(57)【要約】【課題】加速性の向上と加速時の排ガス特性の向上とを実現する。【解決手段】ＥＣＵ８は、シリンダ位置での排気Ｏ２　濃度を予測演算し、その予測値と目標排気Ｏ２　濃度との偏差に応じてＥＧＲバルブ７の開度をＦ／Ｂ制御する。この場合、急激な排圧の変動に対してＥＧＲバルブ７の応答が遅れることがなく、速やかに追従させることができる。従って、従来のＥＧＲ制御（例えばエアフロメータ９の検出値と目標値との偏差に応じてバルブ開度をＦ／Ｂ制御する方法）と比較すると、ＥＧＲバルブ７の反応が速いので、排圧の上昇によるＥＧＲ量の増加を伴うことなく、ＶＮＴ２のＦ／Ｂゲインを大きくすることができ、ＶＮＴ２の高応答が実現できる。その結果、加速性が向上し、且つスモークが減少して排ガス特性が向上する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーン開度に応じて過給圧を可変する可変容量型の過給機と、
バルブ開度に応じて吸気系に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を可変するＥＧＲ装置とを備える内燃機関に対し、前記過給機のベーン開度及び前記ＥＧＲ装置のバルブ開度を制御する制御装置であって、
吸気通路内に吸入される吸入空気量を計測する空気量計測手段と、
前記吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
少なくとも前記吸入空気量と前記吸気圧とを用いてシリンダ位置での吸気状態を予測する吸気状態予測手段と、
この吸気状態予測手段で予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じて前記ＥＧＲ装置のバルブ開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、
実際の過給圧（前記吸気圧センサの検出値）と目標過給圧との偏差、または前記過給圧に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて前記過給機のベーン開度をフィードバック制御する過給機制御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】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記過給圧に相関するパラメータとは、前記空気量計測手段にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つ、あるいは前記吸気状態予測手段にて予測される前記シリンダ位置での吸気状態であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
前記吸気状態とは、前記シリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給圧とＥＧＲ量の双方を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可変容量型の過給機（ＶＮＴと呼ぶ）を有するエンジンにおいて、排気ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲを実施するものが知られている。
ＶＮＴは、ベーン開度（絞り量）に応じて過給圧を可変するもので、例えば過給圧センサで検出される実際の過給圧が目標過給圧に収束する様にベーン開度をフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御するものが知られている。
ＥＧＲは、ＥＧＲ通路の開口割合を調節するＥＧＲバルブを有し、例えばエアフロメータにて計測される実際の吸入空気量が目標吸入空気量に収束する様に、ＥＧＲバルブの開度をＦ／Ｂ制御するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、加速時には、シリンダに流入する新気の導入を早めて加速感を向上させたいという要求がある。これに対し、ＶＮＴのＦ／Ｂゲインを大きくして応答を速くすることが考えられる。
しかし、加速感を得るために、ＥＧＲバルブのＦ／Ｂ制御時にＶＮＴの応答を速くすると、図１０（ａ）に示す様に、ＶＮＴのＦ／Ｂゲインが小さく応答が遅い場合やＶＮＴをオープン制御した場合（図中、細い実線で示す）と比較して、排圧の上昇に伴ってＥＧＲ量が増加するため、却って加速性が悪くなると共に、スモークの発生量が増加するという問題が生じる。
【０００４】
