(57)【要約】【課題】混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を常に正確に推定できる内燃機関のＥＧＲ率推定装置を提供する。【解決手段】車両の加減速に応じてサージタンク内の圧力が増減すると、ブランチ内の混合ガスが圧縮・膨張する。例えば加速時には、圧縮により混合ガスの一部がブランチ上流に侵入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がブランチ下流に侵入するため、その後の吸気に伴う移送により筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が変化する。そこで、圧縮・膨張によるブランチ内でのＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４），ＲＬ（ｎ−４）の変化を考慮して、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）を算出する。【選択図】　　　図４
2004011618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の吸気系から新気が導入される一方、該機関の排気系からＥＧＲ弁の開度に応じてＥＧＲガスが還流され、該新気とＥＧＲガスとを内部で混合するサージタンクと、
上記サージタンクと上記機関の各気筒とをそれぞれ接続するインテークマニホールドのブランチと、
上記機関の吸気に伴って上記サージタンクからの混合ガスが上記ブランチ内を移送される毎に、上記サージタンク内のＥＧＲ率を算出する第１のＥＧＲ率演算手段と、
上記吸気に伴う混合ガスの移送ストロークで予め分割された上記ブランチの各領域毎に、内部の混合ガスのＥＧＲ率を前回値として記憶するＥＧＲ率記憶手段と、
上記吸気に伴う混合ガスの移送毎に、上記第１のＥＧＲ率演算手段により算出されたサージタンク内のＥＧＲ率、上記記憶手段に記憶された各領域のＥＧＲ率の前回値、及び上記ブランチ内の混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、移送後における各領域の混合ガスのＥＧＲ率、及び筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率をそれぞれ算出する第２のＥＧＲ率演算手段と、
上記第２のＥＧＲ率演算手段の算出毎に、該算出された各領域の混合ガスのＥＧＲ率により上記記憶手段のＥＧＲ率を更新するＥＧＲ率更新手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ率推定装置。
【請求項２】
上記第２のＥＧＲ率演算手段は、上記サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて体積変化相関値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ率推定装置。
【請求項３】
上記第１のＥＧＲ率演算手段は、開口面積相当にリニアライズされた上記ＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ流速とに基づいて上記サージタンク内に導入されるＥＧＲ量を算出し、該ＥＧＲ量から求めた上記サージタンク内のＥＧＲ分圧、及び上記サージタンク内に導入される新気量に相当する新気分圧に基づき、該サージタンク内のＥＧＲ率を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のＥＧＲ率推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ装置におけるＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
筒内での燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量を低減するために、エンジンの排ガスをＥＧＲガスとして吸気側に還流させるＥＧＲ装置が広く実施されている。この種のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ還流により燃焼が緩慢化する対策として、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス／新気）に応じて点火時期を進角させる処理を実施している。一方でＥＧＲの還流は、同一トルクでも吸気管内圧力が増大することからスロットルロスを低減させる作用も奏し、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｂｅｓｔ　Ｔｏｒｑｕｅ）相当の適切な点火時期では、非ＥＧＲ時に比較して寧ろ燃費を向上できるという別の利点が確認されている。
【０００３】
しかしながら、上記したＭＢＴによる燃費向上を達成するには、筒内に導入されるＥＧＲ率に応じて点火時期を適切に制御する必要があり、特にＥＧＲの実行・中止や車両の加減速等に応じてＥＧＲ率が変化する過渡状態では、ＥＧＲ率の変化に追従した適切な点火時期制御が非常に困難であった。その結果、上記ＭＢＴによる燃費向上の利点が得られないばかりか、過遅角による失火や過進角によるノック等を生じて、却って燃費やドライバビリティを悪化させてしまう場合があった。
【０００４】
上記問題を解消するには、筒内に導入されるＥＧＲ率を過渡状態でも正確に推定することが肝要であり、そのための対策として、本出願人は特開２０００−２５４６５９号公報に記載の技術を提案している。当該公報では、ＥＧＲガスをサージタンクに還流する形式の４気筒エンジンに適用し、サージタンクから各気筒へのブランチの内容積が気筒容積の２倍に設定されるものとしている。
