(57)【要約】【課題】ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、筒内へ流入する新気量を正確に把握して内燃機関を制御することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】吸気通路１２から筒内を経由して排気通路３０へ流入する排気流入新気量Mexを算出する手段と、ＥＧＲ通路４０の入口圧力Pegrと出口圧力Pacとの差圧に基づいて、ＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２へ還流される新気の新気割合Regr及び当該新気が還流されるまでの遅れ時間Tegrを算出する手段と、排気流入新気量Mex、新気割合Regr及び遅れ時間Tegrに基づいて、ＥＧＲ通路４０から筒内へ還流される還流新気量Mim及びその還流時期を算出する手段と、筒内に吸入される新気量が、還流時期において還流新気量Mimに相当する分減量されるように筒内流入空気量KLを補正する手段と、を備える。【選択図】図２
2015102016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に吸入される空気の量を変化させる空気系アクチュエータを有し、前記筒内に吸入される筒内流入空気量の目標値に基づいて前記空気系アクチュエータの操作量を決定し、前記操作量に従って前記空気系アクチュエータを操作する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記吸気通路から前記筒内を経由して前記排気通路へ流入する新気の量である排気流入新気量を算出する第１の算出手段と、
前記ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧に基づいて、前記排気通路から前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路へ還流される新気の新気割合及び当該新気が前記排気通路へ流入してから前記吸気通路へ還流されるまでの遅れ時間を算出する第２の算出手段と、
前記排気流入新気量、前記新気割合及び前記遅れ時間に基づいて、前記ＥＧＲ通路から前記筒内へ還流される還流新気量及びその還流時期を算出する第３の算出手段と、
前記筒内に吸入される新気量が、前記還流時期において前記還流新気量に相当する分減量されるように前記筒内流入空気量を補正する補正手段と、
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】
前記内燃機関は、過給機を有しており、
前記第１の算出手段は、
吸気管圧力と排気圧力との圧力差、及びバルブオーバーラップ量に基づいて、バルブオーバーラップ中に前記吸気通路から前記排気通路へ吹き抜ける新気の量を前記排気流入新気量として取得す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。
【請求項３】
前記内燃機関は、第１空燃比を目標空燃比とする運転と前記第１空燃比よりもリーンな第２空燃比を目標空燃比とする運転とを選択可能に構成された内燃機関であり、
前記第１の算出手段は、前記筒内流入空気量及び目標空燃比に基づいて、排気中に残存する新気の量を前記排気流入新気量として取得す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。
【請求項４】
前記ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を調整するＥＧＲバルブを備え、
前記第２の算出手段は、前記入口圧力と前記出口圧力との差圧及び前記ＥＧＲバルブの開度に基づいて、前記新気割合及び前記遅れ時間を算出することを特徴する請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第３の算出手段は、前記還流新気量及びその還流時期に基づいて、当該還流新気量の新気が吸入される気筒を特定する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、排気の一部を吸気へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機付き内燃機関においては、吸気圧力が排気圧力よりも高く、且つ吸気弁と排気弁とが共に開いたバルブオーバーラップ状態のときに、吸気弁から燃焼室に流入した新気が排気弁を通って排気側へ吹き抜けるスカベンジと呼ばれる現象が発生することがある。スカベンジによる吹き抜けの影響を考慮せずにエンジン制御を行うと燃費やエミッションの悪化を招くおそれがある。そこで、例えば、ＷＯ２０１１／０５５４３１号公報では、過給機を備えた内燃機関において、排気通路への新気の吹き抜けの有無を精度よく判定するための技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０５５４３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へと還流させる制御が行われる。このため、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてスカベンジ等によって排気通路に新気が流入すると、排気通路へ流れた新気の一部がＥＧＲ装置によって吸気通路へと還流されてしまう。スロットル等の空気系アクチュエータの操作量を決めるに当たり上記新気の還流を考慮していない場合、吸気バルブを介して筒内に流入する新気の量（以下、「筒内流入新気量」と称する）にズレが生じてしまい、所望のトルクを実現できない、エミッションが悪化するといった不具合が起きるおそれがある。