これは、エアフロメータの位置とシリンダ位置との間に距離があり、排圧変動に伴うＥＧＲ量の増減の影響が瞬時にはエアフロメータの検出結果に反映されないためである。その結果、ＶＮＴの応答を速くしても、排圧の上昇に対してＥＧＲバルブが速やかに追従できないため、スモークの増加を招いてしまう。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、加速性の向上と、加速時の排ガス特性の向上とを実現できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、ベーン開度に応じて過給圧を可変する可変容量型の過給機と、バルブ開度に応じて吸気系に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を可変するＥＧＲ装置とを備える内燃機関に対し、過給機のベーン開度及びＥＧＲ装置のバルブ開度を制御する制御装置であって、
シリンダ位置で予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じてＥＧＲ装置のバルブ開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、実際の過給圧（吸気圧センサの検出値）と目標過給圧との偏差、または過給圧に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて過給機のベーン開度をフィードバック制御する過給機制御手段とを備えている。
【０００６】
上記の構成によれば、過給機の応答を速くした結果、排圧が急激に上昇してＥＧＲ量が増加し、シリンダに流入する新気量が減少した場合、その影響が空気量計測手段の計測結果に反映される前に、シリンダ位置での吸気状態（例えば新気量）を予測することができる。従って、予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じてＥＧＲ装置のバルブ開度をフィードバック制御することで、急激な排圧の変動に対してＥＧＲバルブを速やかに追従させることができる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
過給圧に相関するパラメータとは、空気量計測手段にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つ、あるいは吸気状態予測手段にて予測されるシリンダ位置での吸気状態であることを特徴とする。
過給機のフィードバック制御は、一般的に過給圧に基づいて行われるが、過給圧に限定する必要はなく、過給圧に相関する上記のパラメータに基づいてフィードバック制御しても良い。なお、Ａ／Ｆと排気Ｏ２　濃度は、排気通路に取り付けられるＯ２　センサの検出値を用いることができる（計算で求めても良い）。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
吸気状態とは、シリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図２は内燃機関の空気系統を模式的に示した構成図である。
本実施例の内燃機関（エンジン１と呼ぶ）は、可変容量型の過給機（ＶＮＴ２と呼ぶ）とＥＧＲ装置（下述する）とを備える。
エンジン１には、図２に示す様に、シリンダヘッドにインジェクタ３が取り付けられ、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料がインジェクタ３から燃焼室１ａに噴射される。
【００１０】
ＶＮＴ２は、エンジン１の排気通路４に設けられる排気タービン２Ａと、吸気通路５に設けられるコンプレッサ２Ｂとで構成され、ベーン開度（絞り量）に応じて過給圧を可変する。
ＥＧＲ装置は、排気通路４から吸気通路５に排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を戻すための装置であり、排気通路４と吸気通路５とを連通するＥＧＲ通路６と、このＥＧＲ通路６の開口割合を調節するＥＧＲバルブ７とを有し、このＥＧＲバルブ７の開度に応じて排気通路４から吸気通路５に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を可変する。
【００１１】
ＥＧＲ通路６は、排気タービン２Ａより上流側で排気通路４に接続され、コンプレッサ２Ｂより下流側で吸気通路５に接続されている。
ＥＧＲバルブ７は、例えばソレノイドを内蔵するリニア電磁弁であり、ＥＣＵ８（図１参照）より出力されるバルブリフト指令値に応じてリフトすることにより、ＥＧＲ通路６の開口割合を調節する。このＥＧＲバルブ７には、バルブリフト量（ＥＧＲ操作量）を検出するリフト量センサが取り付けられ、検出したバルブリフト量を電気信号に変換してＥＣＵ８（図１参照）に出力する。
【００１２】
