(57)【要約】【課題】ＥＧＲ制御弁通過ガス量を簡単にかつ正確に求める。【解決手段】スロットル弁下流の吸気管と排気管とをＥＧＲ供給管を介し互いに接続し、ＥＧＲ供給管内にＥＧＲ制御弁を配置する。定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されていないときの機関負荷率ＫＬｏｆｆ、及び定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されているときの機関負荷率ＫＬｏｎをそれぞれ、吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表し、記憶しておく。吸気管圧力Ｐｍを検出し、検出された吸気管圧力Ｐｍから前記一次関数式を用いてＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎを算出し、これらの差ΔＫＬ（＝ＫＬｏｆｆ−ＫＬｏｎ）を算出する。差ΔＫＬに基づき、ＥＧＲ制御弁を通過するＥＧＲガスの量であるＥＧＲ制御弁通過ガス量を算出する。【選択図】      図１３
2004197616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁下流の吸気管と排気管とを排気ガス再循環通路を介し互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内を流通する排気ガス再循環ガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁を該排気ガス再循環通路内に配置した内燃機関において、筒内に充填された新気の量である筒内充填新気量であって、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されていないときの筒内充填新気量と、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量との差を、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力の関数式により表すと共に、該関数式を予め求めて記憶しておく手段と、吸気管圧力を求める手段と、該求められた吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出すると共に、排気ガス再循環制御弁が開弁しているときに該排気ガス再循環制御弁を通過する排気ガス再循環ガスの量である排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該差に基づいて算出する手段と、を具備した排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項２】
定常運転時における吸気管圧力を求めると共に、該求められた定常運転時における吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出すると共に、定常運転時に筒内に充填された排気ガス再循環ガスの量を該差に基づいて算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項３】
定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されていないときの筒内充填新気量を吸気管圧力の関数式である第１の関数式により表すと共に該第１の関数式を予め求めて記憶しておき、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量を吸気管圧力の関数式である第２の関数式により表すと共に該第２の関数式を予め求めて記憶しておき、前記求められた吸気管圧力から前記第１及び第２の関数式を用いてそれぞれ筒内充填新気量を算出すると共にこれら算出された筒内充填新気量の差を算出し、前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該差に基づいて算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項４】
互いに異なる複数の排気ガス再循環制御弁開度に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、排気ガス再循環制御弁開度を求め、該求められた排気ガス再循環制御弁開度に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項５】
互いに異なる複数の機関回転数に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、機関回転数を求め、該求められた機関回転数に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項６】
前記関数式が、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式からなる請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の関数式がそれぞれ、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式からなる請求項３に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項８】
スロットル弁下流の吸気管内における空気流れを制御するための吸気制御弁が設けられており、互いに異なる複数の吸気制御弁開度に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、吸気制御弁開度を求め、該求められた吸気制御弁開度に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項９】
前記関数式が、機関周囲環境状態が予め定められた基準環境状態であるときの前記差を表しており、機関周囲環境状態を代表する代表値を求め、前記関数式により算出された前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該代表値に基づいて補正するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１０】
機関冷却水温を求め、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該機関冷却水温に基づいて補正するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１１】
前記内燃機関が点火栓を備えており、点火時期の遅角補正が行われているときには、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を点火時期の遅角補正量に基づいて補正するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１２】
燃料供給量の増量補正が行われているときには、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を燃料供給量の増量補正分に基づいて補正するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１３】
スロットル弁下流の吸気管内に配置された圧力センサにより吸気管圧力を検出し、該検出された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１４】
スロットル開度を求め、該求められたスロットル開度に基づいて吸気管圧力を推定し、該推定された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１５】
吸気管内を流通する新気の量をエアフローメータにより検出し、該検出された新気の量に基づいて吸気管圧力を推定し、該推定された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【請求項１６】
前記推定された吸気管圧力が最高圧を越えたときには、前記差を予め定められた一定値に保持するようにした請求項１５に記載の内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スロットル弁下流の吸気管と排気管とを互いに接続する排気ガス再循環通路を介し互いに接続すると共に、排気ガス再循環通路内を流通する排気ガス再循環ガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁を排気ガス再循環通路内に配置した内燃機関が知られている。
【０００３】
