(57)【要約】【課題】  応答性に優れ、且つ精度の良いＥＧＲ制御が可能な排気還流制御装置を提供する。【解決手段】  シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（酸素量／燃料噴射量比）を演算し、予めエンジン運転状況に応じて設定された目標値と比較して少なくともＥＧＲ弁もしくは燃料噴射量を制御するために、  再循環排気ガス質量流量信号を予測排気ガス成分濃度に基づいて補正する再循環排気ガス質量流量補正手段を有し、補正後の再循環排気ガス質量流量を用いてシリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（目標酸素量／燃料噴射量比）を演算して、ＥＧＲ制御を行う排気還流制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気側と排気側とを燃焼室を介さずに接続する通路に設けられ、前記通路を前記排気側から前記吸気側へ流れる排気ガスの温度に対してほぼ一定の温度差となるように制御される発熱抵抗体を有する流量計を用いて、前記排気ガスの流量を求める方法であって、
前記排気ガスの酸素濃度を予測または検出し、
前記流量計からの信号と前記酸素濃度とに基づいて、前記排気ガスの流量を求める方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記流量計からの信号に基づいて、前記発熱抵抗体から前記排気ガスへの放熱量を演算し、
前記酸素濃度に基づいて、前記排気ガスの密度，定圧比熱，粘性係数及び熱伝導率を演算し、
前記密度，前記定圧比熱，前記粘性係数，前記熱伝導率及び前記放熱量とに基づいて演算により前記排気ガスの流量を求める方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記排気ガスの酸素濃度は、前記内燃機関の吸気側の流量と前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に供給された燃料量とに基づいて予測されることを特徴とする前記排気ガスの流量を求める方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記排気ガスの酸素濃度は、前記内燃機関の排気側に設けれたセンサにより検出されることを特徴とする前記排気ガスの流量を求める方法。
【請求項５】
前記吸気側の流量を検出し、
請求項１に記載の前記排気ガスの流量を求める方法により、前記排気ガスの流量を求め、
前記吸気側の流量と前記排気ガスの流量と前記排気ガスの酸素濃度とに基づいて、前記内燃機関に供給する燃料または前記通路の流量を制御する内燃機関の制御方法。
【請求項６】
内燃機関の吸気側と排気側とを燃焼室を介さずに接続する通路に設けられ、前記通路を前記排気側から前記吸気側へ流れる排気ガスの温度に対してほぼ一定の温度差となるように制御される発熱抵抗体を有する流量検出手段と、
前記排気ガスの酸素濃度を予測または検出する酸素濃度予測検出手段と、
前記流量検出手段からの流量信号と前記酸素濃度予測検出手段から酸素濃度信号とが入力され、これらの信号に基づいて前記排気ガスの流量を演算する演算手段と、
を備えた排気ガス流量測定装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記演算手段は、前記流量計からの信号に基づいて前記発熱抵抗体から前記排気ガスへの放熱量を演算する機能と、前記酸素濃度信号に基づいて前記排気ガスの密度，定圧比熱，粘性係数及び熱伝導率を演算する機能と、前記密度，前記定圧比熱，前記粘性係数，前記熱伝導率及び前記放熱量とに基づいて前記排気ガスの流量を演算する機能とを有することを特徴とする排気ガス流量測定装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記排気ガスの酸素濃度は、前記内燃機関の吸気側の流量と前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に供給された燃料量とに基づいて予測されることを特徴とする排気ガス流量測定装置。
【請求項９】
請求項６において、
前記排気ガスの酸素濃度は、前記内燃機関の排気側に設けられたセンサにより検出されることを特徴とする排気ガス流量測定装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の排気ガス流量測定装置と、
前記内燃機関の吸気側に設けられ、吸気側の流量を検出するた別の流量検出手段と、
前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記排気ガスの流量と前記酸素濃度と前記吸気側の流量とに基づいて、前記燃料供給手段を制御する制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の吸気側と排気側とを燃焼室を介さずに接続する通路に設けられ、前記通路を前記排気側から前記吸気側へ流れる排気ガスの温度に対してほぼ一定の温度差となるように制御される発熱抵抗体を有する流量検出手段からの流量信号と、前記排気ガスの酸素濃度を予測または検出する酸素濃度予測検出手段からの酸素濃度信号とが入力され、これらの信号に基づいて前記排気ガスの流量を演算する排気ガス流量測定装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記演算は、前記流量計信号に基づいて、前記発熱抵抗体から前記排気ガスへの放熱量を演算し、前記酸素濃度信号に基づいて、前記排気ガスの密度，定圧比熱，粘性係数及び熱伝導率を演算し、前記密度，前記定圧比熱，前記粘性係数，前記熱伝導率及び前記放熱量とに基づいて前記排気ガスの流量を演算することを特徴とする排気ガス流量測定装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の排気ガス流量測定装置からの排気ガスの流量信号と、前記内燃機関の吸気側に設けられた別の流量検出手段からの流量信号と、前記酸素濃度信号とに基づいて、前記内燃機関に燃料を供給する燃料手段に制御信号を出力する内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