吸気通路５には、最上流部に吸入空気を濾過するエアクリーナ（図示しない）が設置され、コンプレッサ２Ｂの上流側に吸入空気量を計測するエアフロメータ９が設けられている。また、コンプレッサ２Ｂの下流側に吸気スロットル１０が設けられ、その吸気スロットル１０の下流側には、吸気通路５内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１１と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１２とが取り付けられている。なお、本実施例では、吸気通路５の吸気スロットル１０より上流側を吸気管５ａと呼び、吸気スロットル１０より下流側をマニホルド５ｂと呼ぶ。
排気通路４には、排気タービン２Ａの下流側に排気Ｏ２　濃度を検出するＯ２　センサ１３が取り付けられている。
【００１３】
上記のエアフロメータ９、吸気圧センサ１１、吸気温センサ１２、及びＯ２　センサ１３で検出される各情報は、それぞれＥＣＵ８に出力される。
ＥＣＵ８は、マイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置であり、図１に示す様に、シリンダ位置での吸気状態（本実施例では排気Ｏ２　濃度）を予測演算する演算回路８ａと、ＶＮＴ２のベーン開度を制御するＶＮＴ制御回路８ｂ、及びＥＧＲ装置のバルブ開度（ＥＧＲバルブ７の開度）を制御するＥＧＲ制御回路８ｃ等を有している。
【００１４】
次に、本実施例の制御内容について説明する。
図３はＥＣＵ８の処理手順を示すフローチャートである。
先ず、Ｓｔｅｐ１００　〜４００　にてＥＧＲバルブ７を制御する。
Ｓｔｅｐ１００　…シリンダ位置での排気Ｏ２　濃度を予測演算する（演算方法については後述する）。
Ｓｔｅｐ２００　…目標排気Ｏ２　濃度を読み込む。この目標排気Ｏ２　濃度は、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に応じて予めマップ８ｄ（図１参照）に記憶されている。
【００１５】
Ｓｔｅｐ３００　…Ｓｔｅｐ１００　で演算したシリンダ位置での排気Ｏ２　濃度と、Ｓｔｅｐ２００　で読み込んだ目標排気Ｏ２　濃度との偏差に応じてＦ／Ｂ量（フィードバック量）を算出する。
Ｓｔｅｐ４００　…Ｓｔｅｐ３００　で算出したＦ／Ｂ量を、予めマップに記憶されているベース開度に加算してバルブ開度を求める。なお、ベース開度は、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に適合して定められている。
【００１６】
ここで、上記Ｓｔｅｐ１００　の処理内容について詳述する。
図４はＳｔｅｐ１００　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１１０　…シリンダに流入するガス量Ｍｃｌｄ　を計算する。
Ｓｔｅｐ１２０　…マニホルド５ｂに流入する新気量ＭＤｔｈ　を計算する。
Ｓｔｅｐ１３０　…マニホルド５ｂに流入するＥＧＲガス量ＭＥＧＲ　を計算する。
Ｓｔｅｐ１４０　…シリンダに流入するガス中のＯ２　量Ｏ２　ｃｌｄ　を計算する。
Ｓｔｅｐ１５０　…シリンダ位置での予測排気Ｏ２　濃度Ｃｅｘ　ｍｄｌを計算する。
【００１７】
次に、Ｓｔｅｐ１１０　〜１５０　の処理内容について詳述する。
図５はＳｔｅｐ１１０　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１１１　…吸気圧Ｐｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１１２　…吸気温Ｔｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１１３　…回転数Ｎｅ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１１４　…体積効率ηをＮｅ　とＰｍ　との関数として算出する。
Ｓｔｅｐ１１５　…気体状態式とηからシリンダに流入するガス量Ｍｃｌｄ　を算出する。
なお、気体状態式に用いるＲはガス定数であり、一定値で良い。
【００１８】
図６はＳｔｅｐ１２０　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１２１　…吸入空気量ＭＡＦＭ　（エアフロメータ９の計測値）を読み込む。
Ｓｔｅｐ１２２　…吸気圧Ｐｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１２３　…吸気温Ｔｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１２４　…吸気圧の変化分ΔＰを算出する。
Ｓｔｅｐ１２５　…吸気管５ａ内の質量増加分を気体状態式より計算し、下式▲１▼で表される吸気管５ａ内の質量保存則からマニホルド５ｂに流入する新気量ＭＤｔｈ　を算出する。
ＭＡＦＭ　×（２／気筒数）−ＭＤｔｈ　＝ΔＰ・ＶＩＮ／（Ｔｍ　・Ｒ）……▲１▼
【００１９】
