(57)【要約】【課題】吸気圧センサによって吸気圧を検出することなく、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を精度良く推定する。【解決手段】基本吸気圧を設定する第１設定手段５１と、内部ＥＧＲガスを含む吸気の吹き返し量に対応する吸気圧変化量を設定する第２設定手段５２、及び、内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を設定する第３設定手段５３と、外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を設定する第４設定手段５４と、エンジン運転中におけるスロットルバルブ下流の吸気圧を基本吸気圧と各吸気圧変化量とに基づいて算出すると共に、算出した吸気圧に基づいて内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を推定する推定手段６６と、を備える。【選択図】図２
2006307668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブと、該吸排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を制御することによって内部ＥＧＲ流量を調整する可変バルブタイミング機構と、スロットルバルブ下流の吸気通路に排気を還流させるＥＧＲ通路に設けられかつバルブ開度の調整により外部ＥＧＲ流量を調整するＥＧＲバルブと、を備えたエンジンにおけるＥＧＲ流量を推定する推定装置であって、
上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の基本吸気圧を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第１設定手段と、
上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲガスを含む吸気の吹き返し量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第２設定手段と、
上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第３設定手段と、
上記ＥＧＲバルブを介した排気還流実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を設定する第４設定手段と、
上記ＥＧＲ流量を推定する推定手段と、を備え、
上記推定手段は、上記エンジン運転中における上記スロットルバルブ下流の吸気圧を、上記第１、第２、第３及び第４設定手段によって設定された基本吸気圧と各吸気圧変化量とに基づいて算出すると共に、算出した吸気圧に基づいて内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を推定するエンジンのＥＧＲ流量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲ流量推定装置において、
上記推定手段は、上記内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を所定間隔で繰り返し推定する手段であり、
上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の基本排気温を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第５設定手段と、
上記第１設定手段により設定された基本吸気圧と上記エンジンの運転状態とに応じて排気圧を推定する排気圧推定手段と、
新気流量を検出する新気流量検出手段と、
上記内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量と上記新気流量とから正味のＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
上記基本排気温の低下率を、上記正味のＥＧＲ率に応じて設定する第６設定手段と、
上記エンジン運転中における排気温（第１排気温）を、上記基本排気温及び上記第６設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第１排気温推定手段と、
上記排気圧と上記第１排気温とから排気密度（第１排気密度）を推定する第１排気密度推定手段と、
上記吸排気バルブのオーバーラップ量に関係するパラメータ値を検出するオーバーラップ量検出手段と、
上記内部ＥＧＲ流量に関係するオーバーラップ開口面積を、上記パラメータ値に基づくオーバーラップ量に応じて設定する第７設定手段と、をさらに備え、
上記推定手段は、上記算出した吸気圧、排気圧、第１排気密度、及びオーバーラップ開口面積から、内部ＥＧＲ流量を推定するエンジンのＥＧＲ流量推定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＥＧＲ流量推定装置において、
吸気温を検出する吸気温検出手段と、