【０００５】
ＥＧＲ率の推定処理は大略的に２つのプロセスからなり、まず、ＥＧＲ弁の開度やエンジンの運転状態からサージタンクに新たに導入される混合ガス（新気＋ＥＧＲガス）のＥＧＲ率を求め、そのＥＧＲ率を１次フィルタによりなまし処理する。なまし処理は、新たな混合ガスがサージタンク内の混合ガスと混合する過程を模擬するためのものであり、得られたＥＧＲ率を現在のサージタンク内のＥＧＲ率と見なし、順次記憶しておく。
【０００６】
一方、サージタンク内の混合ガスが筒内に導入されるのは、各気筒の行程が２巡した後、つまり８行程後であるため、各気筒の吸気毎に、記憶されている８行程前のＥＧＲ率を順次読み出して、筒内に導入されるＥＧＲ率と見なし、上記点火時期制御等に適用している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術では、以下に述べる２点の問題があった。
まず、サージタンク内での混合ガスの混合速度は、エンジンの運転状態に大きく影響され、それに応じてサージタンク内への新気やＥＧＲガスの導入量は大幅に変化する。上記公報の技術では、エンジン回転速度や負荷に応じて１次フィルタのフィルタ定数を変更して対処しているが、事前のマッチングに基づいてフィルタ定数を変更するだけでは、実状に則した混合過程の模擬、ひいては正確なＥＧＲ率の推定は困難であった。
【０００８】
一方、サージタンク内のＥＧＲ率が８行程後に筒内のＥＧＲ率に反映されるには、混合ガスがブランチ内を体積変化せずに流通することが前提である。しかしながら、実際の混合ガスは、例えば車両の加速時にはサージタンク内の圧力上昇に伴ってブランチ内で圧縮され、車両の減速時にはサージタンク内の圧力低下に伴ってブランチ内で膨張する。そして、混合ガスの圧縮・膨張に応じて筒内に導入されるＥＧＲ率が変化することから、この要因もＥＧＲ率の推定誤差に繋がってしまう。
【０００９】
その結果、過渡状態でのＥＧＲ率を正確に推定できず、ひいては、推定したＥＧＲ率を利用した処理、例えば点火時期や体積効率係数等の設定処理が不適切となり、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御を適切に実施できないという問題が生じた。
そこで、請求項１，２の発明の目的は、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を常に正確に推定することができる内燃機関のＥＧＲ率推定装置を提供することにある。
【００１０】
又、請求項３の発明の目的は、請求項１，２の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のＥＧＲ率を正確に推定することができる内燃機関のＥＧＲ率推定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、機関の吸気系から新気が導入される一方、機関の排気系からＥＧＲ弁の開度に応じてＥＧＲガスが還流され、新気とＥＧＲガスとを内部で混合するサージタンクと、サージタンクと機関の各気筒とをそれぞれ接続するインテークマニホールドのブランチと、機関の吸気に伴ってサージタンクからの混合ガスがブランチ内を移送される毎に、サージタンク内のＥＧＲ率を算出する第１のＥＧＲ率演算手段と、吸気に伴う混合ガスの移送ストロークで予め分割されたブランチの各領域毎に、内部の混合ガスのＥＧＲ率を前回値として記憶するＥＧＲ率記憶手段と、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第１のＥＧＲ率演算手段により算出されたサージタンク内のＥＧＲ率、記憶手段に記憶された各領域のＥＧＲ率の前回値、及びブランチ内の混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、移送後における各領域の混合ガスのＥＧＲ率、及び筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率をそれぞれ算出する第２のＥＧＲ率演算手段と、第２のＥＧＲ率演算手段の算出毎に、該算出された各領域の混合ガスのＥＧＲ率により記憶手段のＥＧＲ率を更新するＥＧＲ率更新手段とを備えたものである。
【００１２】
従って、吸気系から導入された新気と排気系から還流されたＥＧＲガスとがサージタンク内で混合され、混合後の混合ガスが各ブランチを経て機関の各気筒の筒内に導入される。そして、機関の吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第１のＥＧＲ率演算手段によりサージタンク内の混合ガスのＥＧＲ率が算出される。
一方、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、サージタンク内のＥＧＲ率、ＥＧＲ率記憶手段に記憶されたブランチの各領域でのＥＧＲ率の前回値、及びブランチ内での混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、第２のＥＧＲ率演算手段により移送後の各領域のＥＧＲ率、及び筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率が算出されると共に、算出した各領域のＥＧＲ率によりＥＧＲ率記憶手段のＥＧＲ率が更新されて、次回の算出処理に利用される。
【００１３】
第２のＥＧＲ率演算手段によるＥＧＲ率の算出は、例えば以下のように実施される。機関の吸気毎にブランチ内の混合ガスは各領域相当分だけ移送されるため、混合ガスが体積変化しないときには、サージタンクから各領域を経て筒内までのＥＧＲ率は、移送毎に順次下流側に移行するだけである。