内燃機関の吸気側と排気側とを燃焼室を介さずに接続する通路に設けられた流量計を用いて、前記通路を前記排気側から前記吸気側へ流れる排気ガスの流量を求める方法であって、
前記排気ガスの酸素濃度を予測または検出し、
前記流量計から信号と前記酸素濃度とに基づいて、前記排気ガスの流量を求める方法。
【請求項１５】
排気を再循環させるための排気還流路に設けられたＥＧＲ弁と、同じく排気還流路に設けられた再循環排気ガス質量流量を計測する再循環排気ガス質量流量計測手段と、吸気通路内に吸入される吸入空気質量流量を計測する吸入空気質量流量計測手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて指令噴射量を算出する指令噴射量算出手段と、
前記吸入空気質量流量計測手段より出力される吸入空気質量流量信号，前記再循環排気ガス質量流量計測手段より出力される再循環排気ガス質量流量信号、及び前記指令噴射量算出手段で算出された指令噴射量情報を用いて、シリンダ内の燃焼毎の排気ガス成分濃度を予測する排気ガス成分濃度予測手段とを有し、
前記吸入空気質量流量信号，再循環排気ガス質量流量信号および予測排気ガス成分濃度に基づき、シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（酸素量／燃料噴射量比）を演算し、予めエンジン運転状況に応じて設定された目標全吸入空気中の酸素濃度と目標酸素量／燃料噴射量比とを比較して少なくとも上記ＥＧＲ弁もしくは燃料噴射量を制御する排気還流制御装置において、
前記再循環排気ガス質量流量信号を前記予測排気ガス成分濃度に基づいて補正する再循環排気ガス質量流量補正手段を有し、補正後の再循環排気ガス質量流量を用いてシリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（目標酸素量／燃料噴射量比）を演算することを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の排気還流制御装置において、排気還流路に設けられた再循環排気ガス温度を計測する再循環排気ガス温度計測手段有し、前記排気ガス成分濃度予測手段による予測排気ガス成分濃度と、前記再循環排気ガス温度計測手段より出力される再循環排気ガス温度信号に基づき、前記再循環排気ガス質量流量計測手段より出力される再循環排気ガス質量流量信号を補正する再循環排気ガス質量流量補正手段を設けたことを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項１７】
請求項１ないし２に記載の排気還流制御装置において、排気還流路に設けられた排気
Ｏ2 濃度を検出するＯ2 センサを配置し、定常運転状態で前記予測排気ガス成分濃度の内排気Ｏ2 濃度予測値と前記Ｏ2 センサの出力値が一致するように、前記排気ガス成分濃度予測手段を学習補正する機能を持たせたことを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項１８】
請求項１５ないし１６に記載の排気還流制御装置において、排気還流路に設けられた排気ＣＯ2 濃度を検出するＣＯ2 センサを配置し、定常運転状態で前記予測排気ガス成分濃度の内排気ＣＯ２濃度予測値と前記ＣＯ2 センサの出力値が一致するように、前記排気ガス成分濃度予測手段を学習補正する機能を持たせたことを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項１９】
請求項１５ないし請求項１８に記載の排気還流制御装置において、前記吸入空気質量流量計測手段および再循環排気ガス質量流量計測手段は、少なくともヒータを有する質量流量計であることを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項２０】
請求項１５ないし請求項１９に記載の排気還流制御装置において、前記排気ガス成分濃度予測手段は、Ｎ2 ，Ｏ2 ，ＣＯ2 およびＨ2Ｏ の夫々の排気ガス成分濃度を予測することを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項２１】
請求項１５ないし請求項２０に記載の排気還流制御装置において、前記再循環排気ガス質量流量補正手段は、前記排気ガス成分濃度予測手段から予測されたＮ2 ，Ｏ2 ，ＣＯ2 およびＨ2Ｏ の夫々の排気ガス成分濃度と各排気ガス成分の密度，粘性係数，熱伝導率および比熱の物性値に基づいた熱伝達効果寄与分として、前記再循環排気ガス質量流量計測手段より出力される再循環排気ガス質量流量信号を補正することを特徴とする排気還流制御装置。
【請求項２２】
