(57)【要約】【課題】内燃機関の気筒に吸入される新気量および還流ガス量を制御する場合において、混合気の良好な燃焼状態を確保することができ、内燃機関の出力を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置1のECU2は、目標新気量Gair_cmdに基づき、スロットル弁機構7を介して新気量Gairを制御するとともに、目標還流ガス量Gegr_cmdに基づき、排気還流機構9を介して還流ガス量Gegrを制御する。さらに、水蒸気割合mh2oを算出し(ステップ1)、水蒸気割合mh2oを用いて、目標新気量Gair_cmdを設定し(ステップ2)、目標新気量Gair_cmdおよび水蒸気割合mh2oに基づき、推定水蒸気量Gh2oを算出し(ステップ31)、推定水蒸気量Gh2oおよび目標新気量Gair_cmdを用いて、目標還流ガス量Gegr_cmdを設定するとともに、推定水蒸気量Gh2oが多いほど、目標還流ガス量Gegr_cmdをより小さい値に設定する(ステップ32)。【選択図】図２
2011001853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標新気量に基づき、新気量可変機構を介して、内燃機関の気筒に吸入される新気の量を新気量として制御するとともに、目標還流ガス量に基づき、還流ガス量可変機構を介して、前記気筒から排出された排ガスの一部を当該気筒に還流させる量を還流ガス量として制御する内燃機関の制御装置であって、
前記新気中の水蒸気の割合を表す水蒸気割合パラメータを算出する水蒸気割合パラメータ算出手段と、
当該水蒸気割合パラメータを用いて、前記目標新気量を設定する目標新気量設定手段と、
前記目標新気量および前記水蒸気割合パラメータに基づき、前記新気中の水蒸気量の推定値を推定水蒸気量として算出する推定水蒸気量算出手段と、
当該推定水蒸気量および前記目標新気量を用いて、前記目標還流ガス量を設定するとともに、当該推定水蒸気量が多いほど、当該目標還流ガス量をより小さい値に設定する目標還流ガス量設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記新気量を検出する新気量検出手段と、
前記還流ガス量を検出する還流ガス量検出手段と、
当該検出された新気量および前記水蒸気割合パラメータに基づき、前記気筒に吸入される新気中の水蒸気量の検出値を検出水蒸気量として算出する検出水蒸気量算出手段と、
当該検出水蒸気量に前記還流ガス量を加算することにより、前記気筒に吸入される不活性ガスの量を不活性ガス量として算出する不活性ガス量算出手段と、
前記新気量に前記還流ガス量を加算することにより、前記気筒に吸入される吸入空気の量を吸入空気量として算出する吸入空気量算出手段と、
前記不活性ガス量および前記吸入空気量に基づき、前記吸入空気中の不活性ガスの割合を表す不活性ガス割合パラメータを算出する不活性ガス割合パラメータ算出手段と、
当該算出された不活性ガス割合パラメータを用いて、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒に吸入される新気量および還流ガス量を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、往復ポンプを駆動するためのものであり、制御装置は、内燃機関に吸入される空気の湿度を検出する湿度センサと、気温を検出する気温センサなどを備えている。この制御装置では、往復ポンプの設定吐出圧に応じて、内燃機関の設定出力を算出し、湿度センサおよび気温センサの検出信号に応じて、設定出力に対する実際の出力の低下分を算出するとともに、この出力の低下分を補償するように、スロットル弁の開度が増大側に制御される（段落［００２１］）。
【０００３】
また、内燃機関の制御装置として、特許文献２に記載されたものも知られており、この制御装置は、内燃機関の吸入空気の湿度を検出する湿度センサを備えている。また、内燃機関には、排気還流機構が設けられており、この排気還流機構は、排気通路内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路に還流する排気還流通路と、排気還流通路内の還流ガス量を変更するＥＧＲ制御弁とを有している。この制御装置では、湿度センサの検出信号に応じて、ＥＧＲ制御弁の開度すなわち還流ガス量が補正される。具体的には、吸入空気の湿度が高いときには、還流ガス量が減少側に補正される（第２頁右下欄、第１７行目〜第３頁左上欄、第５行目）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８６２３３号公報
【特許文献２】特開昭５８−１１０８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両用の内燃機関では、スロットル弁機構および排気還流機構を備えたものが一般的であり、そのような内燃機関を制御する制御装置において、スロットル弁機構および排気還流機構を駆動することによって、気筒内に吸入される新気量および還流ガス量をそれぞれ制御するものが知られている。このような制御装置に対して、上記特許文献１の制御手法と、特許文献２の制御手法とを組み合わせて適用した場合、還流ガス量が湿度センサの検出信号に応じて補正される関係上、以下に述べるように、内燃機関の燃焼状態が悪化し、内燃機関の出力が低下するおそれがある。
【０００６】
すなわち、湿度センサの検出信号は、気筒内に吸入される新気の湿度を表すものに過ぎないので、湿度センサの検出信号の値が一定であっても、スロットル弁の開度が増加すると、それに伴って、気筒内に吸入される水蒸気量も増加する。そのため、湿度センサの検出信号を用いただけでは、水蒸気量と還流ガス量とを合わせた不活性ガス量を精度よく制御することができず、その結果、不活性ガス量が多すぎる場合には、混合気の燃焼状態が悪化してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関の気筒に吸入される新気量および還流ガス量を制御する場合において、混合気の良好な燃焼状態を確保することができ、内燃機関の出力を向上させることができる内燃機関の制御装置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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄに基づき、新気量可変機構（スロットル弁機構７）を介して、内燃機関３の気筒に吸入される新気の量を新気量Ｇａｉｒとして制御するとともに、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに基づき、還流ガス量可変機構（排気還流機構９）を介して、気筒から排出された排ガスの一部を気筒に還流させる量を還流ガス量Ｇｅｇｒとして制御する内燃機関３の制御装置１であって、新気中の水蒸気の割合を表す水蒸気割合パラメータ（水蒸気割合ｍｈ２ｏ）を算出する水蒸気割合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