【０００５】
また、筒内流入新気量のズレは、空燃比を理論空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で切り替え可能なリーンバーンエンジンにおいて、空燃比を切り替える際にも生じうる。すなわち、内燃機関がリーン空燃比による運転から理論空燃比による運転に切り替えられた場合、排気中に含まれる新気量はリーン空燃比による燃焼に対応する量から理論空燃比による燃焼に対応する量へと変化するが、ＥＧＲ装置によって吸気通路へ還流される新気量は直ぐには変化しない。ＥＧＲ装置による新気の輸送遅れが存在するからである。つまり、空燃比の切り替え直後においては、理論空燃比による運転が行われているにもかかわらず、ＥＧＲ装置によって吸気通路へと還流される新気はリーン空燃比による燃焼に対応した量となる過渡期が存在する。このため、スロットル等の空気系アクチュエータの操作量を決めるに当たりこの輸送遅れの影響を考慮していない場合、筒内に吸入される新気量にズレが生じてしまい、上記同様の不具合が起きるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ装置から新気が還流されることによる筒内流入新気量のズレを回避することの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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒内に吸入される空気の量を変化させる空気系アクチュエータを有し、前記筒内に吸入される筒内流入空気量の目標値に基づいて前記空気系アクチュエータの操作量を決定し、前記操作量に従って前記空気系アクチュエータを操作する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記吸気通路から前記筒内を経由して前記排気通路へ流入する新気の量である排気流入新気量を算出する第１の算出手段と、
前記ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧に基づいて、前記排気通路から前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路へ還流される新気の新気割合及び当該新気が前記排気通路へ流入してから前記吸気通路へ還流されるまでの遅れ時間を算出する第２の算出手段と、
前記排気流入新気量、前記新気割合及び前記遅れ時間に基づいて、前記ＥＧＲ通路から前記筒内へ還流される還流新気量及びその還流時期を算出する第３の算出手段と、
前記筒内に吸入される新気量が、前記還流時期において前記還流新気量に相当する分減量されるように前記筒内流入空気量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、過給機を有しており、
前記第１の算出手段は、
吸気管圧力と排気圧力との圧力差、及びバルブオーバーラップ量に基づいて、バルブオーバーラップ中に前記吸気通路から前記排気通路へ吹き抜ける新気の量を前記排気流入新気量として取得することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、第１空燃比を目標空燃比とする運転と前記第１空燃比よりもリーンな第２空燃比を目標空燃比とする運転とを選択可能に構成された内燃機関であり、
前記第１の算出手段は、前記筒内流入空気量及び目標空燃比に基づいて、排気中に残存する新気の量を前記排気流入新気量として取得することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を調整するＥＧＲバルブを備え、
前記第２の算出手段は、前記入口圧力と前記出口圧力との差圧及び前記ＥＧＲバルブの開度に基づいて、前記新気割合及び前記遅れ時間を算出することを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記第３の算出手段は、前記還流新気量及びその還流時期に基づいて、当該還流新気量の新気が吸入される気筒を特定する手段を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、吸気通路から筒内を経由して排気通路へと流入する排気流入新気量が算出される。そして、算出された排気流入新気量、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路へと流入する新気の新気割合およびその遅れ時間に基づいて、筒内に吸入される還流新気量およびその還流時期が算出される。