請求項１５ないし請求項２１に記載の排気還流制御装置において、前記排気ガス成分濃度予測手段は、前記再循環排気ガス質量流量補正手段により補正された再循環排気ガス質量流量を用いて、予測排気ガス成分濃度が所定の値まで収束するまで複数回演算を繰り返すことを特徴とする排気還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関の排気ガスを吸気系に適宜再循環させるＥＧＲすなわち排気還流制御装置、および、その排気ガスの流量を求める方法，排気ガス流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来にあっては、排気の一部を吸気系に戻すことでＮＯｘ低減を図る排気還流(ＥＧＲ)が広く使用されるようになってきている。その還流量（ＥＧＲ量）は、燃焼の安定度などと両立するように精度よく制御する必要があり、特にディーゼルエンジンに適用する場合は、ＥＧＲ過多になるとスモークの発生が大となるため、エンジンの運転状況に応じた高精度なＥＧＲ制御が必要である。
【０００３】
ところで従来のＥＧＲ制御としては、特許文献１がある。この従来例では、吸気通路内に吸入される新気吸入量を計測する吸入空気質量流量計と排気還流路に設けられたＥＧＲガス量を計測する再循環排気ガス質量流量計から構成されており、夫々の質量流量計により計測された新気吸入量とＥＧＲガス量から、ＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（新気吸入量＋ＥＧＲガス量））に基づいて制御を行うようになっている。
【０００４】
このような従来例では、エンジンの運転状況に応じた高精度なＥＧＲ制御が充分とはいえなかった。すなわち低・中負荷時は空気リッチで燃焼させるために排気ガス中に多くの酸素を含んでおり、高負荷になると減少し運転状態により排気ガス中の酸素が大きく変化するが、上記従来例では、再循環排気ガス質量流量計からＥＧＲガス量の情報だけが得られるが排気ガス中の酸素の情報を得ることが出来ないために高精度なＥＧＲ制御を行うことが困難であった。
【０００５】
一方、これに対してＥＧＲガスを含む全吸入空気中の酸素絶対量の変化に応じて低スモークを、また、全吸入空気中の酸素濃度の変化に応じてＮＯｘを低減させるべくＥＧＲ制御を行う排気還流制御法の従来例が特許文献２に記載されている。
【０００６】
上記の従来例では、エンジンの運転状況に応じてＥＧＲ弁の開度を調節することにより排気還流制御を行うに際して、ＥＧＲガスを含む全吸入空気中の酸素濃度、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比を求め、この酸素燃料比とスモーク許容限界値とを比較して、酸素燃料比が小さいときはスモーク許容限界値と等しくなるようにＥＧＲ弁を制御し、大きいときには酸素濃度が目標酸素濃度と等しくなるようにＥＧＲ弁を制御するもので、このように制御することで、目標となるスモークレベルを維持するために必要な酸素量が確保でき、スモークの排出量を常に許容値内に抑えつつ、最大限のＮＯｘの低減が図れる構成となっている。
【０００７】
この従来例では、ＥＧＲガスを含む全吸入空気中の酸素濃度と酸素量の計測には、吸気通路の排気還流路との接続位置よりも下流側（エンジン側）に、吸気圧力を検知する圧力センサと吸気温度を測定する吸入温度センサによって新気に合流したＥＧＲガスを含む全吸入空気の流量を測定する流量センサと、固体電解質の起電力等を利用して全吸入空気中の酸素濃度を測定するＯ2 センサを用いている。
【０００８】
このように構成された従来例では、Ｏ2 センサ自体の化学的反応遅れのため、実際の
ＥＧＲガスを含む全吸入空気Ｏ2 濃度とＯ2 センサで検出したＯ2 濃度とが異なり、制御精度、特に過渡時の制御精度が大幅に低下するという問題がある。また、上記吸気圧力を検知する圧力センサと吸気温度を測定する吸入温度センサによって構成された全吸入空気の流量を測定する流量センサでは、ＥＧＲガスを含む全吸入空気のガス成分が変化することから正確に質量流量を計測することが困難である。
【０００９】
【特許文献１】特表２００３−５１６４９６号公報
【特許文献２】特開平９−１２６０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、検出精度の良い排気ガスの流量を求める方法，排気ガス流量測定装置を実現すること、及び、応答性に優れ、且つ精度の良いＥＧＲ制御が可能な排気還流制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。
【００１２】
例えば、上記目的は、内燃機関の吸気側と排気側とを燃焼室を介さずに接続する通路に設けられ、前記通路を前記排気側から前記吸気側へ流れる排気ガスの温度に対してほぼ一定の温度差となるように制御される発熱抵抗体を有する流量計を用いて、前記排気ガスの流量を求める方法であって、前記排気ガスの酸素濃度を予測または検出し、前記流量計からの信号と前記酸素濃度とに基づいて、前記排気ガスの流量を求めること等により達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、検出精度の良い排気ガスの流量を求める方法，排気ガス流量測定装置を実現すること、及び、応答性に優れ、且つ精度の良いＥＧＲ制御が可能な排気還流制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用した第一の実施例である排気還流制御装置であり、以下構成を説明する。この排気還流制御装置は、内燃機関エンジン１と、これに吸入空気２を供給する為にエアクリーナ１２とスロットル弁１５が設置された吸気通路４と、排気ガス３をクリーン化するための排気ガス触媒１３を通して排出する排気通路５と、排気を還流(再循環)させるための排気還流路６に設けられたＥＧＲ弁７と、排気ガスを冷却しシリンダ吸入効率を高める為のＥＧＲクーラ１０と、吸気通路４に設けられその吸入空気質量流量を計測する吸入空気質量流量計８と、排気還流路６に設けられた再循環排気ガス質量流量を計測する再循環排気ガス質量流量計９と、運転状況を示すアクセル開度センサ１６とエンジン回転センサ１７と、各検出手段による検出値及びエンジン運転状況に応じてＥＧＲ弁７，スロットル弁１５および燃料噴射インジェクター１４を動作させるコントロールユニット