これに対してブランチ内で混合ガスが体積変化した場合、即ち、車両の加速に伴ってサージタンク内の圧力が上昇して混合ガスが圧縮されたり、減速に伴ってサージタンク内の圧力が低下して混合ガスが膨張したりした場合には、移送前において各領域で混合ガスの位置がずれる。この位置ずれは混合ガスの体積変化に応じたものとなるため、体積変化と相関する体積変化相関値を加味することにより、混合ガスの体積変化をＥＧＲ率の算出処理に反映させることができる。よって、ブランチ内での混合ガスの移送過程がより実状に則して模擬され、機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率が正確に推定可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、第２のＥＧＲ率演算手段が、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて体積変化相関値を設定するものである。
ブランチ内での混合ガスの体積変化は、サージタンク内の圧力の変化に起因して生じるため、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて、例えば比や偏差として体積変化相関値を設定すれば、一層実状に則した推定処理が実現可能となる。
【００１５】
請求項３の発明は、第１のＥＧＲ率演算手段が、開口面積相当にリニアライズされたＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ流速とに基づいてサージタンク内に導入されるＥＧＲ量を算出し、ＥＧＲ量から求めたサージタンク内のＥＧＲ分圧、及びサージタンク内に導入される新気量に相当する新気分圧に基づき、サージタンク内のＥＧＲ率を算出するものである。
【００１６】
従って、開口面積相当のＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ流速とからＥＧＲ量が求められ、そのＥＧＲ量から求めたＥＧＲ分圧と新気分圧とからサージタンク内のＥＧＲ率が算出される。このように具体的な値に基づいて各算出処理が行われるため、サージタンク内で生起される混合過程がより実状に則して模擬されて、正確なサージタンク内のＥＧＲ分圧、ひいては正確なＥＧＲ率を算出可能となる。
【００１７】
好ましくは、第１のＥＧＲ率演算手段は、ブランチへの混合ガスの移送後にサージタンク内に残存したＥＧＲ量、サージタンク内に導入されるＥＧＲ量、及び気筒容積とサージタンク容積との比に基づき、サージタンク内のＥＧＲ分圧を算出するように構成することができる。
気筒容積とサージタンク容積との比は、１気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク全体に及ぼす影響度を表すため、この比に基づいてサージタンク内のＥＧＲガスの残存分と新たな導入分とを補正すれば、一層正確なサージタンク内のＥＧＲ分圧を算出可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したエンジンのＥＧＲ率推定装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンのＥＧＲ率推定装置を示す全体構成図であり、当該エンジン１は吸気管噴射型の直列４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。エンジン１の各気筒の筒内１ａは、インテークマニホールド２のブランチ２ａを介して共通のサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気通路４を経てエアクリーナ５に接続されている。エアクリーナ５を経て吸気通路４内に導入された吸気は、スロットル弁６の開度に応じて流量調整された後にサージタンク３内に導入され、インテークマニホールド２の各ブランチ２ａ内を流通して、各ブランチ２ａに設けられた燃料噴射弁７から燃料を噴射された後、図示しない吸気弁の開弁に伴って各気筒の筒内１ａに導入される。
【００１９】
一方、各気筒の筒内１ａは、エキゾーストマニホールド８を介して排気通路９が接続されている。排気通路９と上記サージタンク３とはＥＧＲ通路１０により接続され、このＥＧＲ通路１０にはＥＧＲ弁１１が設けられている。吸気と共に筒内１ａに導入された噴射燃料は、各気筒の点火プラグ１２により所定タイミングで点火され、燃焼後の排ガスは図示しない排気弁の開弁に伴って筒内から排出され、エキゾーストマニホールド８、排気通路９、図示しない触媒を経て外部に排出される一方、排ガスの一部はＥＧＲガスとして、ＥＧＲ弁１１の開度に応じてＥＧＲ通路１０からサージタンク３内に還流される。
【００２０】
ここで、周知のようにＥＧＲガスは、サージタンク３に還流させる場合の他に各ブランチ２ａに還流させる場合もあるが、双方の手法には利害得失がある。サージタンク３への還流は、各ブランチ２ａへの還流のようにブランチ２ａ同士を連通させて慣性過給を減衰させることがないため、エンジン出力の点で有利な反面、筒内１ａに導入される混合ガス（新気＋ＥＧＲガス）のＥＧＲ率を推定するときに、サージタンク３内でのガス混合や各ブランチ２ａ内でのガス移送を考慮する必要が生じ、ＥＧＲ率の推定が複雑になる傾向がある。
【００２１】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２２、サージタンク３内の吸気負圧Ｐｂを検出する吸気圧センサ２３等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁７、ＥＧＲ弁１１、点火プラグ１２等の各種デバイス類が接続されている。
【００２２】