そして、筒内へ吸入される新気量が還流時期において還流新気量に相当する分減量されるように筒内流入空気量が補正される。このため、本発明によれば、ＥＧＲ通路を経由して還流される新気の影響による筒内流入新気量のズレを有効に回避することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、バルブオーバーラップ期間に吸気通路から排気通路へと吹き抜ける新気の量が排気流入新気量として算出される。過給機による過給動作によって吸気管圧力が排気圧力よりも高くなると、バルブオーバーラップ中に吸気通路から排気通路へと新気が吹き抜ける。この吹き抜け量は、吸気圧力と排気圧力との圧力差が大きいほど大きく、またバルブオーバーラップ期間が長いほど大きくなる。このため、本発明によれば、吸気圧力と排気圧力との圧力差、及びバルブオーバーラップ量に基づいて、バルブオーバーラップ期間に吸気通路から排気通路へと吹き抜ける新気量を高精度に算出することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、筒内流入空気量及び目標空燃比に基づいて、排気中に含まれる空気量が排気流入新気量として算出される。このため、本発明によれば、内燃機関の運転が、第１空燃比よりもリーンな第２空燃比目標空燃比とする運転からから第１空燃比を目標空燃比とする運転へと切り替えられた場合であっても、ＥＧＲ通路を経由して還流される新気の影響による筒内流入新気量のズレを有効に回避することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧、およびＥＧＲバルブの開度に基づいて、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路へと流入する新気の新気割合およびその遅れ時間が算出される。ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧が大きいほど、またＥＧＲバルブの開度が大きいほど、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路へと流入する新気の割合は大きくなり、また遅れ時間は短くなる。このため、本発明によれば、ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧、およびＥＧＲバルブの開度に基づいて、新気割合及び遅れ時間を精度よく算出することが可能となる。
【００１６】
第５の発明によれば、還流新気量及びその還流時期に基づいて、ＥＧＲ通路から吸気通路へ還流される新気が吸入される気筒が特定される。このため、本発明によれば、ＥＧＲ通路を経由して還流される新気の影響による筒内流入新気量のズレを気筒毎に確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される内燃機関が搭載されたシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態１に係る制御装置によって実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】内燃機関の各種運転状態に対するスカベンジにより排気に流入する排気流入新気量の変化の傾向を示す図である。
【図４】内燃機関の各種運転状態に対する新気の新気割合Regr及び遅れ時間Tegrの変化の傾向を示す図である。
【図５】本実施の形態２に係る制御装置によって実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１９】
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）が搭載されたシステムの概略構成を示す図である。図１に示すエンジン１０は、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。また、このエンジンはいわゆるリーンバーンエンジンであり、エンジンの運転モードとして、理論空燃比（第１空燃比）による運転を行うストイキ運転モードと、理論空燃比よりもリーンな空燃比（第２空燃比）による運転を行うリーン運転モードとを選択可能に構成されている。エンジン１０は、各気筒の燃焼室内に空気を供給するための吸気系、排気ガスを排出するための排気系、排気系の排気ガスの一部を吸気系へ還流させるＥＧＲ系、およびエンジン１０の運転を制御するための制御系の構成を有している。以下、これらの構成についてそれぞれ詳細に説明する。
【００２０】
エンジン１０の吸気系は吸気通路１２を備えている。吸気通路１２の入口側にはエアクリーナ１４が取り付けられている。吸気通路１２におけるエアクリーナ１４の下流側には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ（ＡＦＭ）１６が取り付けられている。吸気通路１２の出口側は、サージタンク１８および吸気バルブを介して各気筒２０の燃焼室に接続されている。吸気バルブには、バルブタイミングを可変に設定するための可変バルブタイミング機構（ＩＮ−ＶＶＴ）が設けられている。
【００２１】