上記排気が上記ＥＧＲバルブに到達する間に低下する温度の低下率を、上記外部ＥＧＲ流量に応じて設定する第８設定手段と、
上記エンジン運転中における上記ＥＧＲバルブ付近における排気温（第２排気温）を、上記吸気温、第１排気温、及び上記第８設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第２排気温推定手段と、
上記排気圧と上記第２排気温とから、上記ＥＧＲバルブ付近における排気密度（第２排気密度）を推定する第２排気密度推定手段と、
上記ＥＧＲバルブ開度に関連するパラメータ値を検出するＥＧＲバルブ開度検出手段と、
上記外部ＥＧＲ流量に関係するＥＧＲバルブ開口面積を、上記パラメータ値に基づくＥＧＲバルブ開度に応じて設定する第９設定手段と、をさらに備え、
上記推定手段は、上記算出した吸気圧、排気圧、第２排気密度、及びＥＧＲバルブ開口面積から、外部ＥＧＲ流量を推定するエンジンのＥＧＲ流量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットルバルブ下流の吸気圧力を精度良く推定することによって、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を精度良く推定するエンジンのＥＧＲ流量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１には、ＥＧＲ量（内部ＥＧＲ流量）を推定し、その推定に基づいて点火時期を制御することが開示されている。このものでは、ＥＧＲ流量の推定のために、スロットルバルブの下流側に吸気圧力を検出する吸気圧センサを取り付け、この吸気圧センサが検出した吸気圧力に基づいてＥＧＲ量を推定している。
【特許文献１】特開２００３−２６９３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示されているように、ＥＧＲ流量は、吸気圧力を検出することによって推定することができるものの、吸気圧センサを取り付けた場合、その分コストが増大することになる。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気圧センサによって吸気圧を検出することなく、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を精度良く推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、エンジンの吸気側と排気側との間において圧縮性流体のベルヌーイの式を利用して、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を推定することとした。その際に、予め得られているデータ（マップ）を基に、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲがない状態における吸気圧を基本吸気圧として設定すると共に、内部ＥＧＲのみがある状態における吸気圧の変動量及び外部ＥＧＲのみがある状態における吸気圧の変動量をそれぞれ設定し、上記基本吸気圧を設定した各吸気圧変動量によって補正することによって、吸気側の圧力を精度良く推定することとした。
【０００６】
具体的に、本発明のエンジンのＥＧＲ流量推定装置は、吸気バルブ及び排気バルブと、該吸排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を制御することによって内部ＥＧＲ流量を調整する可変バルブタイミング機構と、スロットルバルブ下流の吸気通路に排気を還流させるＥＧＲ通路に設けられかつバルブ開度の調整により外部ＥＧＲ流量を調整するＥＧＲバルブと、を備えたエンジンにおけるＥＧＲ流量を推定する推定装置である。
【０００７】
この推定装置は、上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の基本吸気圧を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第１設定手段と、上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲガスを含む吸気の吹き返し量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第２設定手段と、上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第３設定手段と、上記ＥＧＲバルブを介した排気還流実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を設定する第４設定手段と、上記ＥＧＲ流量を推定する推定手段と、を備える。
【０００８】
そして、上記推定手段は、上記エンジン運転中における上記スロットルバルブ下流の吸気圧を、上記第１、第２、第３及び第４設定手段によって設定された基本吸気圧と各吸気圧変化量とに基づいて算出すると共に、算出した吸気圧に基づいて内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を推定する。