そして、ＥＣＵ２１は各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量、ＥＧＲ率、点火時期等の目標値を設定し、目標値に基づいて燃料噴射弁７、ＥＧＲ弁１１、点火プラグ１２を制御する。上記点火時期や燃料噴射量の設定は、予め設定されたＥＧＲ時と非ＥＧＲ時とのマップを現在のＥＧＲ率により補間して行われるため、各気筒の筒内１ａに導入される混合ガスのＥＧＲ率（以下、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）という）を推定する必要がある。そこで、次に、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）の推定処理を詳述する。
【００２３】
図２はエンジン１の吸気系を模式的に示した説明図であり、サージタンク３内には吸気通路４からの新気とＥＧＲ通路１０からのＥＧＲガスとが導入され、これらの新気とＥＧＲガスの混合によりサージタンク３内の混合ガスはＥＧＲ率（以下、タンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）という）を変化させた後、点火順序（＃１−＃３−＃４−＃２）に従って各ブランチ２ａを移送されて対応する気筒の筒内１ａに導入される。
【００２４】
ＥＧＲ率の推定処理は、以下の仮定に基づいて実施される。
１）各ブランチ２ａ内の容積は、気筒容積（排気量）の２倍に設定されているものとする。
２）サージタンク３内の混合ガスに対して、新たに導入された新気とＥＧＲガスはエンジン１の１行程間に均一に混合するものとする。
３）各ブランチ２ａ内の混合ガスは、サージタンク３側からの圧力変化（後述する加減速に起因する）に応じて圧縮・膨張しながら、対応する気筒の吸気行程毎に下流側に移送されるものとする。
【００２５】
従って、サージタンク３内の混合ガスは、気筒容積分、即ち、ブランチ長の半分のストロークで移送されるため、サージタンク３側からの圧力変化がない定常時には、図２に示すように、ブランチ上流と下流とで混合ガスのＥＧＲ率（以下、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）という）が異なり、そのＥＧＲ率の混合ガスが順次筒内１ａに導入されることになる。
【００２６】
一方、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）は、大略的に２つのプロセスを経て推定される。即ち、まず、サージタンク３内に導入された混合ガスの混合過程を模擬して、タンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）を推定し、その後、ブランチ２ａ内での混合ガスの移送過程を模擬して、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）を推定している。以上の推定処理は、ＥＣＵ２１により図３に示す制御フローに従ってエンジン１の１行程毎に実行され、以下に順次説明する。
【００２７】
《タンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）の推定》
まず、ＥＧＲ開口面積演算部３１にはＥＧＲ弁１１の開度Ｓがステップ数（例えば、弁リフト量と相関する）として入力され、ＥＧＲ開度Ｓを開口面積相当にリニアライズしたマップに基づき、ＥＧＲ開度Ｓから開口面積と相関するＥＧＲ開度Ｓ’が求められる。一方、ＥＧＲ流速演算部３２にはエンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂが入力され、これらの情報に基づきマップからＥＧＲ流速Ｑが算出される。
【００２８】
得られたＥＧＲ開口面積Ｓ及びＥＧＲ流速ＱはＥＧＲ量演算部３３に入力され、次式（１）に従って１行程間にサージタンク３内に導入されるＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）が算出される。尚、ＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）の単位は、サージタンク３の分圧相当で表現される。
ΔＰｒ（ｎ）＝Ｓ×Ｑ　………（１）
ＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）はＥＧＲ分圧演算部３４に入力され、次式（２）に従ってサージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）が算出される。
Ｐｒ（ｎ）＝Ｐｒ（ｎ−１）×（１−Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔ）＋ΔＰｒ（ｎ）×Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔ　………（２）
ここに、Ｖｃｙｌは気筒容積、Ｖｓｔはサージタンク容積であり、その比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔは、１気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク３全体に及ぼす影響度を表す。よって、式（２）の前半は、前回処理時（１行程前）のＥＧＲガス分圧Ｐｒ（ｎ−１）　が気筒容積分だけ流出した後の残存分に相当し、式（２）の後半は、新たな流入分に相当し、これらの分圧の加算により現在のサージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）が求められる。
【００２９】
ＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）はタンク内ＥＧＲ率演算部３５に入力され、次式（３）に従ってタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）が算出される（第１のＥＧＲ率演算手段）。
ＲＳ（ｎ）＝ＥＧＲ分圧／新気分圧×１００
＝Ｐｒ（ｎ）／｛Ｐｂ（ｎ）−Ｐｒ（ｎ）｝×１００　………（３）
尚、吸気負圧Ｐｂとしては１行程間の平均値が適用される。
【００３０】
《筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）の推定》
一方、算出されたタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）は、４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）、４行程前のブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）、今回の吸気負圧Ｐｂ（ｎ）、４行程前の吸気負圧Ｐｂ（ｎ−４）と共に、ブランチ上流ＥＧＲ率演算部３６、ブランチ下流ＥＧＲ率演算部３７、筒内ＥＧＲ率演算部３８の処理に利用され、各ＥＧＲ率演算部３６〜３８によりブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が算出される（第２のＥＧＲ率演算手段）。
【００３１】
ここで、本実施形態では、ブランチ２ａ内での混合ガスの圧縮・膨張を加味した上で上記各ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ），ＲＬ（ｎ），ＲＣ（ｎ）を算出している。混合ガスの圧縮・膨張は、スロットル弁６の開閉に伴うサージタンク３内の圧力変化により発生するため、吸気負圧Ｐｂの変化量（例えば、Ｐｂ（ｎ）−Ｐｂ（ｎ−４）の偏差）に基づいて定常、加速、減速を判定し、対応する算出処理を各ＥＧＲ率演算部３６〜３８で実施しており、以下に順次説明する。
【００３２】
〈定常時〉
定常時の混合ガスは、ブランチ２ａ内で圧縮・膨張することなく移送される。従って、このときの推定処理としては、例えば特開２０００−２５４６５９号公報の従来技術と同様に、８行程前のタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ−８）を筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）と推定できる。但し、本実施形態では、加減速時の推定処理において４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）及びブランチ上流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）を必要とすることから、次式に従って各値が算出された上で、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）及びブランチ上流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）が前回値としてＥＣＵ２１に記憶されると共に（ＥＧＲ率記憶手段）、その記憶値は算出の度に更新される（ＥＧＲ率更新手段）。
ＲＣ（ｎ）＝ＲＬ（ｎ−４）………（４）
ＲＬ（ｎ）＝ＲＵ（ｎ−４）………（５）
ＲＵ（ｎ）＝ＲＳ（ｎ）　………（６）
〈加速時〉
図４は加速時におけるサージタンク３内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内１ａでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁６が開操作された瞬間の加速初期には、混合ガスは慣性により未だ圧縮されておらず、サージタンク３内には今回のタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）の混合ガスが存在し、ブランチ上流には４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）の混合ガスが存在し、ブランチ下流には４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）の混合ガスが存在している。
【００３３】
その直後、新気及びＥＧＲガスの導入量の増加に伴ってサージタンク３内の圧力が増加し、吸気弁により閉鎖された筒内１ａとの間で、ブランチ内の混合ガスが圧縮される。このときの混合ガスは、今回と各気筒が１巡する４行程前との吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）（体積変化相関値）に従って下流側に向けて圧縮され、結果として、サージタンク３内の混合ガスの一部がブランチ上流に侵入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がブランチ下流に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【００３４】
このときの筒内１ａには、加速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの全て、及び加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、上記した比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って圧縮された状態で導入され、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）は次式（７）で表すことができる。