、水蒸気割合パラメータを用いて、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを設定する目標新気量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄおよび水蒸気割合パラメータ（水蒸気割合ｍｈ２ｏ）に基づき、新気中の水蒸気量の推定値を推定水蒸気量Ｇｈ２ｏとして算出する推定水蒸気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３１）と、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏおよび目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを用いて、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを設定するとともに、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏが多いほど、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄをより小さい値に設定する目標還流ガス量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ３２）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の制御装置によれば、目標新気量に基づき、新気量可変機構を介して、新気量が制御される。この目標新気量は、新気中の水蒸気の割合を表す水蒸気割合パラメータを用いて算出されるので、新気中の水蒸気の割合を反映させながら、新気量を精度よく制御することができる。また、目標還流ガス量に基づき、還流ガス量可変機構を介して、還流ガス量が制御される。この目標還流ガス量は、目標新気量と、新気中の水蒸気量の推定値である推定水蒸気量とを用いて設定されるとともに、推定水蒸気量が多いほど、目標還流ガス量がより小さい値に設定されるので、推定水蒸気量の多少を反映させながら、還流ガス量を適切に制御することができる。具体的には、推定水蒸気量が多いほど、還流ガス量をより小さい値に制御することができる。それにより、従来と異なり、新気中の、水蒸気量と還流ガス量とを合わせた不活性ガス量を精度よく制御することができる。以上のように、新気量および不活性ガス量を精度よく制御できることで、混合気の良好な燃焼状態を確保することができ、内燃機関の出力を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、新気量Ｇａｉｒを検出する新気量検出手段（ＥＣＵ２、エアフローセンサ２０）と、還流ガス量Ｇｅｇｒを検出する還流ガス量検出手段（ＥＣＵ２、吸気圧センサ２１、ＥＧＲ弁開度センサ２２、クランク角センサ２６、アクセル開度センサ２７、ステップ５１）と、検出された新気量Ｇａｉｒおよび水蒸気割合パラメータ（水蒸気割合ｍｈ２ｏ）に基づき、気筒に吸入される新気中の水蒸気量の検出値を検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏとして算出する検出水蒸気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５２）と、検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏに還流ガス量Ｇｅｇｒを加算することにより、気筒に吸入される不活性ガスの量を不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔとして算出する不活性ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５３）と、新気量Ｇａｉｒに還流ガス量Ｇｅｇｒを加算することにより、気筒に吸入される吸入空気の量を吸入空気量Ｇｃｙｌとして算出する吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５４）と、不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔおよび吸入空気量Ｇｃｙｌに基づき、吸入空気中の不活性ガスの割合を表す不活性ガス割合パラメータ（不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ）を算出する不活性ガス割合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５５）と、算出された不活性ガス割合パラメータ（不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ）を用いて、内燃機関３の点火時期ＩＧＬＯＧを制御する点火時期制御手段（ＥＣＵ２、ステップ８２〜８４）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の制御装置によれば、新気量および還流ガス量が検出され、検出された新気量および水蒸気割合パラメータに基づき、気筒に吸入される新気中の水蒸気量の検出値が検出水蒸気量として算出され、検出水蒸気量に還流ガス量を加算することにより、気筒に吸入される不活性ガスの量が不活性ガス量として算出され、新気量に還流ガス量を加算することにより、気筒に吸入される吸入空気の量が吸入空気量として算出される。そして、不活性ガス量および吸入空気量に基づき、吸入空気中の不活性ガスの割合を表す不活性ガス割合パラメータが算出され、そのように算出された不活性ガス割合パラメータを用いて、内燃機関の点火時期が制御されるので、気筒に吸入される新気中の水蒸気量の多少を反映させながら、点火時期を精度よく制御することができる。その結果、燃焼状態をさらに向上させることができ、内燃機関の出力をさらに向上させることができる（なお、本明細書における「新気量を検出」および「還流ガス量を検出」などの「検出」は、センサなどによりこれらの値を直接検出することに限らず、これらの値を他のパラメータに基づいて算出することを含む）。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】吸気制御処理を示すフローチャートである。
【図３】水蒸気割合ｍｈ２ｏの算出処理を示すフローチャートである。
【図４】目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図５】目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図６】目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図７】不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒの算出処理を示すフローチャートである。