このような内燃機関において、空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、筒内に充填される新気の量即ち筒内充填新気量を正確に求める必要がある。
【０００４】
そこで、スロットル弁を通過して吸気管内に流入する新気の量即ちスロットル弁通過新気量と、排気ガス再循環制御弁を通過して吸気管内に流入する排気ガス再循環ガスの量即ち排気ガス再循環制御弁通過ガス量との両方を考慮したモデルを構築し、このモデルを用いて筒内充填新気量を算出するようにした内燃機関が公知である（特許文献１、特に［００４７］及び［００４８］参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４７２７９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３００３９号公報
【特許文献３】
特開平８−１２８３５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１には、排気ガス再循環制御弁を通過する排気ガス再循環ガス量をどのように求めるかについて具体的に記載されていない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、排気ガス再循環制御弁通過ガス量を簡単にかつ正確に求めることができる内燃機関の排気ガス再循環ガス量算出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、スロットル弁下流の吸気管と排気管とを排気ガス再循環通路を介し互いに接続すると共に、該排気ガス再循環通路内を流通する排気ガス再循環ガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁を該排気ガス再循環通路内に配置した内燃機関において、筒内に充填された新気の量である筒内充填新気量であって、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されていないときの筒内充填新気量と、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量との差を、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力の関数式により表すと共に、該関数式を予め求めて記憶しておく手段と、吸気管圧力を求める手段と、該求められた吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出すると共に、排気ガス再循環制御弁が開弁しているときに該排気ガス再循環制御弁を通過する排気ガス再循環ガスの量である排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該差に基づいて算出する手段と、を具備している。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、定常運転時における吸気管圧力を求めると共に、該求められた定常運転時における吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出すると共に、定常運転時に筒内に充填された排気ガス再循環ガスの量を該差に基づいて算出するようにしている。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されていないときの筒内充填新気量を吸気管圧力の関数式である第１の関数式により表すと共に該第１の関数式を予め求めて記憶しておき、定常運転時でかつ排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量を吸気管圧力の関数式である第２の関数式により表すと共に該第２の関数式を予め求めて記憶しておき、前記求められた吸気管圧力から前記第１及び第２の関数式を用いてそれぞれ筒内充填新気量を算出すると共にこれら算出された筒内充填新気量の差を算出し、前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該差に基づいて算出するようにしている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、互いに異なる複数の排気ガス再循環制御弁開度に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、排気ガス再循環制御弁開度を求め、該求められた排気ガス再循環制御弁開度に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００１２】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、互いに異なる複数の機関回転数に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、機関回転数を求め、該求められた機関回転数に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００１３】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、前記関数式が、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式からなっている。
【００１４】
また、７番目の発明によれば３番目の発明において、前記第１及び第２の関数式がそれぞれ、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式からなっている。
【００１５】
また、８番目の発明によれば４番目の発明において、スロットル弁下流の吸気管内における空気流れを制御するための吸気制御弁が設けられており、互いに異なる複数の吸気制御弁開度に対し、それぞれ前記関数式が予め求められて記憶されており、吸気制御弁開度を求め、該求められた吸気制御弁開度に応じて定まる関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００１６】
また、９番目の発明によれば１番目の発明において、前記関数式が、機関周囲環境状態が予め定められた基準環境状態であるときの前記差を表しており、機関周囲環境状態を代表する代表値を求め、前記関数式により算出された前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該代表値に基づいて補正するようにしている。
【００１７】
また、１０番目の発明によれば１番目の発明において、機関冷却水温を求め、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を該機関冷却水温に基づいて補正するようにしている。
【００１８】
また、１１番目の発明によれば１番目の発明において、前記内燃機関が点火栓を備えており、点火時期の遅角補正が行われているときには、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を点火時期の遅角補正量に基づいて補正するようにしている。
【００１９】
また、１２番目の発明によれば１番目の発明において、燃料供給量の増量補正が行われているときには、前記差又は前記排気ガス再循環制御弁通過ガス量を燃料供給量の増量補正分に基づいて補正するようにしている。
【００２０】
また、１３番目の発明によれば１番目の発明において、スロットル弁下流の吸気管内に配置された圧力センサにより吸気管圧力を検出し、該検出された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００２１】
また、１４番目の発明によれば１番目の発明において、スロットル開度を求め、該求められたスロットル開度に基づいて吸気管圧力を推定し、該推定された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００２２】
また、１５番目の発明によれば１番目の発明において、吸気管内を流通する新気の量をエアフローメータにより検出し、該検出された新気の量に基づいて吸気管圧力を推定し、該推定された吸気管圧力から前記関数式を用いて前記差を算出するようにしている。
【００２３】
また、１６番目の発明によれば１５番目の発明において、前記推定された吸気管圧力が最高圧を越えたときには、前記差を予め定められた一定に保持するようにしている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。
【００２５】