【０００９】
この構成によると、第１設定手段では、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲがない状態における吸気圧（基本吸気圧）が設定され、第２設定手段では、内部ＥＧＲのみがある状態において、内部ＥＧＲガスを含む吸気の吹き返し量に対応する吸気圧変化量が設定される。また、第３設定手段では、内部ＥＧＲのみがある状態において、内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量が設定され、第４設定手段では、外部ＥＧＲのみがある状態において、外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量が設定される。
【００１０】
そうして、推定手段は、上記第１〜第４設定手段によって設定された基本吸気圧と各吸気圧変動量とに基づいて、エンジン運転中における上記スロットルバルブ下流の吸気圧を算出することにより、吸気圧センサによって吸気圧を検出しなくても、吸気圧が精度良く推定され、それによって内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を精度良く推定することができる。
【００１１】
ここで、上記推定手段は、上記内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を所定間隔で繰り返し推定する手段であり、上記推定装置は、上記ＥＧＲバルブを介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブのオーバーラップ非実行時の基本排気温を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する第５設定手段と、上記第１設定手段により設定された基本吸気圧と上記エンジンの運転状態とに応じて排気圧を推定する排気圧推定手段と、新気流量を検出する新気流量検出手段と、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量と上記新気流量とから正味のＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、上記基本排気温の低下率を、上記正味のＥＧＲ率に応じて設定する第６設定手段と、上記エンジン運転中における排気温（第１排気温）を、上記基本排気温及び上記第６設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第１排気温推定手段と、上記排気圧と上記第１排気温とから排気密度（第１排気密度）を推定する第１排気密度推定手段と、上記吸排気バルブのオーバーラップ量に関係するパラメータを検出するオーバーラップ量検出手段と、上記内部ＥＧＲ流量に関係するオーバーラップ開口面積を、上記オーバーラップ量に応じて設定する第７設定手段と、をさらに備え、上記推定手段は、上記算出した吸気圧、排気圧、第１排気密度、及びオーバーラップ開口面積から、内部ＥＧＲ流量を推定する、としてもよい。
【００１２】
このことにより、排気圧推定手段によって排気圧が推定され、第５設定手段、新気流量検出手段、ＥＧＲ率算出手段、第６設定手段及び第１排気温推定手段によって第１排気温（筒内から排出された排気の温度であって、例えば排気マニホールドにおける排気温）が推定され、第１排気密度推定手段によって排気密度（第１排気密度）が推定される。また、オーバーラップ量検出手段と第７設定手段とによって、内部ＥＧＲ流量に関係する開口面積（オーバーラップ開口面積）が設定される。
【００１３】
そうして、上記推定手段によって、上記の吸気圧、排気圧、第１排気密度、及びオーバーラップ開口面積から、気筒を介した吸気側と排気側との間における圧縮性流体のベルヌーイの式を利用して内部ＥＧＲ流量が推定される。
【００１４】
また、上記推定装置は、吸気温を検出する吸気温検出手段と、上記排気が上記ＥＧＲバルブに到達する間に低下する温度の低下率を、外部ＥＧＲ流量に応じて設定する第８設定手段と、上記エンジン運転中における上記ＥＧＲバルブ付近における排気温（第２排気温）を、上記吸気温、第１排気温、及び上記第８設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第２排気温推定手段と、上記排気圧と上記第２排気温とから、上記ＥＧＲバルブ付近における排気密度（第２排気密度）を推定する第２排気密度推定手段と、上記ＥＧＲバルブ開度に関連するパラメータ値を検出するＥＧＲバルブ開度検出手段と、上記外部ＥＧＲ流量に関係するＥＧＲバルブ開口面積を、上記ＥＧＲバルブ開度に応じて設定する第９設定手段と、をさらに備え、上記推定手段は、上記算出した吸気圧、排気圧、第２排気密度、及びＥＧＲバルブ開口面積から、外部ＥＧＲ流量を推定する、としてもよい。
【００１５】
このことにより、吸気温検出手段、第８設定手段、第１排気温推定手段及び第２排気温推定手段によってＥＧＲバルブ付近における第２排気温が推定され、第２排気密度推定手段によって第２排気密度が推定される。また、ＥＧＲバルブ開度検出手段及び第９設定手段によって、外部ＥＧＲ流量に関係するＥＧＲバルブ開口面積が設定される。
