸気が冷却された後、インテークマニホールド１５からシリンダ１６の下部に設けられた掃気ポート１７に流入するようになっている。
【００２８】
また、シリンダ１６内にはピストン２０が嵌合しており、ピストン２０の上面とシリンダヘッド２２との間には燃焼室２４が形成され、燃焼室２４の上部には排気バルブ２６が図示しない動弁機構によって所定のタイミングで開閉される。また、燃焼室２４の上部には燃料噴射弁２７が装着されており、燃料噴射制御装置２９によって、噴射時期、噴射量、噴射圧力が制御されて燃焼室２４内に燃料を噴射するようになっている。
【００２９】
吸気通路９に配置された排気ターボ過給機７のコンプレッサ５の上流側と、排気通路３１に配置された過給機の排気タービン３の下流側を接続して、コンプレッサ５の上流側に排気タービン３の下流側の排ガスを還流するＥＧＲ通路３３が設けられている。このＥＧＲ通路３３には、ＥＧＲ制御弁３５と、該ＥＧＲ制御弁３５の下流側に、排ガスから粒子状物質等の不純物を取り除くためにスクラバー（集塵器）３７、および、還流排ガスを吸気通路側へ送込むためにブロワー（送風機）３９がそれぞれ設けられている。これらスクラバー３７およびブロワー３９によってＥＧＲガスの清浄化と確実な排ガスの還流が行われるようになっている。
【００３０】
排気タービン３の下流側からＥＧＲガスを取り出すため、所謂低圧ＥＧＲシステムとするため、排気タービン３の上流側から取り出すものに比べて排ガス温度が低下しているため、ＥＧＲガスの冷却装置が不要となりＥＧＲ制御装置２の全体構成を簡単化できる。
また、ＥＧＲ制御弁３５に対しては、後述するＥＧＲ制御手段４１によって開度制御が行われてＥＧＲガス量が制御される。
【００３１】
エンジン１の燃焼室２４で燃焼された燃焼ガス、即ち排ガス４３は、シリンダ毎に設けられた排気ポート４６から排気通路３１通って、前記排気ターボ過給機７の排気タービン３を駆動してコンプレッサ５の動力源となった後、排気通路３１通って排ガス後処理装置（不図示）に流入する。
【００３２】
ＥＧＲ制御手段４１には、エンジン回転数センサ４５からのエンジン回転数信号、燃料噴射制御装置２９からの燃料噴射量信号が入力され、さらに、インテークマニホールド１５に設けられたインマニ温度センサ４７からインマニ（吸気マニホールド）温度信号、インマニ圧力センサ４９からインマニ（吸気マニホールド）圧力信号、エアフローメータ５１からの新気流量信号がそれぞれ入力される。
【００３３】
また、ＥＧＲ制御手段４１は、図２に示すように、エンジン１の運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる目標吸気酸素濃度を設定する目標吸気酸素濃度設定部５３と、エンジン１の運転状態を表す少なくともエンジン回転数、燃料噴射量、吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度、新気流量に基づいて、該運転状態における吸気酸素濃度を算出して推定する吸気酸素濃度推定部５５と、目標吸気酸素濃度と吸気酸素濃度推定部５５によって算出される推定吸気酸素濃度との偏差に基づいて前記ＥＧＲ制御弁３５の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部５７と、を備えている。
【００３４】
さらに、ＥＧＲ制御手段４１には、ＥＧＲ制御弁３５の開度をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部５９と、ＥＧＲ制御弁３５への開度指令値を制限する開度指令リミッタ部６１とが設けられるとともに、該開度指令リミッタ部６１の入力信号と出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御部５７の積分器７７に対して入力飽和を調整する自動調合手段（リセットワインドアップ対策手段）７９が設けられている。
【００３５】
次に、図３のＥＧＲ制御手段４１の構成ブロック図を参照してＥＧＲ制御手段４１の作動について説明する。
目標吸気酸素濃度設定部５３には、目標吸気酸素濃度マップ６４を有しており、エンジン回転数および燃料噴射量（エンジン負荷）に対しての目標吸気酸素濃度が設定されている。この目標吸気酸素濃度マップ６４を用いて目標吸気酸素濃度が算出される。
なお、目標吸気酸素濃度とはエンジン１の各運転条件において排ガス性能（ＮＯｘ）が目標値に保持される吸気酸素濃度のことをいい、予め試験またはシミュレーション演算によって運転条件ごとの目標値として設定される。
【００３６】
次に、吸気酸素濃度推定部５５において、推定吸気酸素濃度を算出する。推定吸気酸素濃度の算出手法について以下に説明する。