図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓、１１は燃料噴射弁をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁１７下流の吸気ダクト、サージタンク１３、吸気枝管１２、及び吸気ポート７を吸気管と称する場合がある。
【００２６】
一方、排気ポート１１は排気マニホルド１８及び排気管１９を介して触媒コンバータ２０に連結され、この触媒コンバータ２０は図示しないマフラを介して大気に連通される。
【００２７】
排気マニホルド１８と各吸気枝管１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）供給管２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ供給管２１内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。図１に示される内燃機関では、ＥＧＲ制御弁２２下流のＥＧＲ供給管２１が分岐され、各吸気枝管１２に接続されている。なお、ＥＧＲ制御弁２２はステップモータを備えており、このステップモータのステップ数ＳＴＰが大きくなるとＥＧＲ制御弁２２の開度が大きくなる。即ち、ステップ数ＳＴＰはＥＧＲ制御弁２２の開度を表している。
【００２８】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。サージタンク１３内には吸気管内の圧力である吸気管圧力Ｐｍを検出するための圧力センサ３９が取り付けられる。また、スロットル弁１７にはスロットル開度θｔを検出するためのスロットル開度センサ４０が取り付けられる。更に、アクセルペダル４１にはアクセルペダル４１の踏み込み量を検出するための負荷センサ４２が接続される。アクセルペダル４１の踏み込み量は要求負荷を表している。更に、吸気ダクト１４内には大気温を検出するための大気温センサ４４と、大気圧を検出するための大気圧センサ４５とがそれぞれ取り付けられ、シリンダブロック２には機関冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ４６が取り付けられる。これらセンサ３９，４０，４２，４４，４５，４６の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４３が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４３の出力パルスに基づいて機関回転数ＮＥが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１６、及びＥＧＲ制御弁２２にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００２９】
図１に示される内燃機関では、燃料噴射量ＱＦは例えば次式に基づいて算出される。
【００３０】
ＱＦ＝ｋＡＦ・ＫＬ
ここで、ｋＡＦは空燃比設定係数を、ＫＬは機関負荷率（％）をそれぞれ示している。
【００３１】
空燃比設定係数ｋＡＦは目標空燃比を表す係数であり、目標空燃比が大きくなると即ちリーンになると小さくなり、目標空燃比が小さくなると即ちリッチになると大きくなる。この空燃比設定係数ｋＡＦは機関運転状態例えば要求負荷及び機関回転数の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３２】
一方、機関負荷率ＫＬは各気筒の筒内に充填された新気の量を表すものであり、例えば次式により定義される。
【００３３】
【数１】
2004197616.tif 000003
【００３４】
ここで、Ｍｃａｉｒは吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気の密度（約１．２ｇ／リットル）を、それぞれ示している。また、ｋｋは各定数をひとまとめにして表したものを表しており、筒内充填新気量ＭｃａｉｒはＫＬ／ｋｋで表される。
【００３５】
従って、実際の空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、機関負荷率ＫＬを正確に求ればよいことになる。
【００３６】
なお、ＥＧＲ制御弁２２が開弁され従ってＥＧＲガスが供給されているときには、各気筒の筒内に新気とＥＧＲガスとの混合ガスが吸入される。従って、吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている混合ガス及びＥＧＲガスの量をそれぞれ筒内充填ガス量Ｍｃ及び筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒと称すると、筒内充填ガス量Ｍｃは筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和で表されることになる（Ｍｃ＝Ｍｃａｉｒ＋Ｍｃｅｇｒ）。
【００３７】
ところで、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表されることが知られている。即ち、理論及び経験則によれば、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの筒内圧力に比例し、この筒内圧力は吸気弁７上流の混合ガス圧力、即ち吸気管圧力Ｐｍにほぼ一致する。
【００３８】
ＥＧＲガスが供給されていないときには筒内に新気のみが充填されるので、このときの筒内充填新気量Ｍｃａｉｒ従って機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。即ち、機関負荷率ＫＬを簡単にかつ正確に求めることができる。
【００３９】
ところが、ＥＧＲガスが供給されているときには状況が全く異なり、筒内には新気だけでなくＥＧＲガスも充填される。このため、従来では、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことは到底できないと考えられていたのである。
【００４０】
筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるならば、筒内充填ガス量Ｍｃを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができること、筒内充填ガス量Ｍｃが筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和であることを考えれば、ＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。
【００４１】
しかしながら、従来では、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒも吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができないと考えられていたのである。このことを図２を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、図２（Ａ）に示されるように、ＥＧＲ制御弁２２上流のＥＧＲガス圧力が排気マニホルド１８内の排気圧Ｐｅ（ｋＰａ）であり、ＥＧＲ制御弁上流のＥＧＲガス温度が排気マニホルド１８内の排気温Ｔｅ（Ｋ）であり、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの圧力が吸気管圧力Ｐｍ（ｋＰａ）であると考えると、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）は次式（１）により表すことができる。
【００４３】
【数２】
2004197616.tif 000004
【００４４】
ここで、μはＥＧＲ制御弁２２における流量係数を、ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開口断面積（ｍ２）を、Ｒｅは気体定数Ｒに関する定数を、Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＰｍ／Ｐｅの関数を、それぞれ表している。なお、流量係数μおよび開口断面積ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開度θｅによって定まる値であり、定数Ｒｅは気体定数Ｒを１ｍｏｌ当たりの排気ガスないしＥＧＲガスの質量Ｍｅで除算した値である（Ｒｅ＝Ｒ／Ｍｅ）。
【００４５】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＥＧＲガスの流速が音速を越えないように、比熱比κ（一定とする）を用いて次式により表される。
【００４６】
【数３】
2004197616.tif 000005
【００４７】