【００１６】
そうして、上記推定手段によって、上記の吸気圧、排気圧、第２排気密度、及びＥＧＲバルブ開口面積から、ＥＧＲ通路を介した吸気側と排気側との間における圧縮性流体のベルヌーイの式を利用して外部ＥＧＲ流量が推定される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のエンジンのＥＧＲ流量推定装置によると、スロットルバルブ下流の吸気圧を検出しなくても、それを精度良く推定することができるため、その推定した吸気圧に基づいて、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量をそれぞれ精度良く推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のエンジンのＥＧＲ流量推定装置に係るブロック図である。このエンジン１は多気筒エンジンであり、その気筒１１にはピストン１２が装填されてその上方に燃焼室１３が形成されている。燃焼室１３には吸気ポート１４と排気ポート１５が形成され、各々吸気バルブ１６、排気バルブ１７により開閉される。吸気バルブ１６及び排気バルブ１７は各々の頂部に設けられたカム１８，１９の回転によって駆動され、吸気バルブ１６側には、吸気バルブ１６と排気バルブ１７とのオーバーラップ期間を変化させることができるようにカムの位相を変化させる弁開閉時期可変機構（以下、吸気ＶＶＴという。）２０が設けられている。
【００２０】
燃焼室１３の上部には、先端スパーク部が燃焼室１３に臨むように点火プラグ２１が配設されている。また、シリンダヘッドには燃料噴射弁２２が配設され、この燃料噴射弁２２から吸気ポート１４に燃料が噴射される。
【００２１】
吸気ポート１４には、吸気通路２３が接続され、該吸気通路２３には吸入空気量を調節する吸気調節手段としてのスロットルバルブ２４が設けられている。
【００２２】
排気ポート１５には、排気通路（排気マニホールドを含む）２５が接続され、その排気通路２５と吸気通路２３との間には、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ通路２６が接続されている。このＥＧＲ通路２６は、ステッピングモータによって駆動される排気還流量調節弁（以下、ＥＧＲバルブという）２７により開度調節可能になっている。ＥＧＲ通路２６の下流端は吸気通路２３におけるスロットルバルブ２４の下流に開口している。
【００２３】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、少なくとも、エンジン回転数センサ４１、吸気流量（新気流量）を検出するエアフローセンサ４２、吸気温を検出する吸気温センサ４３から出力される検出信号等が入力される。そして、ＥＣＵ３は、それらの信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、その判定結果に応じてエンジン１のＥＧＲバルブ２７、点火時期、燃料噴射量等の制御を実行する。
【００２４】
そして、本実施形態に係るＥＣＵ３は、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量を推定し、その推定結果に応じて、点火時期、燃料噴射量等の制御を実行する。
【００２５】
次に、上記ＥＣＵ３による内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量の推定手順について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ３による内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量の推定手順に係るフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップＳ２〜Ｓ６は吸気圧の算出に係るステップであり、ステップＳ８〜Ｓ１４は主に、内部ＥＧＲ流量の推定に係るステップであり、ステップＳ１５〜Ｓ１９は主に、外部ＥＧＲ流量の推定に係るステップである。
【００２７】
ここで、上記ＥＣＵ３は、後述するように図３〜１０及び図１３，１５の、実機において予め得られている各種データ（マップ）を記憶しており、これらのマップに基づいて吸気圧の算出、内部及び外部ＥＧＲ流量の推定を行う。また、ＥＣＵ３は内部及び外部ＥＧＲ流量の推定を所定の間隔で繰り返し行うようになっていて、内部及び外部ＥＧＲ流量の推定の際には、前回推定した値を用いて、今回の値を算出するようになっている。尚、内部及び外部ＥＧＲ流量の推定が初回の時のために、必要に応じて初期値が予め設定され、その初期値が上記マップと共に記憶されている。以下、各ステップについて順に説明する。
【００２８】
（ステップＳ１）
ステップＳ１は、各種データを読み込むステップであり、ここでは少なくとも、エンジン回転数Ｎ、そのエンジン回転数Ｎと吸気流量とから求められる吸気充填効率Ｃｅ、吸気バルブ進角量θ、ＥＧＲバルブ開度（ステッピングモータのステップ数）Ｓ、及び吸気温Ｉtをそれぞれ読み込む。