推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）は、燃焼室２４に流入する吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）と、ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）と、空気酸素濃度（Ｏ２ａ）と、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）とを用いて、（１）式の関係に基づいて算出される。
推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）＝（Ｏ２ａ・（Ｇａ２−Ｇｅｇｒ）＋Ｏ２ｅｇｒ・Ｇｅｇｒ）／Ｇａ２      …（１）
【００３７】
ＥＧＲ量（Ｇｅｇｒ）は、吸気総量である吸気流量（Ｇａ２）から新気流量を減算して求める。新気流量は、エアフローメータ５１によって検出し、吸気流量（Ｇａ２）は、インマニ温度センサ４７からのインマニ（吸気マニホールド）温度信号、インマニ圧力センサ４９からのインマニ（吸気マニホールド）圧力信号等を用いて（２）式によって算出する。
吸気流量（Ｇａ２）＝Ｐｍ／（Ｔｍ・Ｒ）・（Ｎｅ／６０）・ＮＣＹＬ／ＩＣＹＣ・２・ＥＶ…（２）
【００３８】
ここで、Ｐｍ：インマニ（吸気マニホールド）圧力
Ｔｍ：インマニ（吸気マニホールド）温度
Ｒ：気体定数
Ｎe：エンジン回転数
ＮＣＹＬ：シリンダ数（４気筒エンジンであれば４）
ＩＣＹＣ：サイクル数（２サイクルであれば２）
ＥＶ：体積効率
【００３９】
なお、体積効率Ｅｖの設定については、体積効率マップが用いられる。体積効率マップはエンジン回転数、インマニ圧力をパラメータとして予め試験等によって設定する。
体積効率を予め運転条件毎に設定した体積効率マップを用いて設定するため、吸気流量を正確に算出でき、その結果、吸気流量から新気流量を減算して求めるＥＧＲ流量を正確に算出することができるようになる。
【００４０】
また、ＥＧＲガス中の酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）は、排ガスの還流遅れを無視することで燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）として算出する。さらに、この燃焼後の酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）は燃料が理論空燃比で燃焼したものとし、（１）式において燃焼により減少する酸素分を引いて次の（３）式に基づいて算出する。
0005972597.tif 000002
【００４１】
そして、ＥＧＲ中酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）＝燃焼後酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）の関係を用いて、ＥＧＲ中酸素濃度（Ｏ２ｅｇｒ）、燃焼後酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）は次の（４）式の関係となる。
0005972597.tif 000003
【００４２】
この（３）式を（１）式に代入して次の（５）式により推定吸気酸素濃度（Ｏ２ｉｎ）を算出する。
0005972597.tif 000004
ここで、λｏ２：推定酸素過剰率
Ｇｆ２：燃料噴射量
Ｌｔｈ：理論空燃比
【００４３】
以上のようにして、推定吸気酸素濃度を算出する。吸気流量（Ｇａ２）を過給機のコンプレッサの回転数より算出しないで、式（２）を用いるため、コンプレッサの回転数センサを不要とし、さらに排気中の酸素濃度すなわち燃焼後酸素濃度（Ｏ２ｅｘ）を、酸素濃度センサを用いずに、式（１）〜（３）によって算出して推定するため、酸素濃度センサを不要とし装置構成を簡素化することができる。
【００４４】
以上のように、目標吸気酸素濃度設定部５３で算出した目標吸気酸素濃度と、吸気酸素濃度推定部５５で算出した推定吸気酸素濃度とを加減算器６５に入力して偏差を算出し、その偏差がフィードバック制御部５７に入力される。
フィードバック制御部５７では、ＰＩＤ演算が行われる。設定されたＰゲインＫｐ、微分ゲインＴｄ、積分ゲイン１／Ｔｉを基に、比例要素（Ｐ）の演算、微分要素（Ｄ）の演算、積分要素（Ｉ）の演算が行われ、それぞれの演算結果が、加算器７１に入力されて、ＥＧＲ制御弁３５のフィードバック制御指令値６７が算出される。
【００４５】