【図８】目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図９】要求トルクＰＭＣＭＤの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１０】目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１１】目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１２】排気圧Ｐｅｘの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１３】還流ガスの密度ｒｏの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１４】目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１５】ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期する制御周期で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図１６】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図１７】基本燃料噴射量Ｔｉｍａｆｍの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１８】点火時期制御処理を示すフローチャートである。
【図１９】基本点火時期ＩＧＭの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２０】基本ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＭの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２１】補正係数ＫＩＧＥＭの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の吸気制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００１４】
エンジン３は、図示しない車両に搭載されたガソリンエンジンタイプのものであり、このエンジン３には、燃料噴射弁４および点火プラグ５が気筒毎に取り付けられている。この燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、後述するように、その開弁時間および開弁タイミングがＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。
【００１５】
また、点火プラグ５も、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、後述する点火時期ＩＧＬＯＧに応じたタイミングで燃焼室内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。すなわち、点火時期制御が実行される。
【００１６】
エンジン３の吸気通路６には、上流側から順に、エアフローセンサ２０、スロットル弁機構７および吸気圧センサ２１が設けられている。このエアフローセンサ２０（新気量検出手段）は、吸気通路６のエアフローセンサ２０付近を流れる新気の流量（以下「新気量」という）Ｇａｉｒを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１７】
スロットル弁機構７（新気量可変機構）は、スロットル弁７ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ７ｂなどを備えている。スロットル弁７ａは、吸気通路６の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により新気量Ｇａｉｒを変化させる。ＴＨアクチュエータ７ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁７ａの開度を変化させる。
【００１８】
また、吸気圧センサ２１（還流ガス量検出手段）は、吸気通路６のスロットル弁７ａよりも下流側のサージタンクの部分に配置されており、吸気通路６内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１９】
さらに、エンジン３には、排気還流機構９（還流ガス量可変機構）が設けられている。この排気還流機構９は、排気通路８内の排ガスの一部を吸気通路６側に還流するものであり、吸気通路６および排気通路８の間に接続されたＥＧＲ通路９ａと、このＥＧＲ通路９ａを開閉するＥＧＲ制御弁９ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路９ａの一端は、排気通路８のＮＯｘ浄化触媒１１よりも上流側の部位に開口し、他端は、吸気通路６のエアフローセンサ２１よりも下流側の部位に開口している。
【００２０】
ＥＧＲ制御弁９ｂは、その開度が最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁９ｂを介して、ＥＧＲ通路９ａの開度を変化させることにより、排ガスの還流量すなわち還流ガス量を制御する。
【００２１】
また、排気還流機構９には、ＥＧＲ弁開度センサ２２（還流ガス量検出手段）が設けられている。このＥＧＲ弁開度センサ２２は、ＥＧＲ制御弁９ｂの開度（以下「ＥＧＲ弁開度」という）ＥＧＲＶを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２２】
一方、ＥＣＵ２には、大気温センサ２３、大気圧センサ２４、大気湿度センサ２５、クランク角センサ２６およびアクセル開度センサ２７がそれぞれ電気的に接続されている。これらの大気温センサ２３、大気圧センサ２４および大気湿度センサ２５はそれぞれ、大気の温度（以下「大気温」という）Ｔａ、大気の圧力（以下「大気圧」という）Ｐａおよび大気の湿度（以下「大気湿度」という）Ｈａを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
また、クランク角センサ２６（還流ガス量検出手段）は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば２゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン（いずれも図示せず）が吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。
【００２４】
さらに、このアクセル開度センサ２７（還流ガス量検出手段）は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ２０〜２７の検出信号などに基づいて、新気量Ｇａｉｒ、吸気圧ＰＢＡ、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ、大気温Ｔａ、大気圧Ｐａ、大気湿度Ｈａ、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなどの、エンジン３の運転状態を表す各種の運転状態パラメータを算出する。この場合、新気量Ｇａｉｒは質量流量として、吸気圧ＰＢＡは絶対圧として、大気温Ｔａは絶対温度として、大気湿度Ｈａは相対湿度としてそれぞれ算出される。