上述した式（１）は簡単に説明すると、ＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスについての質量、エネルギ、及び運動量の各保存則、並びにＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスの状態方程式を用いて導出される。
【００４８】
ここで、計算を簡単にするために排気圧Ｐｅが大気圧Ｐａであるとすると、式（１）により表されるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは図２（Ｂ）のようになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは吸気管圧力Ｐｍが小さいときにはほぼ一定に維持され、吸気管圧力Ｐｍが高くなると図２（Ｂ）においてＮＲで示されるように吸気管圧力Ｐｍに対し非線形性を示しながら大気圧Ｐａに向けて減少する。なお、この非線形性部分ＮＲは式（１）のうちＰｅ／√Ｔｅの部分及び関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）によるものである。
【００４９】
従って、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒとりわけ非線形性部分ＮＲを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことはできないものと考えられていたのである。もっとも、かなり多くの数の一次関数式を用いれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができると考えられる。しかしながら、この場合には、もはや機関負荷率ＫＬを簡単に求めているとは言えない。
【００５０】
ところが、本願発明者らによれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができ、従って筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることが判明したのである。
【００５１】
即ち、まず、図３に示されるように、排気温Ｔｅは吸気管圧力Ｐｍの増大に対し、排気圧Ｐｅが増大するよりも大幅に増大し、その結果Ｐｅ／√Ｔｅを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。
【００５２】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）も吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。これを図４を参照して説明する。排気圧Ｐｅが一定の大気圧Ｐａに維持されるのではなく、吸気管圧力Ｐｍに応じて変動することを考慮すると、図４（Ａ）に示されるように、吸気管圧力ＰｍがＰｍ１のときの関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は大気圧Ｐａに収束する曲線Ｃａ上にあるのではなく、排気圧Ｐｅ１に収束する曲線Ｃ１上にあり、これがプロット（○）で表されている。同様に、Ｐｍ＝Ｐｍ２（＞Ｐｍ１）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ２（＞Ｐｅ１）に収束する曲線Ｃ２上にあり、Ｐｍ＝Ｐｍ３（＞Ｐｍ２）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ３（＞Ｐｅ２）に収束する曲線Ｃ３上にある。
【００５３】
このようにして得られるプロットは図４（Ｂ）に示されるように、直線Ｌ２で結ぶことができる。従って、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は吸気管圧力Ｐｍが小さいときには直線Ｌ１に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが大きいときには直線Ｌ２に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができ、斯くして吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるのである。
【００５４】
ここで、定常運転時には、単位時間当たりに吸気管内に流入するＥＧＲガス量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒと、単位時間当たりに吸気管から流出して気筒内に流入するＥＧＲガスの量である筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）とが互いに等しい。また、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒに、各気筒の吸気行程１回に要する時間ΔＴ（ｓｅｃ）を乗算することにより得られるものである（Ｍｃｅｇｒ＝ｍｃｅｇｒ・ΔＴ）。
【００５５】
そうすると、定常運転時の筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるということになる。
【００５６】
従って、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるということになる。
【００５７】
ＥＧＲガスが供給されているときの機関負荷率ＫＬをＫＬｏｎとすると、図５には、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがそれぞれ一定であるときの、定常運転時の機関負荷率ＫＬｏｎを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例が示されている。図５に示されるように、機関負荷率ＫＬｏｎは、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式により表される。即ち、吸気管圧力Ｐｍが小さいときには勾配ｅ１の一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが高いときには勾配ｅ２の一次関数式により、機関負荷率ＫＬｏｎが表される。
【００５８】
ここで、二つの一次関数式の勾配をそれぞれｅ１，ｅ２とし、接続点ＣＰにおける吸気管圧力及び機関負荷率をそれぞれｂ，ｒとすると、これら二つの一次関数式は次式により表すことができる。
【００５９】
ＫＬｏｎ＝ｅ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｒ      …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬｏｎ＝ｅ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｒ      …Ｐｍ＞ｂ
これらをひとまとめにして表すと次式（２）のようになる。
【００６０】
2004197616.tif 000006
本発明による実施例では、定常運転時の機関負荷率ＫＬｏｎを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が式（２）に示す形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。このようにすると、二つの一次関数式をｅ，ｂ，ｒの三つのパラメータで表すことができる。即ち、二つの一次関数式を表すために必要なパラメータの数を少なくすることができる。
【００６１】
この式（２）の各パラメータｅ，ｂ，ｒは次式に基づいて算出される。
【００６２】
ｅ１＝ｅ１＊・ｋｔｈａ
ｅ２＝ｅ２＊・ｋｔｈａ
ｂ＝ｂ＊・ｋｔｈａ・ｋｐａ
ｒ＝ｒ＊・ｋｔｈａ・ｋｐａ
ここで、ｅ１＊，ｅ２＊，ｂ＊，ｒ＊はそれぞれ、機関周囲環境状態が予め定められた基準環境状態であるときの、勾配並びに接続点における吸気管圧力及び機関負荷率である。基準環境状態にはどのような状態を用いてもよいが、本発明による実施例では基準環境状態として標準状態（１気圧、２５℃）が用いられている。
【００６３】
一方、ｋｔｈａは大気温補正係数を、ｋｐａは大気圧補正係数をそれぞれ表している。大気温補正係数ｋｔｈａは大気温センサ４４により検出される実際の大気温に応じ、基準環境状態における各パラメータｅ１＊，ｅ２＊，ｂ＊，ｒ＊をそれぞれ補正するためのものであり、補正する必要がないときには１．０とされる。また、大気圧補正係数ｋｐａは大気圧センサ４５により検出される実際の大気圧に応じ、基準環境状態における各パラメータｂ＊，ｒ＊をそれぞれ補正するためのものであり、補正する必要がないときには１．０とされる。
【００６４】