【００２９】
（ステップＳ２）
ステップＳ２は、エンジンの運転状態に応じて基本吸気圧を設定するステップである。ここで、基本吸気圧とは外部ＥＧＲ流量が０（つまりＥＧＲバルブ２７が閉）でかつ、内部ＥＧＲ流量が０（つまりバルブオーバーラップ無し）の状態における吸気圧であり、これは、エンジン回転数Ｎ及び充填効率Ｃｅに基づいて、図３に示すマップに従って設定される。基本吸気圧は、エンジン回転数Ｎが高いほど、また充填効率Ｃｅが高いほど、高く設定される。つまり、ステップＳ２は、ＥＧＲバルブ２７を介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブ１６，１７のオーバーラップ非実行時の基本吸気圧を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定する第１設定手段５１に対応する。
【００３０】
（ステップＳ３）
ステップＳ３は、外部ＥＧＲ流量が０の状態における吸気吹き返し量に対応する吸気圧の変化量（ΔＩp1）を、エンジン１の運転状態に応じて設定するステップである。ここでΔＩp1は、吸気ＶＶＴの進角量θと充填効率Ｃｅとエンジン回転数Ｎとに基づいて、図４に示すマップに従って設定される。図４のマップは、吸気ＶＶＴが最遅角のときを基準として、それが進角するほど変化量がマイナス側に大きくなる、換言すれば吸気圧が低下するように設定される。この吸気吹き返し量に対応する吸気圧の変化量は、吸気バルブ１６の閉じタイミングに関係し、吸気バルブが早閉じのときほど、閉弁時における吸気行程から圧縮行程に移行するピストン１２の上昇位置が低く、よって吸気吹き返し量が減少することから、吸気圧が低くなるのである。また、充填効率Ｃｅが高いほど、吸気吹き返し量が増大することから、吸気吹き返し量に対応する吸気圧の変化量は大きくなる。
【００３１】
つまり、ステップＳ３は、ＥＧＲバルブ２７を介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブ１６，１７のオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲガスを含む吸気の吹き返し量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定する第２設定手段５２に対応する。
【００３２】
（ステップＳ４）
ステップＳ４は、外部ＥＧＲ流量が０の状態における内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧の変化量（ΔＩp2）を、エンジンの運転状態に応じて設定するステップである。ここでΔＩp2は、内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］とエンジン回転数Ｎとに基づいて、図５に示すマップに従って設定される。図５のマップは、内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］が多いほど変化量が大きくなる、換言すれば吸気圧が高くなるように設定される。この内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧の変化量は、吸気バルブ１６の開きタイミングに関係する。つまり、内部ＥＧＲ流量が多いほど、吸気バルブ１６を開けたときの吹き返しが多くなり吸気圧が高くなるのである。また、エンジン回転数が高いほど、内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧の変化量は大きくなる。
【００３３】
尚、ステップＳ４における内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］は、前回実行したルーチンにおいて、後述するステップＳ１４で推定された内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／sec］を単位換算して用いる。尚、今回実行するルーチンが初回であるときには、予め設定しておいた初期値を用いればよい。
【００３４】
つまり、ステップＳ４は、上記ＥＧＲバルブ２７を介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブ１６，１７のオーバーラップ実行時の内部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定する第３設定手段５３に対応する。
【００３５】
（ステップＳ５）
ステップＳ５は、内部ＥＧＲ流量が０の状態における外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧の変化量（ΔＩp3）を設定するステップである。ここでΔＩp3は、外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］に基づいて、図６に示すマップに従って設定される。外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］が多いほど、外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧の変化量ΔＩp3は大きくなり、それによって吸気圧が高くなる。