１１とにより主として構成されている。
【００１６】
排気還流路６は、排気通路５及び吸気通路４にこれらを短絡するように接続されている。ＥＧＲ弁７とスロットル弁１５は、コントロールユニット１１に結線され、その開度に応じて排気通路５を流れる排気ガスの一部を吸気通路４に合流させて、エンジン１に還流させるようになっている。
【００１７】
吸入空気質量流量計８と再循環排気ガス質量流量計９は、少なくともヒータを有する熱式の質量流量計からなり、吸入空気と再循環排気ガスの流れによるヒータの放熱特性（熱伝達効果）から夫々の質量流量を直接検出する。ヒータの温度制御は、各被計測媒体の温度より一定温度高く設定するかまたはある一定の固定温度に設定してもよく、ヒータへの供給電力またはヒータの温度分布等から質量流量を直接検出する。
【００１８】
これら吸入空気質量流量計８と再循環排気ガス質量流量計９は、それぞれコントロールユニット１１に結線されている。このほか運転状況を検出するためのセンサとして、エンジン１の回転数Ｎｅを計測するエンジン回転センサ１７と、アクセル開度を計測するためのアクセル開度センサ１６とが備えられ、コントロールユニット１１に結線されている。
【００１９】
次に、図２により、本実施例のコントロールユニット１１の排気還流制御方法について説明する。
【００２０】
コントロールユニット１１は、入出力部，記憶部および演算部（ＣＰＵ）からなり、入出力部は上記の各種センサとアクチュエータに連結され、記憶部にはエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＶＬ等の運転状態に対応した指令燃料噴射量Ｑｒ，目標全吸入空気中の酸素濃度，目標酸素量／燃料噴射量比およびスモーク許容限界値（スモークリミット）等がマップとして記憶されている。
【００２１】
演算部（ＣＰＵ）では、まずエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度のマップから算出される基本噴射量と、エアコン等に必要な駆動力を得るための噴射量との和によって指令燃料噴射量Ｑｒ求められる。また、吸入空気質量流量計８からの吸入空気質量Ｑａ，再循環排気ガス質量流量計９からの補正前の再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏ，エンジン回転センサ１７からのエンジン回転数Ｎｅと先の指令燃料噴射量Ｑｒの情報からシリンダ内の燃焼毎の排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）を予測する排気ガス成分濃度予測演算を行う。
【００２２】
次に、演算された予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）に基づいて再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏを補正演算し補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１を求める。更に、補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１，予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）および吸入空気質量Ｑａから、シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素質量Ｑｏ (＝Ｑａ＊０.２１＋Ｑｅ１＊Ｄｏ)とそれ以外の不活性ガス質量Ｑｅｔｃ（＝Ｑａ＋Ｑｅ１−Ｑｏ）を演算した後に、シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度
（Ｑｏ／（Ｑｏ＋Ｑｅｔｃ））、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（酸素量／燃料噴射量比）（Ｑｏ／Ｑｒ）を高精度に演算する。そして、予め記憶部にエンジン運転状況（エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度）に応じて設定された全吸入空気中の目標酸素濃度（Ｑｏ／（Ｑｏ＋Ｑｅｔｃ）と目標酸素量／燃料噴射量比（Ｑｏ／Ｑｒ）とを比較してＥＧＲ弁７，スロットル弁１５もしくは燃料噴射インジェクター１４の燃料噴射量Ｑｒを制御する。
【００２３】
ここで上記のシリンダ内の燃焼毎の排気ガス成分濃度を予測する排気ガス成分濃度予測演算に関して、図３を用いて以下の説明する。
【００２４】
まずは、排気ガス中の酸素濃度の推定を行う。図３にて、吸気通路４から吸入空気質量流量Ｑａ（内数として酸素質量流量Ｏａ）と再循環排気ガス質量流量Ｑｅ（内数として酸素質量流量Ｏｅ）が内燃機関のシリンダ１に導入される。また、指令燃料噴射量（質量）
Ｑｒが燃料噴射インジェクター１４から同じくシリンダ１内に噴射されると、一回転当りシリンダから排出される既燃排気ガス質量Ｑｔ（内数として酸素質量流量Ｏｔ）は次式で表される。
【００２５】
Ｑｔ＝Ｑａ＋Ｑｅ＋Ｑｒ                                              …（１）
また、既燃排気ガス内の酸素質量流量Ｏｔは、指令燃料噴射量Ｑｒがシリンダ内で燃焼することにより消費される酸素質量をＯｃとすると次式となる。
【００２６】
Ｏｔ＝Ｏａ＋Ｏｅ−Ｏｃ                                              …（２）