図７はＳｔｅｐ１３０　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１３１　…吸気圧Ｐｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１３２　…吸気温Ｔｍ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１３３　…Ｓｔｅｐ１２４　で算出した吸気圧の変化分ΔＰを読み込む。
Ｓｔｅｐ１３４　…Ｓｔｅｐ１２５　で算出した新気量ＭＤｔｈ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１３５　…Ｓｔｅｐ１１５　で算出したシリンダ流入ガス量Ｍｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１３６　…マニホルド５ｂ内の質量増加分を気体状態式より計算し、下式▲２▼で表されるマニホルド５ｂ内の質量保存則からマニホルド５ｂに流入するＥＧＲガス量ＭＥＧＲ　を算出する。
ＭＤｔｈ　＋ＭＥＧＲ　−Ｍｃｌｄ　＝ΔＰ・Ｖｍ／（Ｔｍ　・Ｒ）………………▲２▼
【００２０】
図８はＳｔｅｐ１４０　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１４１　…マニホルド５ｂに流入する新気量ＭＤｔｈ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１４２　…Ｓｔｅｐ１３６　で算出したＥＧＲガス量ＭＥＧＲ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１４３　…過去のサイクルにおいて計算された修正後の排気Ｏ２　濃度Ｃｅｘ　ｃ（ｉ−ｎ１）を読み込む。
Ｓｔｅｐ１４４　…Ｃｅｘ　ｃ（ｉ−ｎ１）をＥＧＲガス中のＯ２　濃度ＣＥＧＲ　としてメモリに格納する。なお、ｎ１　はガスの流入遅れを考慮したもので、定数、あるいはＮｅ　の関数、ＶＮＴ２のベーン開度の関数、吸気圧の関数などでも良い。
【００２１】
Ｓｔｅｐ１４５　…新気ガスとＥＧＲガスとが混合する場所でのＯ２　濃度Ｃｍ　ＩＮを算出する。
Ｓｔｅｐ１４６　…シリンダに流入するガス中のＯ２　濃度Ｃｍ　ｃｌｄ　を算出する。なお、ｎ２　はガスの流入遅れを考慮したもので、定数あるいはＮｅ　の関数でも良い。
Ｓｔｅｐ１４７　…シリンダ流入ガス量Ｍｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１４８　…Ｍｃｌｄ　とＣｍ　ｃｌｄ　との積によってシリンダ流入Ｏ２　量Ｏ２　ｃｌｄ　を求める。
【００２２】
図９はＳｔｅｐ１５０　の処理手順を示すサブルーチンである。
Ｓｔｅｐ１５１　…シリンダ流入ガス量Ｍｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１５２　…Ｓｔｅｐ１４８　で算出したシリンダ流入Ｏ２　量Ｏ２　ｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１５３　…指令噴射量Ｑｒ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ１５４　…指令噴射量Ｑｒ　によって消費されるＯ２　量Ｏ２　ｑｒを計算する。なお、Ｋ１　（定数）は、単位燃料量当たりの消費Ｏ２　質量である。但し、燃焼形態により不完全燃焼する割合が大きい（１％以上）場合は修正すると良い。
【００２３】
Ｓｔｅｐ１５５　…予測排気Ｏ２　濃度Ｃｅｘ　ｍｄｌを算出する。
具体的には、シリンダに流入するＯ２　量Ｏ２　ｃｌｄ　から消費Ｏ２　量Ｏ２　ｑｒを引いて残存酸素量を算出し、それをシリンダに流入するガス量Ｍｃｌｄ　と燃料量Ｋ２　×Ｑｒ　との和で除することによりＣｅｘ　ｍｄｌを算出できる。なお、Ｋ２　は燃料密度で定数である。
【００２４】
次に、Ｓｔｅｐ５００　〜７００　にてＶＮＴ２を制御する。
Ｓｔｅｐ５００　…目標過給圧を算出する。この目標過給圧は、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に応じて予めマップ８ｅ（図１参照）に記憶されている。
Ｓｔｅｐ６００　…吸気圧センサ１１から読み込んだ吸気圧とＳｔｅｐ５００　で算出した目標過給圧との偏差からＦ／Ｂ量（フィードバック量）を算出する。
Ｓｔｅｐ７００　…Ｓｔｅｐ６００　で算出したＦ／Ｂ量を、予めマップに記憶されているベース開度に加算してベーン開度を求める。なお、ベース開度は、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に適合して定められている。
【００２５】
（本実施例の効果）
本実施例では、シリンダ位置での吸気状態（実施例では排気Ｏ２　濃度）を予測し、その予測値と目標値（目標排気Ｏ２　濃度）との偏差に応じてＥＧＲバルブ７をＦ／Ｂ制御しているので、急激な排圧の変動に対してＥＧＲバルブ７の応答が遅れることがなく、速やかに追従させることができる。