【００２６】
さらに、ＥＣＵ２は、各種の運転状態パラメータなどに基づいて、以下に述べるように、吸気制御処理、燃料噴射制御処理および点火時期制御処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、水蒸気割合パラメータ算出手段、目標新気量設定手段、推定水蒸気量算出手段、目標還流ガス量設定手段、新気量検出手段、還流ガス量検出手段、検出水蒸気量算出手段、不活性ガス量算出手段、吸入空気量算出手段、不活性ガス割合パラメータ算出手段および点火時期制御手段に相当する。
【００２７】
以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸気制御処理について説明する。この処理は、スロットル弁機構７を介して、新気量Ｇａｉｒを制御するとともに、排気還流機構９を介して還流ガス量を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００２８】
この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、水蒸気割合パラメータとしての水蒸気割合ｍｈ２ｏを算出する。この水蒸気割合ｍｈ２ｏは、新気中の水蒸気の質量割合を表すものであり、具体的には、図３に示す手法によって、０≦ｍｈ２ｏ≦１が成立するように算出される。
【００２９】
なお、以下の説明では、新気中の乾燥空気を、これに含まれる希ガス成分を無視し、窒素、酸素、アルゴンおよび二酸化炭素のみで構成されているものと見なすとともに、乾燥空気中における窒素、酸素、アルゴンおよび二酸化炭素の体積割合Ｎ２：Ｏ２：Ａｒ：ＣＯ２を下式（１）に示すように規定する。この場合、体積割合の単位はＶｏｌ％である。
【００３０】
【数１】
2011001853.tif 000003
【００３１】
これに加えて、窒素の分子量Ｍｎ２、酸素の分子量Ｍｏ２、アルゴンの分子量Ｍａｒ、二酸化炭素の分子量Ｍｃｏ２および水蒸気の分子量Ｍｈ２ｏをそれぞれ、下式（２）〜（６）に示すように規定する。
【００３２】
【数２】
2011001853.tif 000004
【００３３】
図３に示すように、水蒸気割合ｍｈ２ｏの算出処理では、まず、ステップ１０で、下式（７）〜（１３）により、飽和水蒸気圧Ｐｓを算出する。
【００３４】
【数３】
2011001853.tif 000005
【数４】
2011001853.tif 000006
【００３５】
なお、以上の式（７）〜（１３）は、Ｗｅｘｌｅｒ−Ｈｙｌａｎｄの式から導出されるものであり、式（７）のｅｘｐ｛｝は、ネイピア数ｅを底とする指数関数を表している。
【００３６】
次に、ステップ１１で、下式（１４）により、新気中の水蒸気の体積割合Ｖｈ２ｏを算出する。
【数５】
2011001853.tif 000007
【００３７】
次いで、ステップ１２に進み、下式（１５）により、新気中の窒素の体積割合Ｖｎ２を算出する。
【数６】
2011001853.tif 000008
【００３８】
ステップ１２に続くステップ１３で、下式（１６）により、新気中の酸素の体積割合Ｖｏ２を算出する。
【数７】
2011001853.tif 000009
【００３９】
次に、ステップ１４で、下式（１７）により、新気中のアルゴンの体積割合Ｖａｒを算出する。
【数８】
2011001853.tif 000010
【００４０】
次いで、ステップ１５に進み、下式（１８）により、新気中の二酸化炭素の体積割合Ｖｃｏ２を算出する。
【数９】
2011001853.tif 000011
【００４１】
ステップ１５に続くステップ１６で、下式（１９）により、水蒸気割合ｍｈ２ｏを算出する。その後、本処理を終了する。
【数１０】
2011001853.tif 000012
【００４２】
図２に戻り、ステップ１で、水蒸気割合ｍｈ２ｏを以上のように算出した後、ステップ２に進み、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを算出する。この目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄは、新気量の目標となる値であり、具体的には図４に示すように算出される。
【００４３】
まず、ステップ２０で、目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄを算出する。この目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄは、新気中の乾燥空気の目標となる値であり、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図８に示すマップを検索することにより算出される。同図では、目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄは、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されており、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されている。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、図示しない処理で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図９に示すマップを検索することにより算出される。同図において、ＮＥ１〜ＮＥ３は、ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３の関係が成立するエンジン回転数ＮＥの所定値であり、この点は以下の説明においても同様である。
【００４４】
次いで、ステップ２１に進み、下式（２０）により、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。
【数１１】
2011001853.tif 000013
【００４５】
図２に戻り、ステップ２で、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを以上のように算出した後、ステップ３に進み、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する。この目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、還流ガス量の目標となる値であり、具体的には、図５に示すように算出される。
【００４６】