吸気通路１２におけるエアフローメータ１６の下流側にはターボ過給機のコンプレッサ２２が配置されている。コンプレッサ２２の下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ２２によって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ２４が配置されている。インタークーラ２４の下流側の吸気通路には、エンジン１０内に供給される空気量を調整するためのスロットル２６が配置されている。
【００２２】
吸気通路１２には、コンプレッサ２２をバイパスして空気を流すためのエアバイパスバルブ（以下、「ＡＢＶ」とも称する）２８が設けられている。このエアバイパスバルブ２８は、例えば任意の開度を実現するアクティブ制御対応の電動式のエアバイパスバルブで構成され、スロットル２６の急閉時に開弁されることによりサージの発生を抑制してコンプレッサ２２を保護する。
【００２３】
エンジン１０の排気系は排気通路３０を備えている。排気通路３０の一端側は排気バルブを介して各気筒２０の燃焼室に接続されている。排気バルブには、バルブタイミングを可変に設定するための可変バルブタイミング機構（ＥＸ−ＶＶＴ）が設けられている。
【００２４】
吸気通路１２におけるコンプレッサ２２の上流側には、吸気通路の圧力（すなわち大気圧）Pacを検出するための圧力センサ５２が設けられている。また、吸気通路１２におけるコンプレッサ２２とスロットル２６との間には、過給圧を検出するための圧力センサ５４が設けられている。さらに、サージタンク１８には、吸気管圧力Pimを検出するための圧力センサ５４が設けられている。
【００２５】
排気通路３０の途中には、ターボ過給機のタービン３２が配置されている。タービン３２の下流側の排気通路３０には、スタート触媒（以下、「Ｓ／Ｃ」と称する）３４が配置されている。Ｓ／Ｃ３４は所謂三元触媒であって、理論空燃比近傍において排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する。
【００２６】
また、排気通路３０には、タービン３２をバイパスして排気ガスを流すためのウエストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」とも称する）３６が設けられている。また、排気通路３０におけるタービン３２の上流側には、排気圧力Pexを検出するための圧力センサ５８が設けられている。
【００２７】
また、エンジン１０のＥＧＲ系はＥＧＲ通路４０を備えている。ＥＧＲ通路４０は、その一端がＳ／Ｃ３２の下流側の排気通路３０に接続され、他端がエアフローメータ１６とコンプレッサ２２との間の吸気通路１２に接続されている。ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２と、当該ＥＧＲ通路４０の開度を調整するためのＥＧＲバルブ４４とが、排気通路３０との連通側から順に設けられている。また、ＥＧＲ通路４０の排気通路３０側の入口には、当該ＥＧＲ通路４０の入口圧力Pegrを検出するための圧力センサ６０が設けられている。
【００２８】
本実施形態のエンジン１０は、その制御系としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述のＥＧＲバルブ４４、スロットル２６、ＡＢＶ２８、ＷＧＶ３６の他、点火プラグ（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ１６、圧力センサ５２，５４，５６，５８，６０の他、クランク軸（図示せず）の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサや空燃比センサ（何れも図示せず）等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ５０は、エンジンが備える各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがってエンジンが備える各アクチュエータを動作させるようになっている。
【００２９】
［実施の形態１の動作］
次に、本実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態１に係るエンジン１０のＥＣＵ５０では、エンジン１０に対する要求トルクが受信され、この要求トルクを達成するための筒内流入空気量の目標値（目標筒内流入空気量）が要求トルクから算出される。なお、目標筒内流入空気量の算出では、空気量のトルクへの変換効率を与えるパラメータとして目標空燃比が用いられる。
【００３０】
目標筒内流入空気量は筒内に吸入される空気の量を変化させる空気系アクチュエータの操作によって実現される。このような空気系アクチュエータとしては、例えば、スロットル２６、ＩＮ−ＶＶＴ、ＥＸ−ＶＶＴ、ＷＧＶ３６及びＡＢＶ２８等が該当する。ＥＣＵ５０では、目標筒内流入空気量を達成するための空気系アクチュエータの制御量が決定される。そして、決定された操作量に従ってこれらの空気系アクチュエータの操作が行われる。空気系アクチュエータの操作によって実際の筒内流入空気量は目標筒内流入空気量に追従するように変化する。