ここで、吸入空気の酸素質量流量Ｏａは酸素と窒素で成分比が変わらないので
Ｏａ＝０.２１×Ｑａ                                                 …（３）
一方、指令燃料噴射量Ｑｒによりシリンダ内で燃焼に消費される酸素質量をＯｃは、燃焼の理論空燃比（１４.６）を用いると次式となる。
【００２７】
Ｏｃ＝０.２１×Ｑｒ×１４.６＝３.１×Ｑｒ                           …（４）
（３）式と（４）式を（２）式に代入すると
Ｏｔ＝０.２１×Ｑａ＋Ｏｅ−３.１×Ｑｒ                              …（５）
となる。また、既燃排気ガス質量Ｑｔ（内数として酸素質量流量Ｏｔ）と再循環排気ガス質量流量Ｑｅ（内数として酸素質量流量Ｏｅ）の酸素濃度Ｄｏは同じになるので
Ｄｏ＝Ｏｔ／Ｑｔ＝Ｏｅ／Ｑｅ                                        …（６）
が成り立つので、（６）式に（１）式と（５）式を代入し再循環排気ガスの酸素質量流量Ｏｅを求めると
Ｏｅ＝（０.２１×Ｑａ−３.１×Ｑｒ）／（Ｑａ＋Ｑｒ）                …（７）
となる。従って、再循環排気ガスの酸素濃度Ｄｏは
Ｄｏ＝Ｏｅ／Ｑｅ＝(０.２１×Ｑａ−３.１×Ｑｒ)／(Ｑａ＋Ｑｒ)／Ｑｅ  …（８）
となり、Ｑａは吸入空気質量流量計８から、Ｑｅは再循環排気ガス質量流量計９から、
Ｑｒは指令燃料噴射量として夫々得られることから、（７）式および（８）式から再循環排気ガスの酸素質量流量Ｏｅおよび再循環排気ガスの酸素濃度（Ｄｏ）が演算出来る。
【００２８】
次に、再循環排気ガス質量流量計９からの再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏを、演算された予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）に基づいて補正演算（補正後Ｑｅ１）する方法に関して説明する。
【００２９】
まずは、図４にて、再循環排気ガス質量流量計９の動作原理について説明する。図４の６が排気還流路で、還流路６にヒータ１８および排気ガス温度センサ１９が配置される。２０は電源、２１はヒータ１８に加熱電流を流すためのトランジスタ、２２ａ，２２ｂは抵抗、２４が差動増幅器、１１はコントロールユニットである。
【００３０】
ここで、ヒータ１８，排気ガス温度センサ１９，抵抗２２ａ，２２ｂよりなるブリッジ回路の端子２３ａ，２３ｂの電圧が差動増幅器２４に入力され、ヒータ１８の温度(Ｔｈ)が排気ガス温度に対応する排気ガス温度センサ１９の温度（Ｔｅ）よりある一定温度
（ΔＴｈ＝Ｔｈ−Ｔｅ）高くなるよう各抵抗２２ａ，２２ｂの値が設定され差動増幅器
２４によりフィードバック制御される。
【００３１】
再循環排気ガス質量流量Ｑｅの計測には、ヒータ１８に流す加熱電流に対応する抵抗
２２ｂの端子電圧がコントロールユニット１１に入力されて計測する。つまり、質量流量Ｑｅが増大するとヒータ１８が排気ガスの熱伝達効果により冷却され、ヒータ１８を一定温度（ΔＴｈ＝Ｔｈ−Ｔｅ）高くなるようフィードバック制御されていることからヒータ１８に流れる加熱電流（抵抗２２ｂの端子電圧に相当）が増大し質量流量Ｑｅとして検出できる。
【００３２】
ヒータ１８の放熱電力Ｐｈと再循環排気ガス質量流量Ｑｅの関係は、下式のキングの式で表される。
【００３３】
Ｐｈ＝（ａ＋ｂ√（Ｑｅ））ΔＴｈ                                    …（９）
ここで、（９）式の第一項（ａ）は熱伝導効果による寄与分で第二項（ｂ）は排気ガスによる熱伝達効果による寄与分である。特に、第二項に注目すると（９）式は下記近似式となる。
【００３４】
Ｐｈ≒ρ0.5＊μ-0.13＊ｋ0.63＊Ｃｐ0.37＊√（Ｕｅ）＊ΔＴｈ       …（１０）
ここで、ρは排気ガスの密度、μは粘性係数、ｋは熱伝導率、Ｃｐは定圧比熱、Ｕｅは流速である。
【００３５】
この（１０）式から、再循環排気ガス質量流量計９の出力は、ヒータの温度ΔＴｈの他に排気ガスのガス物性値（ρ，μ，ｋ，Ｃｐ）の関数となっている。吸入空気質量流量計８を同じ構成とした場合には、空気は酸素と窒素の一定比率のガスなので殆ど気にしなくて良いが、再循環排気ガスの場合は運転状態によって排気ガス成分が大きく変化することからガス物性値（ρ，μ，ｋ，Ｃｐ）の影響を無視出来ない。つまり、再循環排気ガス質量流量計９からの出力Ｑｅｏを、排気ガス成分濃度（ガス物性値（ρ，μ，ｋ，Ｃｐ））に基づいて補正する必要があることが分かる。
【００３６】
内燃機関としてディーゼルを想定した場合、燃料をｎ−デカン（Ｃ10Ｈ22）とした場合の総括反応は下式となる。
【００３７】
Ｃ10Ｈ22＋ａ（１５.５Ｏ2＋５８.３Ｎ2）
→１０ＣＯ2＋１１Ｈ2Ｏ＋１５.５（ａ−１）Ｏ2＋５８.３ａＮ2      …（１１）
ここで、ａは空気過剰率（≧１）である。（１１）式にてａ＝１で完全燃焼となり排気ガス中の酸素Ｏ2 はゼロとなり、ａが大きくなるに従い排気ガスがリーンとなり酸素Ｏ2 濃度が増大する。（１１）式から排気ガス中の酸素Ｏ2 濃度（モル％）が分かれば、他の排気ガス成分である二酸化炭素ＣＯ2 ，窒素Ｎ2 ，水蒸気Ｈ2Ｏ ガス濃度（モル％）が一意に決まる。図５に、（１１）式の計算結果を示す。排気ガス中の酸素Ｏ2濃度(モル％）Ｄｏに対して、他の排気ガス成分である二酸化炭素ＣＯ2 ，窒素Ｎ2 ，水蒸気Ｈ2Ｏ ガス濃度（モル％）Ｘｉが関数式で一意に決まり、各排気ガス成分の濃度比が求められる。
【００３８】
各排気ガス成分の濃度比が決まれば、下記式にて全排気ガスのガス物性値（ρ，μ，ｋ，Ｃｐ）が求められる。各排気ガス成分の濃度比（モル％）をＸｉとして、全排気ガスの密度ρは、