まず、ステップ３０で、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図１０に示すマップを検索することにより、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄを算出する。この目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄは、気筒に吸入される空気中の不活性ガスの割合の目標となる値であり、不活性ガスは、還流ガスと新気中の水蒸気とを合わせたものに相当する。このマップでは、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄは、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されており、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されている。すなわち、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄは、中負荷・中回転域で最も大きい値に設定されている。
【００４７】
次いで、ステップ３１に進み、下式（２１）により、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏを算出する。
【数１２】
2011001853.tif 000014
【００４８】
上式（２１）に示すように、この推定水蒸気量Ｇｈ２ｏは、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄ分の新気中に含まれる水蒸気量の推定値に相当する。
【００４９】
次に、ステップ３２で、下式（２２）により、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する。その後、本処理を終了する。
【数１３】
2011001853.tif 000015
【００５０】
なお、上式（２２）は、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄを下式（２３）のように定義するとともに、この式（２３）を目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄについて整理することにより導出される。
【数１４】
2011001853.tif 000016
【００５１】
図２に戻り、ステップ３で、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを以上のように算出した後、ステップ４に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄを算出する。この目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄは、スロットル弁７ａの開度の目標となる値であり、エンジン回転数ＮＥおよび目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄに応じて、図１１に示すマップを検索することにより算出される。このマップでは、エンジン回転数ＮＥまたは目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄが大きいほど、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄがより大きい値に設定されている。
【００５２】
次いで、ステップ５に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＴＨ制御入力Ｕｔｈを算出する。それにより、このＴＨ制御入力Ｕｔｈに対応する制御入力信号がＴＨアクチュエータ７ｂに供給されることで、スロットル弁７ａの開度が目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄになるように制御される。
【００５３】
次に、ステップ６で、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを算出する。この目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄは、ＥＧＲ制御弁９ｂの開度の目標となる値であり、具体的には、図６に示すように算出される。
【００５４】
まず、ステップ４０で、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図１２に示すマップを検索することにより、排気圧Ｐｅｘを算出する。この排気圧Ｐｅｘは、ＥＧＲ制御弁９ｂよりも排気通路８寄りのＥＧＲ通路９ａ内の圧力に相当する。このマップでは、排気圧Ｐｅｘは、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されており、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されている。すなわち、排気圧Ｐｅｘは、高負荷・高回転域で最も大きい値に設定されている。
【００５５】
次いで、ステップ４１に進み、下式（２４）により、差圧ｄＰを算出する。
【数１５】
2011001853.tif 000017
【００５６】
次に、ステップ４２で、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、還流ガスの密度ｒｏを算出する。このマップでは、還流ガスの密度ｒｏは、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されており、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されている。すなわち、還流ガスの密度ｒｏは、高負荷・低回転域で最も大きい値に設定されている。
【００５７】
ステップ４２に続くステップ４３で、下式（２５）により、目標有効開口面積Ａｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する。
【数１６】
2011001853.tif 000018
【００５８】
次いで、ステップ４４に進み、目標有効開口面積Ａｅｇｒ＿ｃｍｄに応じて、図１４に示すマップを検索することにより、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを算出する。このマップでは、目標有効開口面積Ａｅｇｒ＿ｃｍｄが大きいほど、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄがより大きい値に設定されている。ステップ４４で、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを以上のように算出する。その後、本処理を終了する。
【００５９】
図２に戻り、ステップ６で、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを以上のように算出した後、ステップ７に進み、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＥＧＲ弁制御入力Ｕｅｇｒｖを算出する。それにより、このＥＧＲ弁制御入力Ｕｅｇｒｖに対応する制御入力信号がＥＧＲ制御弁９ｂに供給されることで、ＥＧＲ制御弁９ｂの開度が目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄになるように制御される。