【００３１】
また、本実施の形態１のエンジン１０では、排気通路３０を流れる排気の一部をＥＧＲ通路４０に導入して吸気通路１２へと還流させるＥＧＲが行われる。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率マップを用いて排気エミッションや燃費等を最適化するための目標ＥＧＲ率を計算する。ＥＧＲ率マップは、ＥＧＲ率がエンジン回転数、空気量及び空燃比を含むエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップは空気量、エンジン回転数及び空燃比ごとの適合によって決定されている。ＥＧＲ率マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。
【００３２】
ＥＣＵ５０は目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲバルブ開度の目標値である目標ＥＧＲバルブ開度を算出する。目標ＥＧＲバルブ開度の計算では、ＥＧＲバルブ４４の動作に対するＥＧＲ率の応答を流力学等に基づいてモデル化した数式やマップを用いることができる。なお、ＥＧＲ率はエンジン回転数や空気量の影響を受けるので、目標ＥＧＲバルブ開度の計算ではそれらをパラメータとして使用する。図中では、目標ＥＧＲバルブ開度は“EGRA”と表記されている。ＥＣＵ５０で計算された目標ＥＧＲバルブ開度はＥＧＲバルブ４４を駆動する信号に変換されてＥＧＲバルブ４４へ送信される。
【００３３】
ここで、本実施の形態１のターボ過給機付きのエンジン１０では、過給により吸気側の圧力が高まる結果、吸気バルブと排気バルブとが共に開いているバルブオーバーラップ期間に吸気通路１２から排気通路３０へと空気が吹き抜ける現象、すなわち、スカベンジが発生する。スカベンジが発生すると、排気中に含まれる新気の量が増大することとなる。
【００３４】
ＥＧＲの実行中にスカベンジが発生すると、排気中に含まれる新気の量が増大する結果、ＥＧＲガス中の新気量も増大することとなる。このようなＥＧＲガスが吸気通路１２に還流されると、吸気バルブを通過して各気筒２０の筒内に流入する新気の量（筒内流入新気量）が増大することとなる。そして、空燃比がリーン側へずれる結果、エミッションの悪化や所望のトルクを実現できない等の不具合が発生するおそれがある。
【００３５】
本実施の形態１の制御装置は、上述したスカベンジの発生によって起きる筒内流入新気量のズレを補正する制御に特徴を有している。以下、本実施の形態１の制御装置が筒内流入新気量のズレを補正する制御についてフローチャートに沿って詳細に説明する。
【００３６】
図２は、本実施の形態１のエンジン１０において、ＥＣＵ５０が筒内流入空気量のズレを補正する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図２に示す制御ルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００３７】
図２に示すルーチンでは、先ず、圧力センサ５６を用いて吸気管圧力Pimが取得される（ステップＳ１００）。次に、圧力センサ５８を用いて排気圧力Pexが取得される（ステップＳ１０２）。次に、ＩＮ−ＶＶＴ及びＥＸ−ＶＶＴへの指令値に基づいて、バルブオーバーラップ期間があるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。その結果、バルブオーバーラップ期間がないと判定された場合には、スカベンジは発生しないと判定されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３８】
一方、上記ステップＳ１０４において、バルブオーバーラップ期間があると判定された場合には、スカベンジが発生する可能性があると判定されて、次にステップに移行し、吸気管圧力Pimが排気圧力Pexよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１０６）。その結果、Pim＞Pexの成立が認められない場合には、スカベンジは発生しないと判定されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３９】
一方、上記ステップＳ１０６において、Pim＞Pexの成立が認められた場合には、スカベンジが発生すると判定されて、次のステップに移行し、スカベンジによって筒内に形成された燃焼室を吹き抜けて排気に流入する新気量（以下、「排気流入新気量」と称する）Mexが算出される（ステップＳ１０８）。図３は、内燃機関１０の各種運転状態に対するスカベンジにより排気に流入する排気流入新気量Mexの変化の傾向を示す図である。この図に示すように、排気流入新気量Mexは、バルブオーバーラップ期間が長いほど増大し、また吸気管圧力と排気圧力との圧力差が大きいほど増大する。つまり排気流入新気量Mexは、次式（１）に示すように、吸気管圧力Pim、排気圧力Pex、吸気バルブの開き時期IVOおよび排気バルブの閉じ時期EVCの関数として表すことができる。ここでは、次式（１）に従い、燃焼室を吹き抜ける排気流入新気量Mexが１サイクル毎に順次算出される。