ρ＝Σ（ρ）ｉ＊Ｘｉ／１００                                      …（１２）
定圧比熱Ｃｐは、
Ｃｐ＝Σ（Ｃｐ）ｉ＊Ｍｉ＊Ｘｉ／Ｍ／１００                        …（１３）
Ｍｉ：各成分の分子量、Ｍ：全排気ガスの平均分子量＝ΣＭｉ＊Ｘｉ
粘性係数μは
μ＝Σμｉ／（１＋（１／Ｘｉ）＊Σ（ＸｊΦｉｊ））  （ｉ≠ｊ）    …（１４）
ここで、Φｉｊは、
Φｉｊ＝（１＋（μｉ／μｊ）1/2（Ｍｊ／Ｍｉ）1/4）２／（４／√２）／（１＋
Ｍｉ／Ｍｊ）1/2                                         …（１５）
熱伝導率ｋは、
ｋ＝Σｋｉ／（１＋(１.０６５／ηｉ)Σ(ＸｊΦｉｊ)）  （ｉ≠ｊ）   …（１６）
となる。
【００３９】
例えば、各排気ガス成分の分子量Ｍｉは酸素：３２，二酸化炭素：４４，水蒸気：１８，窒素：２８と各排気ガス成分の各単体ガスの物性値は夫々既知なので、排気ガス中の酸素Ｏ2 濃度（モル％）Ｄｏが分かれば、図５に示した関係式から各排気ガス成分の濃度比（モル％）をＸｉが求まり、更に上記の（１２）式から（１６）式を用いれば各単体ガスの物性値から全排気ガスの密度ρ、定圧比熱Ｃｐ，粘性係数μ，熱伝導率ｋが得られ、最終的に（１０）式から排気ガス成分濃度（ガス物性値（ρ，μ，ｋ，Ｃｐ））に基づく再循環排気ガス質量流量計９からの出力Ｑｅｏの補正量が計算できる。
【００４０】
図６に、空気（酸素濃度Ｄｏ＝２１％）と排気ガスの酸素濃度Ｄｏ＝１０％に関して、空気温度Ｔａと排気ガス温度Ｔｅが２０℃でヒータ温度がΔＴｈ＝３５０℃とした場合の、排気ガス質量流量Ｑｅと再循環排気ガス質量流量計９の出力（放熱量Ｐｈ）の計算結果を示す。図に示した様に、空気（酸素濃度Ｄｏ＝２１％）と排気ガスの酸素濃度Ｄｏ＝
１０％の排気ガスでは出力（放熱量Ｐｈ）に差異が生じる。
【００４１】
従って、例えば再循環排気ガス質量流量計９の初期較正を空気で調整した場合、酸素濃度Ｄｏが未知の排気ガスの出力がＱｅｏであった場合には、このＱｅｏの値を用いて先の（８）式を用いて再循環排気ガスの酸素濃度（Ｄｏ）を予測演算して、予測された酸素濃度（Ｄｏ）に基づいて図６に示した出力（放熱量）の差異分を補正し、より正確な再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１（＝Ｑｅｏ±補正量（Ｄｏの関数））をもとめる。
【００４２】
上記の様に関数式を用いない方法も可能である。コントロールユニット１１の記憶部に、予め空気で初期較正した再循環排気ガス質量流量計９の出力Ｖと質量流量Ｑｅｏの関係を図７に示したマップとして記憶しておく。更に、図８に示した様に、再循環排気ガス質量流量計９の出力Ｖと予測再循環排気ガスの酸素濃度（Ｄｏ）の２次元マップとして補正質量流量Ｑｉｊを同じく記憶部に記憶しておく。
【００４３】
再循環排気ガス質量流量計９の出力がＶ２の場合には、図７のマップから補正前の再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏ＝Ｑ２が得られる。更にこのＱｅｏ＝Ｑ２を用いて予測された酸素濃度がＤｏ２となった場合には、図８の２次元マップから出力Ｖ２と質量流量Ｑ２から補正量Ｑｉｊ＝Ｑ２２となり、補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１は
Ｑｅ１＝Ｑ２＋Ｑ２２                                              …（１７）
として計算できる。このように、コントロールユニット１１の記憶部に予め図７と図８に示すマップを記憶しておけば関数式より少ない計算時間でより正確な再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１が得られる。
【００４４】
上記に記載の本発明の実施例によれば、再循環排気ガス質量流量信号Ｑｅｏを予測排気ガス成分濃度Ｄｏに基づいて補正し、補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１を用いてシリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度Ｄｏ、及び上記全吸入空気中の酸素量Ｑｏと燃料噴射量Ｑｒとの比（酸素量／燃料噴射量比，Ｑｏ／Ｑｒ）を高精度に演算することから、応答性に優れ、且つ低スモークとＮＯｘ低減を確実に両立できる精度の良いＥＧＲ制御が可能な排気還流制御装置を実現することが出来る。
【００４５】
また、吸入空気質量流量計８と再循環排気ガス質量流量計９にて、質量流量を直接計測する方式なので、従来例の圧力センサを用いた体積流量計測方式に比較して、エアクリーナの目詰りなどで吸気抵抗が増加し吸入空気量が減少するといった個々の装置に固有の状況があっても、これに左右されることなく高精度なＥＧＲ制御ができる。
【００４６】
上記の実施例では、再循環排気ガス質量流量信号Ｑｅｏとして予め空気で初期較正した再循環排気ガス質量流量計９の出力Ｖを用いたが、内燃機関のシリンダの回転に同期して繰り返し演算する場合には一回前の計算結果である補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑe1を用いて再計算することも可能である。
【００４７】
また、吸入空気質量流量計８と再循環排気ガス質量流量計９からシリンダ内に到達するまでの物理的な時間遅れを補正する為に伝達関数モデルを用いて応答遅れ時間の補正をすることも可能である。
【００４８】