【００６０】
次いで、ステップ８で、不活性ガス割合パラメータとしての不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒを算出する。この不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒは、吸入空気中の不活性ガス（＝還流ガス＋水蒸気）の割合を表すものであり、具体的には、図７に示すように算出される。
【００６１】
まず、ステップ５０で、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶに応じて、図示しないマップを検索することにより、有効開口面積Ａｅｇｒを算出する。
【００６２】
次いで、ステップ５１に進み、上記有効開口面積Ａｅｇｒと、前述したステップ４１，４２でそれぞれ算出した差圧ｄＰおよび還流ガスの密度ｒｏとを用い、下式（２６）により、還流ガス量Ｇｅｇｒを算出する。
【数１７】
2011001853.tif 000019
【００６３】
次に、ステップ５２で、下式（２７）により、検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏを算出する。
【数１８】
2011001853.tif 000020
【００６４】
ステップ５２に続くステップ５３で、下式（２８）により、不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔを算出する。
【数１９】
2011001853.tif 000021
【００６５】
次いで、ステップ５４に進み、下式（２９）により、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。この吸入空気量Ｇｃｙｌは、気筒に吸入される総ガス量に相当する。
【数２０】
2011001853.tif 000022
【００６６】
次に、ステップ５５で、下式（３０）により、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒを算出する。その後、本処理を終了する。
【数２１】
2011001853.tif 000023
【００６７】
なお、以上のステップ５１〜５４では、還流ガス量Ｇｅｇｒ、検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏ、不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔおよび吸入空気量Ｇｃｙｌはいずれも、質量流量として算出される。
【００６８】
図２に戻り、ステップ８で、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒを以上のように算出した後、吸気制御処理を終了する。
【００６９】
次に、図１５を参照しながら、ＥＣＵ２により、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期する制御タイミングで実行される制御処理について説明する。この処理では、まず、ステップ６０で、燃料噴射制御処理を実行する。この燃料噴射制御処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量Ｔｏｕｔおよび燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを算出するものであり、具体的には、図１６に示すように実行される。
【００７０】
まず、ステップ７０で、下式（３１）により、乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを算出する。この乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙは、新気中の乾燥空気の量を表す値であり、質量流量として算出される。
【数２２】
2011001853.tif 000024
【００７１】
次いで、ステップ７１に進み、乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙに応じて、図１７に示すマップを検索することにより、基本燃料噴射量Ｔｉｍａｆｍを算出する。このマップでは、基本燃料噴射量Ｔｉｍａｆｍは、乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙが大きいほど、より大きい値に設定されている。
【００７２】
次に、ステップ７２で、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標当量比ＫＣＭＤを算出する。
【００７３】
ステップ７２に続くステップ７３で、排ガスの空燃比が所定値に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズム（例えば、応答指定型制御アルゴリズム）を用いて、フィードバック補正係数ＫＡＦを算出する。なお、排ガスの空燃比は、排気通路８に設けられた空燃比センサ（図示せず）の検出信号に基づいて算出される。
【００７４】
次いで、ステップ７４に進み、下式（３２）により、燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出する。
【数２３】
2011001853.tif 000025
【００７５】
次に、ステップ７５で、燃料噴射量Ｔｏｕｔおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを算出する。その後、本処理を終了する。
【００７６】
以上のように、燃料噴射量Ｔｏｕｔおよび燃料噴射時期ＣＡＩＮＪが算出されると、これらに対応する開弁タイミングおよび開弁時間で、燃料噴射弁４が制御される。
【００７７】
図１５に戻り、ステップ６０で、燃料噴射制御処理を以上のように実行した後、ステップ６１に進み、点火時期制御処理を実行する。この点火時期制御処理は、点火時期ＩＧＬＯＧを算出するものであり、具体的には、図１８に示すように実行される。なお、この処理では、点火時期ＩＧＬＯＧは、圧縮行程のＴＤＣ位置でのクランク角を値０として、このＴＤＣ位置よりも前であるほど、より大きな正の値になるように算出される。
【００７８】
図１８に示すように、この処理では、まず、ステップ８０で、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じて、図１９に示すマップを検索することにより、基本点火時期ＩＧＭを算出する。このマップでは、基本点火時期ＩＧＭは、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも進角側の値に設定されており、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも進角側の値に設定されている。すなわち、基本点火時期ＩＧＭは、高回転域で最も進角側の値に設定されている。