Mex＝ｆ（Pim，Pex，IVO，EVC）  ・・・（１）
【００４０】
次に、ＥＧＲバルブ４４の開度EGRAに基づいて、ＥＧＲバルブ４４が開いているか否かが判定される（ステップＳ１１０）。その結果、ＥＧＲバルブ４４が開いていないと判定された場合には、燃焼室を吹き抜けた新気がＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２へ還流されることはないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００４１】
一方、上記ステップＳ１１０において、ＥＧＲバルブ４４が開いていると判定された場合には、燃焼室を吹き抜けた新気がＥＧＲ通路４０を関して吸気通路１２へ還流されると判断されて、次にステップに移行し、排気通路３０を流れる新気に対する排気通路３０からＥＧＲ通路４０へ流れる新気の新気割合Regrと、ＥＧＲ通路４０を通過して吸気通路１２に導入されるまでの遅れ時間Tegrとが算出される（ステップＳ１１２）。図４は、内燃機関１０の各種運転状態に対する新気の新気割合Regr及び遅れ時間Tegrの変化の傾向を示す図である。この図に示すように、新気割合Regr及び遅れ時間Tegrは、ＥＧＲバルブ４４の開度が大きいほど増大し、またＥＧＲ通路４０の入口圧力と出口圧力との圧力差が大きいほど増大する。つまり新気割合Regr及び遅れ時間Tegrは、次式（２）に示すように、入口圧力Pegr、出口圧力Pac、およびＥＧＲ開度EGRAの関数として表すことができる。ここでは、次式（２）に従い、新気の新気割合Regr及び遅れ時間Tegrが１サイクル毎に順次算出される。
（Regr，Tegr）＝ｆ（Pegr，Pac，EGRA）  ・・・（２）
【００４２】
次に、ＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２へ還流される新気量（以下、「還流新気量」と称する）Mimが算出される（ステップＳ１１４）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ１０８にて算出されたMex及び上記ステップＳ１１２にて算出されたRegrを次式（３）に代入することにより、還流新気量Mimが１サイクル毎に順次算出される。
Mim＝Mex * Regr  ・・・（３）
【００４３】
次に、上記ステップＳ１１２にて算出された遅れ時間Tegr、クランク角センサの検出信号、エアフローメータ１６の検出信号、およびスロットル２６の開度等に基づいて、算出された還流新気量Mimの新気が流入する時期（還流時期）、および当該還流時期に吸気行程を行う気筒が特定される（ステップＳ１１６）。
【００４４】
次に、上記ステップＳ１１４にて算出された還流新気量Mimが上記ステップＳ１１６において特定された気筒に流入する還流時期において、還流新気量Mimに相当する量の新気が減量されるように筒内流入空気量が補正される（ステップＳ１１８）。ここでは、具体的には、目標筒内流入空気量の値が補正される。吸気系アクチュエータの操作量は、補正された目標筒内流入空気量に基づいて決定される。
【００４５】
以上説明した通り、本実施の形態１の制御装置によれば、ＥＧＲが行われている期間にスカベンジが発生した場合であっても、筒内流入新気量のズレを有効に回避することができる。
【００４６】
ところで、上述した実施の形態１の制御装置では、内燃機関１０がターボ過給機付きのリーンバーンエンジンである場合について説明したが、過給機を備えるエンジンであれば、ストイキ空燃比のみによる運転を行うエンジンやディーゼルエンジン等でもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態１の制御装置では、圧力センサ５２，５４，５６，５８，６０によってそれぞれが配置された場所の圧力を検出することとしているが、公知の手法を用いてこれらの圧力をそれぞれ推定する構成としてもよい。
【００４８】
また、上述した実施の形態１の制御装置では、上式（１）を用いて排気流入新気量Mexを算出することとしているが、排気流入新気量Mexの算出方法はこれに限られず、他の公知の手法を用いて行うこととしてもよい。例えば上記先行技術文献（特開２０１３−２４２０３号公報）の技術を用いた場合には、スロットルモデルによって実スロットル開度からスロットル通過流量を算出し、次に、吸気管モデルによってスロットル通過流量から吸気管圧力を算出する。そして、吸気管モデルによって吸気管圧力から吸気弁通過空気量と筒内流入空気量をそれぞれ算出し、これらの差から排気流入新気量Mexを算出することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１の制御装置では、筒内流入空気量KLが第１の発明の「筒内流入空気量」に、排気流入新気量Mexが第１の発明の「排気流入新気量」に、新気割合Regrが第１の発明の「新気割合」に、遅れ時間Tegrが第１の発明の「遅れ時間」に、還流新気量Mimが第１の発明の「還流新気量」に、それぞれ相当している。