次に、図９を用いて、本発明を適用した第二の実施例である排気還流制御装置を説明する。図にて、図１の第一の実施例と同じ構成のものは同一符号を付した。第一の実施例と異なっているのは、排気還流路６に配置した再循環排気ガス質量流量計９の構成と傍に排気ガス温度センサ２５を追加配置した点である。
【００４９】
第二の実施例の再循環排気ガス質量流量計９と排気ガス温度センサ２５の回路構成を図１０に示す。
【００５０】
図の排気還流路６内には、ヒータ１８と排気ガス温度センサ２５が配置される。排気還流路６内の構成は第一の実施例と同じだが、回路構成が異なる。図４の第一の実施例では、ヒータ１８が排気ガス温度センサ１９とブリッジ回路を構成していたが、本実施例では、排気ガス温度センサ１９が抵抗２２ｃと置き換わっている。この為、第一の実施例では、ヒータ１８の温度（Ｔｈ）が排気ガス温度に対応する排気ガス温度センサ１９の温度
（Ｔｅ）よりある一定温度（ΔＴｈ＝Ｔｈ−Ｔｅ）高くなるようフィードバック制御されていたが、本実施例では、排気ガス温度（Ｔｅ）に関係無く一定のヒータ温度（Ｔｈ）に制御される。
【００５１】
この様に一定のヒータ温度（Ｔｈ）に制御することにより、排気ガス温度（Ｔｅ）の温度変化が大きく変化した場合でもヒータ温度（Ｔｈ）が一定となることから過温度にヒータが加熱されることが無くヒータの不具合の発生が防止できる。また、排気ガスには多量のカーボン等の浮遊物が含まれており、このカーボン等の浮遊物がヒータ１８に付着するとヒータの放熱効果（熱伝達）が変わり、再循環排気ガス質量流量計としての検出誤差が発生するが、ヒータ温度（Ｔｈ）を焼き切り効果が見込める４００℃以上の一定値に制御することによりカーボン等の浮遊物の付着を防止でき信頼性の高い構成が実現できる。
【００５２】
一方、一定のヒータ温度（Ｔｈ）に制御した場合には、先の（９）および（１０）式に示した様に、再循環排気ガス質量流量計９の出力は排気ガス温度（Ｔｅ）に強く依存する。このため、図１０に示す様に、排気還流路６内に排気ガス温度センサ２５を配置して、排気ガス温度（Ｔｅ）出力を端子２３ｃからコントロールユニット１１に取り込みヒータ１８に流れる加熱電流（抵抗２２ｂの端子電圧に相当）の出力補正を行う。
【００５３】
図１１には、本実施例のコントロールユニット１１の排気還流制御方法を示した。第一の実施例と異なるのは、排気ガス温度センサ２５が追加されたことである。この為、コントロールユニット１１では、シリンダ内の燃焼毎の排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）を予測する排気ガス成分濃度予測演算を行ったあと、予測排気ガス成分濃度(酸素濃度Ｄｏ)と上記の排気ガス温度センサ２５の排気ガス温度（Ｔｅ）に基づいて再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏを補正演算し補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１を求める。
【００５４】
第一の実施例では図８に示した様に、予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）と再循環排気ガス質量流量計９の出力（Ｖ）の２次元マップにて補正演算していたが、本実施例では、図１２に示す様に、予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）と排気ガス温度（Ｔｅ）と再循環排気ガス質量流量計９の出力（Ｖ）の３次元マップにて補正演算することとなる。
【００５５】
例えば、再循環排気ガス質量流量計９の出力がＶｉの場合には、図７のマップから補正前の再循環排気ガス質量流量Ｑｅｏ＝Ｑｉが得られる。また、予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）の値がＤｏ＝Ｄｏｋで、排気ガス温度（Ｔｅ）がＴｅ＝Ｔｅｊであった場合には、図１２の３次元マップから出力Ｖｉと酸素濃度Ｄｏｋと排気ガス温度Ｔｅｊから補正量はＱｋｊｉとなり、補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１は
Ｑｅ１＝Ｑｉ＋Ｑｋｊｉ                                            …（１８）
として計算できる。
【００５６】
（１８）式の補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１と、予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）および吸入空気質量Ｑａから、シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素質量Ｑｏとそれ以外の不活性ガス質量Ｑｅｔｃを演算した後に、シリンダ内の再循環排気ガスを含む全吸入空気中の酸素濃度（Ｑｏ／（Ｑｏ＋Ｑｅｔｃ））、及び上記全吸入空気中の酸素量と燃料噴射量との比（酸素量／燃料噴射量比）（Ｑｏ／Ｑｒ）を高精度に演算する。そして、予め記憶部にエンジン運転状況（エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度）に応じて設定された全吸入空気中の目標酸素濃度（Ｑｏ／（Ｑｏ＋Ｑｅｔｃ）と目標酸素量／燃料噴射量比（Ｑｏ／Ｑｒ）とを比較してＥＧＲ弁７，スロットル弁１５もしくは燃料噴射インジェクター１４の燃料噴射量Ｑｒを制御する。
【００５７】
本実施例によれば、第一の実施例における再循環排気ガス質量流量計９の信頼性が向上するとともに、より高精度の補正後の再循環排気ガス質量流量Ｑｅ１が得られる。
【００５８】