【００７９】
次いで、ステップ８１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じて、図２０に示すマップを検索することにより、基本ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＭを算出する。このマップでは、基本ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＭは正値に設定されているとともに、実線のハッチングで示す領域の方が、破線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定され、格子状に示す領域の方が、実線のハッチングで示す領域よりも大きい値に設定されている。すなわち、基本ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＭは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、より大きい値（すなわち進角側の値）に設定されている。
【００８０】
次に、ステップ８２で、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒに応じて、図２１に示すマップを検索することにより、補正係数ＫＩＧＥＭを算出する。このマップでは、補正係数ＫＩＧＥＭは、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、より大きな正値に設定されている。この理由については後述する。
【００８１】
ステップ８２に続くステップ８３で、下式（３３）により、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲを算出する。
【数２４】
2011001853.tif 000026
【００８２】
次いで、ステップ８４に進み、下式（３４）により、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する。その後、本処理を終了する。
【数２５】
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【００８３】
以上のように、この点火時期制御処理では、補正係数ＫＩＧＥＭが、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、より大きな正値として算出されるとともに、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲは、補正係数ＫＩＧＥＭを基本ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＭに乗算することにより算出されるので、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲは、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、より大きな正値として算出される。それにより、点火時期ＩＧＬＯＧは、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲによって、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、より進角側の値に補正されることになる。これは、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、燃焼が緩慢になるので、点火時期ＩＧＬＯＧをより進角側に補正し、混合気の燃焼温度を上昇させることで、良好な燃焼状態を確保するためである。
【００８４】
図１５に戻り、ステップ６１で、点火時期制御処理を以上のように実行した後、図１５の制御処理を終了する。
【００８５】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに基づき、スロットル弁機構７を介して、新気量が制御される。この目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄは、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄに応じて算出され、この目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄは、水蒸気割合ｍｈ２ｏを用いて算出されるので、新気中の水蒸気の割合を反映させながら、新気量を精度よく制御することができる。
【００８６】
また、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに基づき、排気還流機構９を介して、還流ガス量が制御される。この目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、目標新気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄと、新気中の水蒸気量の推定値である推定水蒸気量Ｇｈ２ｏとを用いて算出されるとともに、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏが多いほど、目標還流ガス量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄがより小さい値に設定されるので、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏの多少を反映させながら、還流ガス量を精度よく制御することができる。具体的には、推定水蒸気量Ｇｈ２ｏが多いほど、還流ガス量をより小さい値に制御することができる。それにより、従来と異なり、新気中の、水蒸気量と還流ガス量とを合わせた不活性ガス量を精度よく制御することができる。以上のように、新気量および不活性ガス量を精度よく制御できることで、混合気の良好な燃焼状態を確保することができ、エンジン３の出力を向上させることができる。
【００８７】