ＲＣ（ｎ）＝ＲＬ（ｎ−４）×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）＋
ＲＵ（ｎ−４）×｛１−Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（７）
つまり、筒内１ａに導入される混合ガスは、移送前（圧縮後）にはブランチ下流に存在していたものであり、移送前のブランチ下流において、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）の混合ガスの占有率（換言すれば、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）に対する影響度）は式（４）の前半で表される一方、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）の混合ガスの占有率（筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）に対する影響度）は式（４）の後半で表されるため、これらに基づいて筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が算出される。
【００３５】
又、このときのブランチ下流には、加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部（上記筒内に導入された残存分）、及び加速初期においてサージタンク３内に存在していた混合ガスが、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って圧縮された状態で移送され、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）は次式（８）で表すことができる。
ＲＬ（ｎ）＝ＲＵ（ｎ−４）×｛２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−１｝＋
ＲＳ（ｎ）×｛２−２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（８）
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前（圧縮後）にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（８）の前半で表される一方、タンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（８）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）が算出される。
【００３６】
更に、このときのブランチ上流には、加速初期においてサージタンク３内に存在していた混合ガスのみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）は次式（９）で表すことができる。
ＲＵ（ｎ）＝ＲＳ（ｎ）　………（９）
〈減速時〉
図５は減速時におけるサージタンク内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内１ａでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁６が閉操作された瞬間の減速初期には、混合ガスは慣性により未だ膨張していないため、各部位での混合ガスのＥＧＲ率は上記した加速初期と同様となる。
【００３７】
その直後、新気及びＥＧＲガスの導入量の減少に伴ってサージタンク３内の圧力が低下し、吸気弁により閉鎖された筒内１ａとの間で、ブランチ内の混合ガスが膨張する。このときの混合ガスは、今回と各気筒が１巡する４行程前との吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って上流側に向けて膨張し、結果として、ブランチ下流の混合ガスの一部がブランチ上流に進入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がサージタンク３内に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【００３８】
このときの筒内１ａには、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部のみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）は次式（１０）で表すことができる。
ＲＣ（ｎ）＝ＲＬ（ｎ−４）　………（１０）
又、このときのブランチ下流には、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部（上記筒内１ａに導入された残存分）、及び減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って膨張した状態で移送され、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）は次式（１１）で表すことができる。
ＲＬ（ｎ）＝ＲＬ（ｎ−４）×｛Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−１｝＋
ＲＵ（ｎ）×｛２−Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（１１）
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前（膨張後）にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（１１）の前半で表される一方、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（１１）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ）が算出される。