【００３６】
尚、ステップＳ５における外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］は、前回実行したルーチンにおいて、後述するステップＳ１９で推定された外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／sec］を単位換算して用いる。尚、今回実行するルーチンが初回であるときには、予め設定しておいた初期値を用いればよい。
【００３７】
つまり、ステップＳ５は、上記ＥＧＲバルブ２７を介した排気還流実行時でかつ上記吸排気バルブ１６，１７のオーバーラップ非実行時の外部ＥＧＲ流量に対応する吸気圧変化量を設定する第４設定手段５４に対応する。
【００３８】
（ステップＳ６）
ステップＳ６は、上記ステップＳ２〜Ｓ５のそれぞれにおいて設定した、基本吸気圧、吸気圧変化量ΔＩp1、ΔＩp2、ΔＩp3に基づいて、式（１）によって吸気圧を算出するステップである（推定手段６６）。
【００３９】
吸気圧＝基本吸気圧＋ΔＩp1＋ΔＩp2＋ΔＩp3  …（１）
すなわち、吸気圧は、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲがない状態における吸気圧（基本吸気圧）に対して、内部ＥＧＲに関連して吸気圧に影響を及ぼす因子、及び外部ＥＧＲに関連して吸気圧に影響を及ぼす因子によって補正することにより算出される。
【００４０】
（ステップＳ７）
ステップＳ７は、基本吸気圧とエンジン回転数Ｎとに基づいて、図７に示すマップに従って排気圧を推定するステップである。排気圧は、エンジン回転数Ｎが高いほど、また基本吸気圧が高いほど、高く設定される。ステップＳ７は、基本吸気圧と上記エンジン１の運転状態とに応じて排気圧を推定する排気圧推定手段５５に対応する。
【００４１】
（ステップＳ８）
ステップＳ８は、エンジン回転数Ｎと充填効率Ｃｅとに基づいて、図８に示すマップに従って基本排気温を設定するステップである。基本排気温は、エンジン回転数Ｎが高いほど、また充填効率Ｃｅが高いほど高く設定される。すなわち、ステップＳ８は、ＥＧＲバルブ２７を介した排気還流非実行時でかつ上記吸排気バルブ１６，１７のオーバーラップ非実行時の基本排気温を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定する第５設定手段５６に対応する。
【００４２】
（ステップＳ９）
ステップＳ９は、式（２）に従ってＥＧＲ率［％］を算出するステップである。
【００４３】
ＥＧＲ率＝（外部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］＋内部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］）／新気質量流量［ｇ／行程］  …（２）
ここで、外部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］は、前回実行したルーチンにおけるステップＳ１９において算出した外部ＥＧＲ体積流量と、前回実行したルーチンにおけるステップＳ１７において算出したＥＧＲバルブ部の排気密度とから算出する（ステップＳ１７については後述する）。同様に、内部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］は、前回実行したルーチンにおけるステップＳ１４において算出した内部ＥＧＲ体積流量と、前回実行したルーチンにおけるステップＳ１２において算出した排気マニホールド部の排気密度とから算出する（ステップＳ１２については後述する）。つまり、
外部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］＝外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］×ＥＧＲバルブ部の排気密度  …（３）
内部ＥＧＲ質量流量［ｇ／行程］＝内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／行程］×排気マニホールド部の排気密度  …（４）
である。すなわち、ステップＳ９は、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量と新気流量とから正味のＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段５７に対応する。
【００４４】
（ステップＳ１０）
ステップＳ１０は、排気温の低下率（基本排気温に対する低下率）を、ＥＧＲ率及びエンジン回転数Ｎに基づいて、図９に示すマップに従って設定するステップである。低下率は、ＥＧＲ率が高いほど低く（０以上１以下）設定される。ステップＳ１０は、基本排気温の低下率を、上記正味のＥＧＲ率に応じて設定する第６設定手段５８に対応する。