また、フィードフォワード制御部５９では、エンジン１の運転状態であるエンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基にＥＧＲ制御弁３５の目標弁開度が設定されたフィードフォワードマップ６９を用いてフィードフォワード制御指令値７２を算出する。
そして、フィードフォワード制御指令値７２と、フィードバック制御指令値６７とが加算器７３に入力されて、加算指令値を出力する。
【００４６】
この加算指令値は、指令飽和要素である開度指令リミッタ部６１に入力されて、ＥＧＲ制御弁３５の保護のために出力信号に制限が掛けられる。そして開度指令リミッタ部６１を通過した信号によってＥＧＲ制御弁３５の開度が制御される。
【００４７】
また、開度指令リミッタ部６１の入力信号と出力信号は、加減算器７５に入力されて、その偏差に基づいてフィードバック制御部５７の積分器７７に対して入力飽和を調整するリセットワインドアップ対策手段としての自動調合手段７９が設けられている。
【００４８】
このように、フィードバック制御手段のリセットワインドアップ対策として自動調合手段７９を設けることによって、開度指令リミッタ部６１により出力が飽和した状態が続くと、積分器７７には制御量が加算し続けてしまい、出力が許容範囲に達しても積分器７７の影響で操作量が大きくなりオーバーシュートする現象を防止することができ、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁の応答性が向上する。
【００４９】
本実施形態によれば、排気ターボ過給機７を備えた２サイクルディーゼルエンジンにおいて、過給機７によって燃焼室２４内に供給される吸気中の酸素量、およびＥＧＲガスによって還流される排ガス中の未燃酸素量の合計が、目標吸気酸素濃度になるようにＥＧＲ量をフィードバック制御することによって、ＮＯｘ排出量を精度よくかつ安定して制御できるようになる。
【００５０】
さらに、コンプレッサの回転数センサや酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から吸気酸素濃度を算出して推定してフィードバック制御するため、装置構成の簡素化が図れる。
また、２サイクルエンジンにおいては、新気により既燃ガスを排出する掃気行程を備えており、排気管内を流れる排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって正確に検出し難いが、本実施形態では、酸素濃度センサを用いないため、２サイクルエンジンにおいても適用することができ、精度良いＥＧＲ制御が可能になる。
【００５１】
さらに、コンプレッサ５の上流側と排気タービン３の下流側を接続した所謂低圧ＥＧＲとすることで、ＥＧＲガスの冷却装置が不要となり、ＥＧＲ制御装置が簡単化するとともに、ＥＧＲ通路３３に設けられたスクラバー３７およびブロワー３９によってＥＧＲガスの清浄化と確実な排ガスの還流が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、過給機のコンプレッサの回転数を検出する回転数センサや、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出した推定吸気酸素濃度が、目標吸気酸素濃度になるようにＥＧＲ制御弁をフィードバック制御することによって、ＮＯｘ低減効果の安定化とＥＧＲ制御装置の簡素化を達成できるので、過給機を備えたエンジン、特に２サイクルエンジンのＥＧＲ制御装置への適用に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１  ２サイクルエンジン（２サイクルディーゼルエンジン）
２  ＥＧＲ制御装置
３  排気タービン
５  コンプレッサ
７  排気ターボ過給機
９  吸気通路
１５  インテークマニホールド
２７  燃料噴射弁
２９  燃料噴射制御装置
３１  排気通路
３３  ＥＧＲ通路
３５  ＥＧＲ制御弁
３７  スクラバー
３９  ブロワー
４１  ＥＧＲ制御手段
４５  エンジン回転数センサ
４７  インマニ温度センサ
４９  インマニ圧力センサ
５１  エアフローメータ
５３  目標吸気酸素濃度設定部
５５  吸気酸素濃度推定部
５７  フィードバック制御部
５９  フィードフォワード制御部
６１  開度指令リミッタ部
７９  自動調合手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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