【００３９】
更に、このときのブランチ上流には、減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部（上記ブランチ下流に移送された残存分）、及びサージタンク３内に存在していた混合ガスが、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って膨張した状態で移送され、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ）は次式（１２）で表すことができる。
ＲＵ（ｎ）＝ＲＵ（ｎ−４）×｛２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−２｝＋
ＲＳ（ｎ）×｛３−２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（１２）
つまり、ブランチ上流に移送される混合ガスは、移送前（膨張後）にはサージタンク３内に存在していたものであり、移送前のサージタンク３内において、ブランチ上流ＥＧＲ率ＲＬ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（１２）の前半で表される一方、タンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（１２）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ上流ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４）が算出される。
【００４０】
以上の手順に従って、図３の各ＥＧＲ率演算部３５〜３８では１行程毎に各ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ），ＲＵ（ｎ），ＲＬ（ｎ），ＲＣ（ｎ）が順次算出されると共に、ＥＧＲ率ＲＵ（ｎ），ＲＬ（ｎ）が前回値として記憶・更新され、当該気筒の次回の推定処理では４行程前のＥＧＲ率ＲＵ（ｎ−４），ＲＬ（ｎ−４）として用いられる。そして、得られた筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が点火時期ＳＡや体積効率係数の設定に適用される。
【００４１】
図６は点火時期ＳＡを設定する処理手順を示す制御フローであり、まず、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂに基づき、ＥＧＲ時点火時期演算部４１でマップからＥＧＲ時の点火時期ＳＡｗが算出される一方、非ＥＧＲ時点火時期演算部４２ではマップから非ＥＧＲ時の点火時期ＳＡｗ／ｏが算出される。又、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂに基づき、目標ＥＧＲ演算部４３でマップから目標ＥＧＲ率ＲＳＴＤが算出される一方、クリップ値演算部４４ではマップから後述するリタード量ＯＦＳの上限を制限するクリップ値ＣＰが算出される。
【００４２】
得られた点火時期ＳＡｗ，ＳＡｗ／ｏ、目標ＥＧＲ率ＲＳＴＤ、及び上記した筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）は補間処理部４５に入力され、次式（１３）に従って現在の筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）に対応する点火時期ＳＡが直線補完により算出される。
ＳＡ＝ＳＡｗ／ｏ＋（ＳＡｗ−ＳＡｗ／ｏ）×ＲＣ（ｎ）／ＲＳＴＤ　………（１３）
又、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）及び目標ＥＧＲ率ＲＳＴＤはリタード量演算部４６に入力され、その比ＲＣ（ｎ）／ＲＳＴＤに基づきマップからリタード量ＯＦＳが算出されると共に、リタード量ＯＦＳの上限が上記クリップ値ＣＰ以下に制限される。そして、減算部４７では上記点火時期ＳＡからリタード量ＯＦＳが減算され、減算後の点火時期ＳＡが点火時期制御において目標値として用いられる。
【００４３】
一方、体積効率係数も上記点火時期ＳＡと同様の手順で算出され、詳細は説明しないが、ＥＧＲ時のマップ及び非ＥＧＲ時のマップから求めた体積効率係数を補間処理し、得られた現在の体積効率係数に基づき新気量を求めて燃料噴射制御に適用しており、この補間処理では、上記した比ＲＣ（ｎ）／ＲＳＴＤ、つまり、推定した筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が利用される。
【００４４】
以上のように本実施形態のエンジン１のＥＧＲ率推定装置では、従来技術で考慮しなかったブランチ２ａ内での混合ガスの圧縮・膨張を、式（７）〜（１２）に基づいて筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）の算出処理に反映させている。その結果、ブランチ２ａ内での混合ガスの移送過程をより実状に則して模擬でき、もって、エンジン１の運転状態に関わらず、筒内に導入されるＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）を常に正確に推定することができる。
【００４５】
しかも、式（７）〜（１２）では、吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）、つまり混合ガスが圧縮・膨張する直接的な要因であるサージタンク３内の圧力変化を適用しているため、一層実状に則した推定処理を実現できる。