【００４５】
（ステップＳ１１）
ステップＳ１１は、第１排気温を推定するステップであり、この第１排気温とは、筒内から排出された排気温、換言すれば排気マニホールド部の排気温を意味する。第１排気温は、上記ステップＳ８，Ｓ１０で設定した基本排気温及び排気温低下率によって、式（５）に従って算出される。
【００４６】
第１排気温＝基本排気温×排気温低下率  …（５）
つまり、ステップＳ１１は、エンジン運転中における排気温（第１排気温）を、上記基本排気温及び上記第６設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第１排気温推定手段５９に対応する。
【００４７】
（ステップＳ１２）
ステップＳ１２は、ステップＳ７で推定した排気圧、ステップＳ１１で推定した第１排気温、及び予め設定した標準状態（０℃（Ｔ０）、１気圧（Ｐ０））における排気密度（標準排気密度）に基づいて、第１排気密度（排気マニホールド部の排気密度）ρ１を算出する。これは式（６）に示す状態式によって算出される。
【００４８】
ρ１＝Ｐ１／ＲＴ１＝ρ０×Ｔ０／Ｐ０×Ｐ１／Ｔ１  …（６）
ここで、ρ０は標準排気密度、Ｐ１は排気圧、Ｔ１は第１排気温である。
【００４９】
ステップＳ１２は、排気圧と上記第１排気温とから排気密度（第１排気密度）を推定する第１排気密度推定手段６０に対応する。
【００５０】
（ステップＳ１３）
ステップＳ１３は、吸気バルブ１６の進角量θに基づいて、図１０に示すマップに従って、第１開口面積Ａ（内部ＥＧＲの流れに関係する流路断面積に相当）を算出するステップであり、第１開口面積Ａはバルブのオーバーラップ量に対応する。つまり、第１開口面積Ａは、図１１にハッチングを付して示す面積に比例し、図１０に示すマップのように、吸気バルブ１６の進角量θの増大に対して二次的に増大する。つまり、ステップＳ１３は、内部ＥＧＲ流量に関係するオーバーラップ開口面積を、検出されたオーバーラップ量に応じて設定する第７設定手段６１に対応する。
【００５１】
（ステップＳ１４）
ステップＳ１４は、気筒１１を介した吸気側と排気側との間における圧縮性流体のベルヌーイの式（式（７））により、内部ＥＧＲ体積流量を推定するステップである（推定手段６６）。
【００５２】
内部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／sec］＝Ａ×φ×（２×Ｐ１／ρ１）1/2  …（７）
ここで、Ａは上記第１開口面積、Ｐ１は排気圧、ρ１は第１排気密度である。また、φ（流量係数）は、図１２に示すように、圧力比（吸気圧／排気圧）の関数である（φ＝ｆ（圧力比））。
【００５３】
（ステップＳ１５）
ステップＳ１５は、ＥＧＲバルブ部におけるガス温低下率を設定するステップであり、これは、前回実行したルーチンにおいて、ステップＳ１９で推定した外部ＥＧＲ質量流量［ｇ／sec］（このときに単位換算を行う）に応じて、図１３に示すマップに従って設定される。ＥＧＲバルブ部におけるガス温低下率は、外部ＥＧＲ質量流量が多いほど増大する（但し１以下）ように設定され、これは後述するように、外部ＥＧＲ質量流量が多いほど、排気マニホールドとＥＧＲバルブ部との間の温度低下が小さいことを意味する。
【００５４】
つまり、ステップＳ１５は、排気が上記ＥＧＲバルブに到達する間に低下する温度の低下率を、外部ＥＧＲ流量に応じて設定する第８設定手段６２に対応する。
【００５５】
（ステップＳ１６）
ステップＳ１６は、ＥＧＲバルブ２７付近における排気温（第２排気温）を推定するステップであり、第２排気温は、吸気温Ｉt、第１排気温（ステップＳ８で設定した基本排気温×ステップＳ１０で設定した排気温低下率）、及びＥＧＲバルブ部におけるガス温低下率に基づいて推定される。つまり、図１４に示すように、ステップＳ１５で設定したＥＧＲバルブ部におけるガス温低下率は、ＥＧＲバルブ部付近の雰囲気温度（つまり、吸気温Ｉtに相当する）を０（零）、排気マニホールド部における排気温を１とした場合に、排気マニホールド部からＥＧＲ通路２６を通ってＥＧＲバルブ２７に至るまでにおける排気の低下割合を示しており、ＥＧＲバルブ部付近における排気温（第２排気温）は、式（８）に示すように、第１排気温と吸気温との差分に対してＥＧＲバルブ部ガス温低下率を乗算することによって推定される。
【００５６】
第２排気温＝Ｉt＋（（基本排気温×排気温低下率）−Ｉt）×ＥＧＲバルブ部ガス温低下率  …（８）
つまり、ステップＳ１６は、エンジン運転中における上記ＥＧＲバルブ付近における排気温（第２排気温）を、上記吸気温、第１排気温、及び上記第８設定手段により設定された低下率に基づいて推定する第２排気温推定手段６３に対応する。
【００５７】
（ステップＳ１７）
ステップＳ１７は、ステップＳ１２と同様に、ステップＳ１６で推定した第２排気温、排気圧、及び標準状態における排気密度に基づいて、式（９）に示す状態式によって、第２排気密度（ＥＧＲバルブ２７付近における排気密度）を推定する。
【００５８】