また上述した実施の形態１の制御装置では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ１０８の処理を実行することにより、第１の発明の「第１の算出手段」が、上記ステップＳ１１２の処理を実行することにより、第１の発明の「第２の算出手段」が、上記ステップＳ１１４及びＳ１１６の処理を実行することにより、第１の発明の「第３の算出手段」が、上記ステップＳ１１８の処理を実行することにより、第１の発明の「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５０】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。本発明の実施の形態２に係る制御装置は、図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５１】
上述したとおり、図１に示すエンジン１０は、エンジンの運転モードとして、理論空燃比による運転を行うストイキ運転モードと、理論空燃比よりもリーンな空燃比による運転を行うリーン運転モードとを選択可能に構成されている。ここで、目標ＥＧＲ率は、エンジン回転数、空気量及び空燃比を含むエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップに基づいて計算される。このため、例えば、エンジン１０へのトルクアップ要求を受けて運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードへと切り替えられた場合、目標ＥＧＲ率はリーン空燃比に対応した値からストイキ空燃比に対応した値に切り替えられる。
【００５２】
しかしながら、実際のＥＧＲ率は即座には変化しない。排気通路３０を流れる排気がＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２まで輸送されるのに遅れ時間Tegrがあるからである。リーン燃焼モードによる運転中においては、燃焼後の筒内に残存する新気量がストイキ燃焼モードによる運転中に比して多くなる。このため、エンジン１０の運転モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへと切り替えられてから遅れ時間Tegrが経過するまでの期間は、目標空燃比および目標ＥＧＲ率は理論空燃比に対応した値になるにもかかわらず、筒内へ還流されるＥＧＲガス中の新気量はリーン空燃比に対応する値に維持されてしまい、これにより実際の空燃比がリーン側にずれてしまう。
【００５３】
本実施の形態２の制御装置は、運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードへと切り替えた場合に発生する筒内流入新気量のズレを補正する制御に特徴を有している。以下、本実施の形態２の制御装置による筒内流入新気量のズレを補正する制御についてフローチャートに沿って詳細に説明する。
【００５４】
図５は、本実施の形態２のエンジン１０において、ＥＣＵ５０が筒内流入空気量の補正を実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示す制御ルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００５５】
図５に示すルーチンでは、先ず、エンジン１０の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードへ切り替えられたか否かが判定される（ステップＳ２００）。その結果、運転モードがストイキ運転モードへと切り替えられていないと判定された場合には、筒内流入新気量の補正は不要と判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５６】
一方、上記ステップＳ２００において、運転モードがストイキ運転モードへと切り替えられたと判定された場合には、次のステップに移行し、ＥＧＲバルブ４４の開度EGRAに基づいて、ＥＧＲバルブ４４が開いているか否かが判定される（ステップＳ２０２）。その結果、ＥＧＲバルブ４４が開いていないと判定された場合には、排気中の新気がＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２へ還流されることはないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５７】
一方、上記ステップＳ２０２において、ＥＧＲバルブ４４が開いていると判定された場合には、排気中の新気が輸送遅れを含んで吸気通路１２へ還流されると判断されて、次のステップに移行し、エアフローメータ１６により検出される筒内流入空気量KLと目標空燃比AFrefに基づいて、各気筒２０の筒内から排気されるガスに含まれる排気流入新気量Mexが算出される（ステップＳ２０４）。
【００５８】