従って、大気温補正係数ｋｔｈａ又は大気圧補正係数ｋｐａが実際の機関周囲環境状態を代表する代表値であるということを考えると、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における各パラメータｅ１＊，ｅ２＊，ｂ＊，ｒ＊を補正しているということになる。或いは、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における機関負荷率ＫＬｏｎを補正しているという見方もできる。
【００６５】
一方、上述の式（１）におけるＥＧＲ制御弁２２の開口断面積ＡｅがＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに依存し、機関充填効率が機関回転数ＮＥに依存することを考慮して、本発明による実施例ではパラメータｅ＊（ｅ１＊，ｅ２＊），ｂ＊，ｒ＊をＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰ又は機関回転数ＮＥに応じて設定している。
【００６６】
具体的に説明すると、勾配ｅ１＊は図６（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。また、勾配ｅ２＊は図６（Ｂ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。これら勾配ｅ１＊，ｅ２＊は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００６７】
一方、接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ＊は図７に示されるように、機関回転数ＮＥが高くなるつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ＊も予め実験により求められており、機関回転数ＮＥの関数として図７に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００６８】
更に、接続点ＣＰにおける機関負荷率ｒ＊は図８（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける機関負荷率ｒ＊も予め実験により求められており、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００６９】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数のＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに対し、定常運転時における筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬｏｎを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数ＮＥに対し、定常運転時における筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬｏｎを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。
【００７０】
図９は一定の機関回転数ＮＥでかつ様々なＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰにおける、定常運転時の機関負荷率ＫＬｏｎを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例を示している。なお、図９における破線はＥＧＲガスが供給されていないとき、即ちＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがゼロのときの機関負荷率ＫＬｏｆｆを示している。
【００７１】
一方、上述したように、ＥＧＲガスが供給されていないときの機関負荷率ＫＬｏｆｆを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。図１０には、機関回転数ＮＥが一定であるときの、定常運転時の機関負荷率ＫＬｏｆｆを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例が示されている。本発明による実施例では、図１０に示されるように、機関負荷率ＫＬｏｆｆは、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式により表される。即ち、吸気管圧力Ｐｍが小さいときには勾配ａ１の一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが高いときには勾配ａ２の一次関数式により、機関負荷率ＫＬｏｆｆが表される。
【００７２】
ここで、二つの一次関数式の勾配をそれぞれａ１，ａ２とし、接続点ＣＰにおける吸気管圧力及び機関負荷率をそれぞれｂ，ｃとすると、これら二つの一次関数式は次式により表すことができる。
【００７３】
ＫＬｏｆｆ＝ａ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ      …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬｏｆｆ＝ａ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ      …Ｐｍ＞ｂ
これらをひとまとめにして表すと次式（３）のようになる。
【００７４】
2004197616.tif 000007
本発明による実施例では、定常運転時の機関負荷率ＫＬｏｆｆを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が式（３）に示す形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、この場合の接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂは、上述した機関負荷率ＫＬｏｎについての接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂと同一である。従って、パラメータの数を更に少なくすることができる。もちろん、これら接続点ＣＰにおける吸気管圧力を互いに異ならせることもできる。
【００７５】
この式（３）の各パラメータａ，ｒは次式に基づいて算出される。
【００７６】
ａ１＝ａ１＊・ｋｔｈａ
ａ２＝ａ２＊・ｋｔｈａ
ｃ＝ｃ＊・ｋｔｈａ・ｋｐａ
ここで、ａ１＊，ａ２＊，ｒ＊はそれぞれ、機関周囲環境状態が上述した基準環境状態即ち標準状態であるときの、勾配及び接続点における機関負荷率である。
【００７７】
従って、大気温補正係数ｋｔｈａ又は大気圧補正係数ｋｐａが実際の機関周囲環境状態を代表する代表値であるということを考えると、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における各パラメータａ１＊，ａ２＊，ｃ＊を補正しているということになる。或いは、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における機関負荷率ＫＬｏｆｆを補正しているという見方もできる。
【００７８】
一方、機関充填効率が機関回転数ＮＥに依存することを考慮して、本発明による実施例ではパラメータａ＊（ａ１＊，ａ２＊），ｃ＊を機関回転数ＮＥに応じて設定している。
【００７９】
具体的に説明すると、勾配ａ１＊は図１１（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなる。また、勾配ａ２＊は図１１（Ｂ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなる。これら勾配ａ１＊，ａ２＊は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数ＮＥの関数として図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００８０】
更に、接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃ＊は図１２に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃ＊も予め実験により求められており、機関回転数ＮＥの関数として図１２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００８１】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数の機関回転数ＮＥに対し、定常運転時における筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬｏｆｆを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が予め求められて記憶されているということになる。