ρ２＝Ｐ１／ＲＴ２＝ρ０×Ｔ０／Ｐ０×Ｐ１／Ｔ２  …（９）
ここで、ρ０は標準排気密度、Ｐ１は排気圧、Ｔ２は第２排気温である。
【００５９】
ステップＳ１７は、排気圧と上記第２排気温とから、上記ＥＧＲバルブ２７付近における排気密度（第２排気密度）を推定する第２排気密度推定手段６４に対応する。
【００６０】
（ステップＳ１８）
ステップＳ１８は、外部ＥＧＲの流れに関する流路断面積である第２開口面積Ｂを設定するステップであり、第２開口面積ＢはＥＧＲバルブ２７の開度に対応する。ここでは、ステッピングモータのステップ数ＳをＥＧＲバルブ開度に関連するパラメータ値として、そのステップ数Ｓに応じて、図１５に示すマップに従って、第２開口面積Ｂを設定する。ステップ１８は、外部ＥＧＲ流量に関係するＥＧＲバルブ開口面積を、上記ＥＧＲバルブ開度に応じて設定する第９設定手段６５に対応する。
【００６１】
（ステップＳ１９）
ステップＳ１９は、ＥＧＲ通路２６を介した吸気側と排気側との間における圧縮性流体のベルヌーイの式（式（１０））により、外部ＥＧＲ体積流量を推定するステップである（推定手段６６）。
【００６２】
外部ＥＧＲ体積流量［ｍ3／sec］＝Ｂ×φ×（２×Ｐ１／ρ２）1/2  …（１０）
ここで、Ｂは上記第２開口面積、Ｐ１は排気圧、ρ２は第２排気密度である。また、φ（流量係数）は、図１２に示すように、圧力比の関数である。
【００６３】
このようにして、本実施形態では、スロットルバルブ２４下流の吸気圧を検出しなくても、そのスロットルバルブ２４下流の吸気圧を精度良く推定することができる。その結果、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量をそれぞれ精度良く推定することができる。
【００６４】
そうして、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量をそれぞれ精度良く推定することによって、点火時期、燃料噴射量等の制御を的確に行うことができ、ＮＯｘ低減及び燃費低減を図る上で有利になる。
【００６５】
尚、上記実施形態では、吸気バルブ１６のバルブタイミングを可変にしていたが、これに限らず、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の少なくとも一方のバルブタイミングを可変にして、バルブオーバラップ期間を変化させることができる構成であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明は、スロットルバルブ下流の吸気圧を検出するセンサが不要な安価な構成において、その吸気圧を精度良く推定して、内部ＥＧＲ流量及び外部ＥＧＲ流量をそれぞれ精度良く推定することができるため、各種のエンジンにおいて点火時期、燃料噴射量等の制御を行う上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】エンジンのＥＧＲ流量推定装置のブロック図である。
【図２】ＥＧＲ流量の推定に係るフローチャートである。
【図３】基本吸気圧の設定マップの一例である。
【図４】吸気バルブの進角量に対する吸気圧変化量の設定マップの一例である。
【図５】内部ＥＧＲ流量に対する吸気圧変化量の設定マップの一例である。
【図６】外部ＥＧＲの流量に対する吸気圧変化量の設定マップの一例である。
【図７】排気圧の設定マップの一例である。
【図８】基本排気温の設定マップの一例である。
【図９】ＥＧＲ率に対する排気温低下率の設定マップの一例である。
【図１０】吸気バルブの進角量に対する第１開口面積の設定マップの一例である。
【図１１】バルブオーバーラップと第１開口面積との関係を示す説明図である。
【図１２】圧力比と流量係数との関係を示す図である。
【図１３】外部ＥＧＲ流量に対するＥＧＲバルブ部ガス温低下率の設定マップの一例である。
【図１４】吸気温、基本排気温、第１排気温及び第２排気温の関係を示す図である。
【図１５】ステッピングモータのステップ数に対する第２開口面積の設定マップの一例である。
【符号の説明】
【００６８】
１    エンジン
１６  吸気バルブ
１７  排気バルブ
２０  可変バルブタイミング機構
２３  吸気通路
２４  スロットルバルブ
２７  ＥＧＲバルブ
２６  ＥＧＲ通路
３    ＥＣＵ（オーバーラップ量検出手段、ＥＧＲバルブ開度検出手段）
４２  エアフローセンサ（新気流量検出手段）
４３  吸気温センサ(吸気温検出手段)
５１  第１設定手段
５２  第２設定手段
５３  第３設定手段
５４  第４設定手段
５５  排気圧推定手段
５６  第５設定手段
５７  ＥＧＲ率算出手段
５８  第６設定手段
５９  第１排気温推定手段
６０  第１排気密度推定手段
６１  第７設定手段
６２  第８設定手段
６３  第２排気温推定手段
６４  第２排気密度推定手段
６５  第９設定手段
６６  推定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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