これにより、従来のＥＧＲ制御（例えばエアフロメータ９の検出値と目標値との偏差に応じてバルブ開度をＦ／Ｂ制御する方法）と比較すると、図１０（ｂ）に示す様に、加速時にＶＮＴ２のＦ／Ｂゲインを大きくして応答を速くした場合でも、ＥＧＲバルブ７の反応が速いので、排圧の上昇に伴うＥＧＲ量の増加を抑制できる。その結果、加速性が向上し、且つスモークが減少して排ガス特性が向上する。
【００２６】
（変形例）
上記の実施例では、シリンダ位置での吸気状態として排気Ｏ２　濃度を記載したが、排気Ｏ２　濃度以外にも、例えばシリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つでも良い。
ここで、シリンダ位置でのＥＧＲ率ＲＥＧＲ　ｃｌｄ　を予測するための演算方法を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
Ｓｔｅｐ８００　…マニホルド５ｂに流入する新気量ＭＤｔｈ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ８１０　…マニホルド５ｂに流入するＥＧＲガス量ＭＥＧＲ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ８２０　…新気ガスとＥＧＲガスとが混合する場所でのＥＧＲ率ＲＥＧＲ　を以下の式より算出する。
ＲＥＧＲ　＝ＭＥＧＲ　／（ＭＤｔｈ　＋ＭＥＧＲ　）
Ｓｔｅｐ８３０　…ＲＥＧＲ　からシリンダ位置でのＥＧＲ率ＲＥＧＲ　ｃｌｄ　を予測する。
なお、ｎ２　は定数あるいはＮｅ　の関数である。
【００２８】
続いて、シリンダに流入する新気量Ｍａｉｒ　ｃｌｄ　を予測するための演算方法を図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓｔｅｐ９００　…シリンダ流入ガス量Ｍｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ９１０　…シリンダ位置でのＥＧＲ率ＲＥＧＲ　ｃｌｄ　を読み込む。
Ｓｔｅｐ９２０　…以下の式よりシリンダ流入新気量Ｍａｉｒ　ｃｌｄ　を算出する。
Ｍａｉｒ　ｃｌｄ　＝Ｍｃｌｄ　×（１−ＲＥＧＲ　ｃｌｄ　）
【００２９】
また、上記の実施例では、ＶＮＴ２を過給圧Ｆ／Ｂ制御する例を記載したが、過給圧以外にも、エアフロメータ９にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するＡ／Ｆ、吸気Ｏ２　濃度、排気Ｏ２　濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つ、あるいはＥＣＵ８の演算回路８ａで予測されるシリンダ位置での吸気状態でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御系のブロック図である。
【図２】エンジンの空気系統を模式的に示した構成図である。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】シリンダ位置での予測排気Ｏ２　濃度を求めるための手順を示すフローチャートである。
【図５】シリンダ流入ガス量の計算手順を示すフローチャートである。
【図６】マニホルド流入新気量の計算手順を示すフローチャートである。
【図７】マニホルド流入ＥＧＲガス量の計算手順を示すフローチャートである。
【図８】シリンダ流入Ｏ２　量の計算手順を示すフローチャートである。
【図９】予測排気Ｏ２　濃度の計算手順を示すフローチャートである。
【図１０】従来と本実施例とで加速時の制御方法を比較したタイムチャートである。
【図１１】シリンダ位置での予測ＥＧＲ率を求める手順を示すフローチャートである。
【図１２】シリンダに流入する新気量を求める手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　エンジン（内燃機関）
２　　ＶＮＴ（可変容量型の過給機）
５　　吸気通路
６　　ＥＧＲ通路（ＥＧＲ装置）
７　　ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ装置）
８　　ＥＣＵ（制御装置）
８ａ　演算回路（吸気状態予測手段）
８ｂ　ＶＮＴ制御回路（過給機制御手段）
８ｃ　ＥＧＲ制御回路（ＥＧＲ制御手段）
９　　エアフロメータ（空気量計測手段）
１１　　吸気圧センサ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004092479.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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