【００８２】
そうすると、吸気管圧力Ｐｍを例えば圧力センサ３９により検出すれば、この検出された吸気管圧力Ｐｍから上述の式（２）又は（３）を用いて機関負荷率ＫＬｏｎ又はＫＬｏｆｆを正確にかつ簡単に求めることができ、斯くして空燃比を目標空燃比に正確にかつ簡単に一致させることができることになる。
【００８３】
このように機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表せるということは、機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆと吸気管圧力Ｐｍとの関係を表すマップを作成する必要がないことを意味しており、従ってまずマップの作成労力がなくされる。また、複雑な例えば微分方程式などを解く必要がないということも意味しており、従ってＣＰＵ３４の計算負荷が軽減されることにもなる。
【００８４】
ところで、機関負荷率ＫＬは上述したように、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒを表している（Ｍｃａｉｒ＝ＫＬ／ｋｋ）。ここで、ＥＧＲガスが供給されていないときには、筒内に新気のみが充填されることを考えると、ＥＧＲガスが供給されていないときの機関負荷率ＫＬｏｆｆはこのとき筒内に充填されるガスの総量、即ち筒内充填ガス量Ｍｃを表していると考えることができる。
【００８５】
ここで、ＥＧＲガスが供給されているときと供給されていないときとで筒内充填ガス量Ｍｃが変わらないと考えると、ＥＧＲガスが供給されていないときの機関負荷率ＫＬｏｆｆは、ＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填ガス量Ｍｃだけでなく、ＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填ガス量Ｍｃをも表しているということになる。
【００８６】
一方、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填新気量Ｍｃａｉｒが機関負荷率ＫＬｏｎによって表されることは上述したとおりである。
【００８７】
従って、ＥＧＲガスが供給されていないときの機関負荷率ＫＬから、ＥＧＲガスが供給されているときの機関負荷率ＫＬｏｎを差し引いた結果ΔＫＬ（＝ＫＬｏｆｆ−ＫＬｏｎ）は、定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを表しているということになる。
【００８８】
具体的に説明すると、例えば図１３に示されるようにＰｍ＝Ｐｍ１のときにＫＬｏｆｆ＝ＫＬｏｆｆ１でありＫＬｏｎ＝ＫＬｏｎ１である場合には、定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量ＭｃｅｇｒはΔＫＬ（＝ＫＬｏｆｆ１−ＫＬｏｎ１）で表される。
【００８９】
従って、定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは次式（４）に基づいて算出できることになる。
【００９０】
Ｍｃｅｇｒ＝ｋｅｇｒ１・ΔＫＬ      （４）
ここで、ｋｅｇｒ１は機関負荷率ＫＬから筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒへの変換係数を、ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎは上述した式（３），（２）からそれぞれ算出される機関負荷率を、それぞれ表している。
【００９１】
従って、吸気管圧力Ｐｍを例えば圧力センサ３９により検出すれば、この検出された吸気管圧力Ｐｍから上述の式（４）を用いて定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを正確にかつ簡単に求めることができることになる。
【００９２】
ところで、上述したように、定常運転時にはＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒと筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒとが互いに等しく、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒとΔＴ（ｓｅｃ）との積で表される（Ｍｃｅｇｒ＝ｍｃｅｇｒ・ΔＴ）。
【００９３】
従って、上述した差ΔＫＬは定常運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒも表しているということになる。
【００９４】
本発明による実施例では、次式（５）に基づいて定常運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが算出される。
【００９５】
ｍｅｇｒ＝ｋｅｇｒ２・ΔＫＬ      （５）
ここで、ｋｅｇｒ２は機関負荷率ＫＬからＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒへの変換係数を、ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎは上述した式（３），（２）からそれぞれ算出される機関負荷率を、それぞれ表している。
【００９６】
これまで説明してきたように、上述の式（５）を用いて定常運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが算出される。しかしながら、この式（５）を用いて過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを算出することもできる。
【００９７】
即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒはＥＧＲ制御弁２２前後の圧力差、即ち排気圧Ｐｅと吸気管圧力Ｐｍとの差に大きく依存し、過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁２２上流の排気圧Ｐｅ及び排気温Ｔｅが定常運転時におけるＰｅ及びＴｅとそれほど変わらないと考えれば、定常運転時であろうと過渡運転時であろうと、吸気管圧力Ｐｍが決まればＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが決まるのである。
【００９８】
従って、吸気管圧力Ｐｍを例えば圧力センサ３９により検出すれば、この検出された吸気管圧力Ｐｍから上述の式（５）を用いて定常運転時及び過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを正確にかつ簡単に求めることができることになる。この場合、定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは定常運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒから算出することもできるし、上述の式（４）を用いて差ΔＫＬから算出することもできる。
【００９９】
図１４は上述した本発明による実施例におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１００】
図１４を参照すると、まずステップ１００では吸気管圧力Ｐｍ、機関回転数ＮＥ、及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが読み込まれる。続くステップ１０１では、大気温補正係数ｋｔｈａ及び大気圧補正係数ｋｐａが算出される。続くステップ１０２では、図７、図８（Ｂ）、及び図１２のマップから、基準環境状態のもとでの接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ＊及び機関負荷率ｃ＊，ｒ＊が算出される。続くステップ１０３では、ｋｔｈａ，ｋｐａによりｂ＊，ｃ＊，ｒ＊を補正することにより、パラメータｂ，ｃ，ｒが算出される。続くステップ１０４では、検出された吸気管圧力Ｐｍが接続点における吸気管圧力ｂ以下か否かが判別される。Ｐｍ≦ｂのときには次いでステップ１０５に進み、図６（Ｃ）及び図１１（Ａ）のマップからａ１＊，ｅ１＊が算出される。続くステップ１０６では、勾配ａ＊，ｅ＊がそれぞれａ１＊，ｅ１＊とされる。次いでステップ１０９に進む。これに対し、Ｐｍ＞ｂのときには次いでステップ１０７に進み、図６（Ｄ）及び図１１（Ｂ）のマップからａ２＊，ｅ２＊が算出される。続くステップ１０８では、勾配ａ＊，ｅ＊がそれぞれａ２＊，ｅ２＊とされる。次いでステップ１０９に進む。