次に、図１３を用いて、本発明を適用した第三の実施例である排気還流制御装置を説明する。図にて、図９の第二の実施例と同じ構成のものは同一符号を付した。第二の実施例と異なっているのは、排気還流路６に酸素濃度センサ２６を追加配置した点である。また、図１４には、第三の実施例であるコントロールユニット１１の排気還流制御方法を示した。
【００５９】
本実施例では、排気還流路６に配置した酸素濃度センサ２６の酸素濃度の検出値により予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ）の誤差学習を行う。この際、定常状態で積分学習を行うことにより、定常状態における精度が向上する。内燃機関の運転状態が定常状態であることをエンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度または燃料噴射量Ｑｒの時間変化をモニターしある一定時間内の所定値に収まっていることから判断する。
【００６０】
コントロールユニット１１では、エンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度または燃料噴射量Ｑｒで決まる運転領域毎に誤差学習マップとして補正係数を記憶しておき、定常状態での誤差学習後に補正係数を修正して記憶しなおす。誤差学習後に予測排気ガス成分濃度（酸素濃度Ｄｏ２）をシリンダ内の燃焼毎に算出する。
【００６１】
この方法によれば、排気通路５に取り付けられた酸素濃度センサで排気酸素濃度を直接検出する場合（予測排気ガスを用いない従来例）と比較して、排気ガスが酸素濃度センサに到達するまでに発生する時間遅れや、酸素濃度センサ自体の化学的反応遅れが無いため、精度良く排気酸素濃度Ｄｏ２を予測できる。従って、予測された排気酸素濃度Ｄｏ２に応じてＥＧＲ制御もしくは噴射量制御を行うことにより、応答性に優れ、且つ制御精度、特に過渡時の制御精度が大幅に向上する。また、本実施例では、酸素濃度センサ２６を排気還流路６に配置したが、排気通路５に配置しても発明の効果に変わりがない。
【００６２】
本発明の実施例である再循環排気ガス質量流量計９として、ヒータ１８を排気ガス温度（Ｔｅ）よりある一定温度（ΔＴｈ＝Ｔｈ−Ｔｅ）高くする若しくは一定のヒータ温度
（Ｔｈ）とした場合の加熱電流から質量流量を計測する所謂直熱方式について示したが、ヒータの上下流に温度センサを配置し上下流の温度センサの温度差から質量流量を検出する温度差方式を用いた場合でも本発明の効果が変わることが無いのは自明である。
【００６３】
また、シリンダ内の燃焼毎の排気ガス成分濃度を予測する排気ガス成分濃度予測演算に関しては、本実施例では排気ガス中の酸素濃度の推定を行ったが、（１１）式および図５に見るように酸素濃度の変わりに二酸化炭素，水蒸気または窒素の濃度のいずれかの情報を用いても、排気ガス成分である酸素，二酸化炭素，水蒸気または窒素の夫々の濃度比が分かるで、酸素濃度以外の他のガス濃度の予測推定若しくはガス濃度センサを適用しても本発明の効果に変わりがない。
【００６４】
本実施例によれば、運転状況の急速な変化なども対応する高精度なＥＧＲ制御ができ、スモークの排出量を常に許容値内に抑えつつ最大限のＮＯｘ低減が達成されるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例である排気還流制御装置のブロック図である。
【図２】排気還流制御方法の機能の説明図である。
【図３】予測排気ガス酸素濃度の説明図である。
【図４】再循環排気ガス質量流量計９の構成図である。
【図５】排気ガス成分の計算結果である。
【図６】排気ガス成分の異なる場合の流量計９出力の計算結果である。
【図７】出力−質量流量の補正マップである。
【図８】出力−酸素濃度−質量流量の補正２次元マップである。
【図９】第二の実施例である排気還流制御装置のブロック図である。
【図１０】第二の実施例である再循環排気ガス質量流量計９の構成図である。
【図１１】第二の実施例である排気還流制御方法の機能の説明図である。
【図１２】出力−酸素濃度−排気ガス温度−質量流量の補正３次元マップである。
【図１３】第三の実施例である排気還流制御装置のブロック図である。
【図１４】第三の実施例である排気還流制御方法の機能の説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…内燃機関エンジン、２…吸入空気、３…排気ガス、４…吸気通路、５…排気通路、６…排気還流路、７…ＥＧＲ弁、８…吸入空気質量流量計、９…再循環排気ガス質量流量計、１０…ＥＧＲクーラ、１１…コントロールユニット、１２…エアクリーナ、１３…排気ガス触媒、１４…燃料噴射インジェクター、１５…スロットル弁、１６…アクセル開度センサ、１７…エンジン回転センサ、１８…ヒータ、１９，２５…排気ガス温度センサ、２０…電源、２１…トランジスタ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…抵抗、２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ…端子、２４…差動増幅器、２６…酸素濃度センサ。
【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】
2006097597.tif 000009
【図８】
2006097597.tif 000010
【図９】
2006097597.tif 000011
【図１０】
2006097597.tif 000012
【図１１】
2006097597.tif 000013
【図１２】
2006097597.tif 000014
【図１３】
2006097597.tif 000015
【図１４】
2006097597.tif 000016