また、新気量Ｇａｉｒおよび水蒸気割合ｍｈ２ｏに基づいて、検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏが算出され、この検出水蒸気量Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏに還流ガス量Ｇｅｇｒを加算することにより、不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔが算出され、新気量Ｇａｉｒに還流ガス量Ｇｅｇｒを加算することにより、吸入空気量Ｇｃｙｌが算出されるとともに、不活性ガス量Ｇｉｎｅｒｔを吸入空気量Ｇｃｙｌで除算することにより、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが算出される。さらに、この不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒを用いて、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲが算出され、これを基本点火時期ＩＧＭに加算することにより、点火時期ＩＧＬＯＧが算出されるので、新気中の水蒸気量の多少を反映させながら、点火時期ＩＧＬＯＧを精度よく制御することができる。具体的には、ＥＧＲ補正項ＤＩＧＥＧＲは、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、より大きな正値として算出されるので、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いほど、点火時期ＩＧＬＯＧをより進角側の値に補正できる。その結果、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒが高いときでも、点火時期ＩＧＬＯＧが進角側に補正されることによって、混合気の燃焼温度を上昇させることができ、良好な燃焼状態を確保することができる。
【００８８】
なお、実施形態は、新気量可変機構として、スロットル弁機構７を用いた例であるが、本発明の新気量可変機構はこれに限らず、気筒に吸入される新気量を変更可能なものであればよい。例えば、新気量可変機構として、吸気弁の最大揚程であるリフトを所定範囲内で無段階で自在に変更する可変リフト機構を用いてもよい。
【００８９】
また、実施形態は、還流ガス量可変機構として、排気還流機構９を用いた例であるが、本発明の還流ガス量可変機構はこれに限らず、還流ガス量を自在に変更できるものであればよい。
【００９０】
さらに、実施形態は、水蒸気割合パラメータとして、水蒸気割合ｍｈ２ｏを用いた例であるが、本発明の水蒸気割合パラメータはこれに限らず、気筒に吸入される新気中の水蒸気の割合を表すものであればよい。例えば、水蒸気割合パラメータとして、新気中の乾燥空気の割合ｍｄｒｙを用いてもよく、その場合には、値（１−ｍｄｒｙ）を水蒸気割合として用いればよい。
【００９１】
また、実施形態は、不活性ガス割合パラメータとして、不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒを用いた例であるが、本発明の不活性ガス割合パラメータはこれに限らず、吸入空気中の不活性ガスの割合を表すものであればよい。例えば、不活性ガス割合パラメータとして、吸入空気中の乾燥空気の割合を表す乾燥空気率を用いてもよく、その場合には、値１から乾燥空気率を減算した値を不活性ガス率として用いればよい。
【００９２】
一方、実施形態は、内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータである、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄを算出した例であるが、これら以外の運転状態パラメータに応じて、目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄを算出してもよい。例えば、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じて、目標乾燥新気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＿ｃｍｄを算出してもよい。
【００９３】
また、実施形態は、内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータである、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤを用いて、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄを算出した例であるが、これら以外の運転状態パラメータに応じて、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄを算出してもよい。例えば、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じて、目標不活性ガス率ＫＥＧＲ＿ｒ＿ｃｍｄを算出してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（水蒸気割合パラメータ算出手段、目標新気量設定手段、推定水蒸気量算        出手段、目標還流ガス量設定手段、新気量検出手段、還流ガス量検出手段、検出        水蒸気量算出手段、不活性ガス量算出手段、吸入空気量算出手段、不活性ガス割        合パラメータ算出手段、点火時期制御手段）
３  内燃機関
７  スロットル弁機構（新気量可変機構）
９  排気還流機構（還流ガス量可変機構）
２０  エアフローセンサ（新気量検出手段）
２１  吸気圧センサ（還流ガス量検出手段）
２２  ＥＧＲ弁開度センサ（還流ガス量検出手段）
２６  クランク角センサ（還流ガス量検出手段）
２７  アクセル開度センサ（還流ガス量検出手段）
Ｇａｉｒ  新気量
Ｇａｉｒ＿ｃｍｄ  目標新気量
Ｇｅｇｒ  還流ガス量
Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ  目標還流ガス量
ｍｈ２ｏ  水蒸気割合（水蒸気割合パラメータ）
Ｇｈ２ｏ  推定水蒸気量
Ｇａｉｒ＿ｈ２ｏ  検出水蒸気量
Ｇｉｎｅｒｔ  不活性ガス量
Ｇｃｙｌ  吸入空気量
ＫＥＧＲ＿ｒ  不活性ガス率（不活性ガス割合パラメータ）
ＩＧＬＯＧ  点火時期
【図１】
2011001853.tif 000028
【図２】
2011001853.tif 000029
【図３】
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【図４】
2011001853.tif 000031
【図５】
2011001853.tif 000032
【図６】
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【図７】
2011001853.tif 000034
【図８】
2011001853.tif 000035
【図９】
2011001853.tif 000036
【図１０】
2011001853.tif 000037
【図１１】
2011001853.tif 000038
【図１２】
2011001853.tif 000039
【図１３】
2011001853.tif 000040
【図１４】
2011001853.tif 000041
【図１５】
2011001853.tif 000042
【図１６】
2011001853.tif 000043
【図１７】
2011001853.tif 000044
【図１８】
2011001853.tif 000045
【図１９】
2011001853.tif 000046
【図２０】
2011001853.tif 000047
【図２１】
2011001853.tif 000048