【０１０１】
ステップ１０９では、ｋｔｈａ，ｋｐａによりａ＊，ｅ＊を補正することにより、パラメータａ，ｅが算出される。続くステップ１１０では、式（３）に基づいて機関負荷率ＫＬｏｆｆが算出される（ＫＬｏｆｆ＝ａ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ）。続くステップ１１１では、式（２）に基づいて機関負荷率ＫＬｏｎが算出される（ＫＬｏｎ＝ｅ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｒ）。続くステップ１１２では差ΔＫＬが算出される（ΔＫＬ＝ＫＬｏｆｆ−ＫＬｏｎ）。続くステップ１１３では、式（５）に基づいてＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが算出される（ｍｅｇｒ＝ｋｅｇｒ２・ΔＫＬ）。
【０１０２】
上述の実施例では、機関負荷率ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎをそれぞれ、二つの一次関数式により表している。しかしながら、機関負荷率ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎをそれぞれ、ｎ個のｍ次関数式により表すこともできる（ｎ，ｍ＝１，２…）。
【０１０３】
従って、上述の実施例では、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されていないときの筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｆｆを吸気管圧力Ｐｍの関数式である第１の関数式により表すと共に第１の関数式を予め求めて記憶しておき、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｎを吸気管圧力Ｐｍの関数式である第２の関数式により表すと共に第２の関数式を予め求めて記憶しておき、前記求められた吸気管圧力Ｐｍから前記第１及び第２の関数式を用いてそれぞれ筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎを算出し、これら算出された筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｆｆ，ＫＬｏｎの差ΔＫＬを算出し、ＥＧＲ制御弁通過ガス量ｍｅｇｒを差ΔＫＬに基づいて算出しているということになる。
【０１０４】
更に一般的に言うと、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されていないときの筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｆｆと、定常運転時でかつＥＧＲガスが供給されているときの筒内充填新気量又は機関負荷率ＫＬｏｎとの差ΔＫＬを吸気管圧力Ｐｍの関数式により表すと共に、関数式を予め求めて記憶しておき、吸気管圧力Ｐｍを求め、求められた吸気管圧力Ｐｍから前記関数式を用いて前記差ΔＫＬを算出し、定常運転時及び過渡運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ並びに定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを、この差ΔＫＬに基づいて算出しているということになる。
【０１０５】
次に、本発明による別の実施例を説明する。
【０１０６】
上述した差ΔＫＬはＫＬｏｆｆ及びＫＬｏｎをそれぞれ表す式（３），（２）を用いて次式のように表すことができる。
【０１０７】
2004197616.tif 000008
ここで、（ａ−ｅ）＝ｈ，（ｃ−ｒ）＝ｉと置き換えると、式（６）は次のようになる。
【０１０８】
2004197616.tif 000009
従って、差ΔＫＬは図１５に示されるように、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式により表されることになる。即ち、吸気管圧力Ｐｍが小さいときには勾配ｈ１の一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが高いときには勾配ｈ２の一次関数式により、差ΔＫＬが表される。
【０１０９】
本発明による実施例では、差ΔＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が式（７）に示す形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。このようにすると、パラメータの数を更に少なくすることができる。
【０１１０】
この式（７）の各パラメータｈ，ｂ，ｉは次式に基づいて算出される。
【０１１１】
ｈ１＝ｈ１＊・ｋｔｈａ
ｈ２＝ｈ２＊・ｋｔｈａ
ｉ＝ｉ＊・ｋｔｈａ・ｋｐａ
ここで、ｈ１＊，ｈ２＊，ｉ＊はそれぞれ、機関周囲環境状態が基準環境状態であるときの、勾配及び接続点ＣＰにおける差である。これらｈ１＊，ｈ２＊，ｉ＊は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、パラメータｂは上述の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１１２】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数のＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに対し、差ΔＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数ＮＥに対し、差ΔＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。
【０１１３】
図１７は上述した本発明による別の実施例におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１１４】
図１７を参照すると、まずステップ１２０では吸気管圧力Ｐｍ、機関回転数ＮＥ、及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが読み込まれる。続くステップ１２１では、大気温補正係数ｋｔｈａ及び大気圧補正係数ｋｐａが算出される。続くステップ１２２では、図７及び図１６（Ｃ）のマップから、基準環境状態のもとでの接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ＊及び差ｉ＊が算出される。続くステップ１２３では、ｋｔｈａ，ｋｐａによりｂ＊，ｉ＊を補正することにより、パラメータｂ，ｉが算出される。続くステップ１２４では、検出された吸気管圧力Ｐｍが接続点における吸気管圧力ｂ以下か否かが判別される。Ｐｍ≦ｂのときには次いでステップ１２５に進み、図１６（Ａ）のマップからｈ１＊が算出される。続くステップ１２６では、勾配ｈ＊がｈ１＊とされる。次いでステップ１２９に進む。これに対し、Ｐｍ＞ｂのときには次いでステップ１２７に進み、図１６（Ｂ）のマップからｈ２＊が算出される。続くステップ１２８では、勾配ｈ＊がｈ２＊とされる。次いでステップ１２９に進む。
【０１１５】
ステップ１２９では、ｋｔｈａ，ｋｐａによりｈ＊を補正することにより、パラメータｈが算出される。続くステップ１３０では、式（７）に基づいて差ΔＫＬが算出される（ΔＫＬ＝ｈ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｉ）。続くステップ１３１では、式（５）に基づいてＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが算出される（ｍｅｇｒ＝ｋｅｇｒ２・ΔＫＬ）。
【０１１６】
ここで、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰについて簡単に説明する。上述したように、ＥＧＲ制御弁開度はＥＧＲ制御弁２２のステップモータのステップ数ＳＴＰで表され、即ちステップ数ＳＴＰがゼロになるとＥＧＲ制御弁２２は閉弁し、ステップ数ＳＴＰが大きくなるとＥＧＲ制御弁開度も大きくなる。
【０１１７】
ところが実際には、図１８に示されるようにステップ数ＳＴＰがゼロから大きくなっても、ＥＧＲ制御弁２２は直ちに開弁せず、ステップ数ＳＴＰがＳＴＰ１を越えるとようやくＥＧＲ制御弁２２が開弁する。このため、ステップ数ＳＴＰからＳＴＰ１だけ減算した結果（ＳＴＰ−ＳＴＰ１）でもって、ＥＧＲ制御弁開度を表す必要がある。