一方、本実施形態のエンジン１のＥＧＲ率推定装置では、ＥＧＲ開度Ｓを開口面積相当にリニアライズしたＥＧＲ開度Ｓ’とＥＧＲ流速Ｑとに基づき、式（１）に従ってサージタンク３内に導入されるＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）を求め、そのＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）に基づき式（２）に従って、サージタンク３内のＥＧＲガスの残存分と新たな流入分とからＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）を算出している。このように具体的な値に基づいて各算出処理を実施しているため、サージタンク３内で生起される混合過程をより実状に則して模擬することができる。
【００４６】
しかも、式（２）で用いられる比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔは、特開２０００−２５４６５９号公報の従来技術でサージタンク３内のＥＧＲ率をなまし処理する１次フィルタのフィルタ定数に相当するが、事前のマッチングに基づくフィルタ定数に対して、比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔはより現実的なエンジン１の仕様（気筒容積Ｖｃｙｌ、サージタンク容積Ｖｓｔ）に基づいて設定される。これらの要因により、サージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）、ひいてはタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）を正確に推定でき、結果として、このタンク内ＥＧＲ率ＲＳ（ｎ）に基づく上記ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）の推定処理をより的確に実施することができる。
【００４７】
そして、以上のように筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が正確に推定されることから、この筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）を利用した処理、例えば上記点火時期ＳＡや体積効率係数の設定処理を適切に実施して、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御の精度を大幅に向上することができる。よって、例えば点火時期制御では、エンジン１の過渡運転時でもＭＢＴ相当の適切な点火時期ＳＡを実現でき、失火やノックの防止により燃費及びドライバビリティを大幅に向上させることができる。
【００４８】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、吸気管噴射型の直列４気筒ガソリンエンジン１用のＥＧＲ率推定装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用したり、気筒配列や気筒数の異なるエンジンに適用したりしてもよい。
【００４９】
又、上記実施形態では、ブランチ２ａを上流と下流に分割して個別にＥＧＲ率ＲＵ（ｎ），ＲＬ（ｎ）を算出したが、上記説明から明らかなようにブランチ２ａの分割数は、ブランチ２ａの容積と気筒容積との比に基づいて決定され、例えばブランチ２ａの容積が気筒容積の３倍のときには、ブランチ２ａを上流、中流、下流の３領域に分割して個別にＥＧＲ率を算出することになる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，２の発明の内燃機関のＥＧＲ率推定装置によれば、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を常に正確に推定することができる。
【００５１】
請求項３の発明の内燃機関のＥＧＲ率推定装置によれば、請求項１，２の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のＥＧＲ率を正確に推定でき、ひいては筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を一層正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のエンジンのＥＧＲ率推定装置を示す全体構成図である。
【図２】エンジンの吸気系を模式的に示した説明図である。
【図３】筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）を推定するときの制御フローを示す説明図である。
【図４】加速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図５】減速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図６】点火時期ＳＡを設定するときの制御フローを示す説明図である。
【符号の説明】
１　　エンジン（内燃機関）
１ａ　筒内
２　　インテークマニホールド
２ａ　ブランチ
３　　サージタンク
１１　ＥＧＲ弁
２１　ＥＣＵ（第１のＥＧＲ率演算手段、第２のＥＧＲ率演算手段、ＥＧＲ率記憶手段、ＥＧＲ率更新手段）
【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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