次に、排気通路３０を流れる新気に対する排気通路３０からＥＧＲ通路４０へ流れる新気の新気割合Regrと、排気通路３０へ流入した新気がＥＧＲ通路４０を通過して吸気通路１２に導入されるまでの遅れ時間Tegrとが算出される（ステップＳ２０６）。次に、ＥＧＲ通路４０を介して吸気通路１２へ還流される還流新気量Mimが算出される（ステップＳ２０８）。次に、上記ステップＳ２０６にて算出された遅れ時間Tegr、クランク角センサの検出信号、エアフローメータ１６の検出信号、およびスロットル２６の開度等に基づいて、算出された還流新気量Mimの新気が流入する時期（還流時期）、および当該還流時期に吸気行程を行う気筒が特定される（ステップＳ２１０）。次に、上記ステップＳ２０８にて算出された還流新気量Mimが上記ステップＳ２１０において特定された気筒に流入する還流時期において、還流新気量Mimに相当する量の新気が減量されるように、筒内流入空気量が補正される（ステップＳ２１２）。上記ステップＳ２０６からＳ２１２では、具体的には、図２におけるステップＳ１１２からＳ１１８と同様の処理が実行される。なお、ステップＳ２１２の処理は、エンジン１０の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードへ切り替えられた時点において筒内から排気された新気が筒内へ還流されるまでの間、つまり、エンジン１０の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードへ切り替えられた時点における排気流入新気量Mexの遅れ時間Tegrが経過した時点で終了される。
【００５９】
以上説明した通り、本実施の形態２の制御装置によれば、ＥＧＲが行われている期間に運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードへと切り替えられた場合であっても、筒内流入新気量のズレを有効に回避することが可能となる。
【００６０】
ところで、上述した実施の形態２の制御装置では、内燃機関１０がターボ過給機付きのリーンバーンエンジンである場合について説明したが、ターボ過給機は備えていなくてもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態２の制御装置では、圧力センサ５２，５４，５６，５８，６０によってそれぞれが配置された場所の圧力を検出することとしているが、公知の手法を用いてこれらの圧力をそれぞれ推定する構成としてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態２の制御装置では、エンジン１０の運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードへ切り替える場合の筒内流入新気量を補正したが、運転モードをストイキ運転モードからリーン運転モードへ切り替える場合に同様の補正を行うこととしてもよい。
【００６３】
なお、上述した実施の形態２の制御装置では、筒内流入空気量KLが第１の発明の「筒内流入空気量」に、排気流入新気量Mexが第１の発明の「排気流入新気量」に、新気割合Regrが第１の発明の「新気割合」に、遅れ時間Tegrが第１の発明の「遅れ時間」に、還流新気量Mimが第１の発明の「還流新気量」に、それぞれ相当している。また上述した実施の形態２の制御装置では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ２０４の処理を実行することにより、第１の発明の「第１の算出手段」が、上記ステップＳ２０６の処理を実行することにより、第１の発明の「第２の算出手段」が、上記ステップＳ２０８及びＳ２１０の処理を実行することにより、第１の発明の「第３の算出手段」が、上記ステップＳ２１２の処理を実行することにより、第１の発明の「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００６４】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  吸気通路
１４  エアクリーナ
１６  エアフローメータ（ＡＦＭ）
１８  サージタンク
２０  気筒
２２  コンプレッサ
２４  インタークーラ
２６  スロットル
２８  エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
３０  排気通路
３２  タービン
３４  スタート触媒（Ｓ／Ｃ）
３６  ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４０  ＥＧＲ通路
４２  ＥＧＲクーラ
４４  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２，５４，５６，５８，６０  圧力センサ
AFref  目標空燃比
EGRA  ＥＧＲバルブ開度
EVC  排気バルブ閉じ時期
IVO  吸気バルブ開き時期
KL  筒内流入空気量
Mex  排気流入新気量
Mim  還流新気量
Pac  出口圧力
Pegr  入口圧力
Pex  排気圧力
Pim  吸気管圧力
Regr  新気割合
Tegr  遅れ時間
【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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