【０１１８】
また、ＥＧＲ制御弁２２には通常、製造誤差が含まれているので、ステップ数ＳＴＰに対する実際のＥＧＲ制御弁開度が正規の開度からずれている恐れがある。そこで図１に示される内燃機関では、実際のＥＧＲ制御弁開度を正規の開度に一致させるための補正係数ｋｇを求め、この補正係数ｋｇをステップ数ＳＴＰに加算するようにしている。
【０１１９】
従って、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰは次式に基づいて表されることになる。
【０１２０】
ＳＴＰ＝ＳＴＰ−ＳＴＰ０＋ｋｇ
ここで、ＳＴＰ０は図面公差中央品においてＥＧＲ制御弁２２が開弁し始めるステップ数である。本発明による実施例では、このようにして算出されるＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰをマップの引数として用いている。
【０１２１】
ところで、上述のように算出されるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ又は定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを、排気温度Ｔｅを考慮して更に補正することもできる。
【０１２２】
ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを補正する場合について説明すると、この場合のＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは例えば次式で表される。
【０１２３】
ｍｅｇｒ＝ｍｅｇｒ・ｋｗｕ・ｋｒｔｄ・ｋｉｎｃ
ここで、ｋｗｕは暖機時補正係数を、ｋｒｔｄは遅角時補正係数を、ｋｉｎｃは増量時補正係数を、それぞれ表している。
【０１２４】
暖機時補正係数ｋｗｕは機関暖機運転時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを補正するためのものである。即ち、暖機運転時には暖機運転完了後に比べて排気温度Ｔｅが低くなっており、その分だけＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）が多くなる。上述した式（２），（３）又は式（７）を用いて算出されるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは暖機運転完了後におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量であるので、これを補正する必要があるのである。
【０１２５】
暖機時補正係数ｋｗｕは図１９（Ａ）に示されるように、暖機の程度を表す機関冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて小さくなり、暖機完了を表す温度ＴＷＵ以上になると１．０に保持される。この暖機時補正係数ｋｗｕは図１９（Ａ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１２６】
一方、遅角時補正係数ｋｒｔｄは点火時期の遅角補正時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを補正するためのものである。即ち、遅角補正時には遅角補正が行われないときに比べて排気温度Ｔｅが高くなっており、その分だけＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが少なくなる。
【０１２７】
遅角時補正係数ｋｒｔｄは図１９（Ｂ）に示されるように、遅角量ＲＴＤがゼロのときに１．０であり、遅角量ＲＴＤが大きくなるにつれて小さくなる。この遅角時補正係数ｋｒｔｄは図１９（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１２８】
更に、増量時補正係数ｋｉｎｃは燃料噴射量の増量補正時におけるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを補正するためのものである。即ち、増量補正時には増量補正が行われないときに比べて排気温度Ｔｅが低くなっており、その分だけＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒが多くなる。
【０１２９】
増量時補正係数ｋｉｎｃは図１９（Ｃ）に示されるように、増量補正分Ｆｉｎｃがゼロのときに１．０であり、増量補正分Ｆｉｎｃが大きくなるにつれて小さくなる。この増量時補正係数ｋｉｎｃは図１９（Ｃ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１３０】
このようにすると、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを更に高精度で求めることができる。
【０１３１】
なお、点火時期遅角補正又は燃料増量補正が行われないときの排気温度Ｔｅを機関運転状態例えば機関回転数ＮＥ及び要求負荷Ｌの関数として予め求めておき、実際の排気温度Ｔｅを検出又は推定し、遅角補正又は燃料増量補正が行われないときの排気温度Ｔｅと実際の排気温度Ｔｅとの差に基づいてＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを補正するようにしてもよい。定常運転時における筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒも同様であるので、説明を省略する。
【０１３２】
図１に示される内燃機関では上述したように、ＥＧＲ制御弁２２下流のＥＧＲ供給管２１が分岐されて各気筒の吸気枝管１２にそれぞれ接続されている。この構成において、各気筒に供給されるＥＧＲガスの量にばらつきが生ずるのを抑制するために、図２０に示されるようにＥＧＲ制御弁２２下流の各ＥＧＲ供給管２１内に絞り２３を設けることができる。
【０１３３】
この場合、まず、定常運転時であれば、絞り２３を通過するＥＧＲガスの流量である絞り通過ガス流量ｍｃｈｋ（ｇ／ｓｅｃ）はＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒに一致する。従って、これまでの説明からわかるように、定常運転時における絞り通過ガス流量ｍｃｈｋを差ΔＫＬに基づいて算出することができるということになる。なお、絞り通過ガス流量ｍｃｈｋは吸気管内に流入するＥＧＲガスの流量を表している。
【０１３４】
一方、過渡運転時には、絞り通過ガス流量ｍｃｈｋはＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒに必ずしも一致しない。しかしながら、ＥＧＲ制御弁２２から絞り２３までのＥＧＲ供給管２１内の容積が比較的小さい場合には、ｍｃｈｋはｍｅｇｒに概ね一致する。従って、ＥＧＲ制御弁２２から絞り２３までのＥＧＲ供給管２１内の容積が比較的小さい場合には、定常運転時であろうと過渡運転時であろうと、絞り通過ガス流量ｍｃｈｋを差ΔＫＬに基づいて算出できるということになる。
【０１３５】
図２１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明を適用可能な別の内燃機関を示している。
【０１３６】
図２１（Ａ）に示される内燃機関では、各気筒の吸気枝管１２に、吸気管長制御弁２４ａを介して追加のサージタンク２５が接続されている。
【０１３７】
この吸気管長制御弁２４ａは例えば機関低回転運転時に閉弁され、機関高回転運転時に開弁される。吸気管長制御弁２４ａが閉弁されると、吸気枝管１２と追加のサージタンク２５との間の連通が遮断され、吸気管長が実質的に延長される。これに対し、吸気管長制御弁２４ａが開弁されると、吸気枝管１２と追加のサージタンク２５とが互いに連通され、吸気管長が実質的に短縮される。その結果、機関回転数ＮＥに関わらず、吸気脈動効果を効果的に作用させることができる。
【０１３８】
一方、図２１（Ｂ）に示される内燃機関では、各気筒の吸気枝管１２内に、隔壁２６によって互いに分離された一対の吸気通路１２ａ，１２ｂが設けられ、各吸気通路１２ａ，１２ｂは対応する吸気ポート７に接続される。これら一対の吸気通路１２ａ，１２ｂのうち一方の吸気通路１２ａ内にスワール制御弁２４ｂが配置されている。
【０１３９】
このスワール制御弁２４ｂは例えば機関低負荷運転時に閉弁され、機関高負荷運転時に開弁される。スワール制御弁２４ｂが閉弁されると、他方の吸気通路１２ｂのみから混合ガスが筒内に流入し、斯くして筒内にシリンダ軸線回りの旋回流が形成される。これに対し、スワール制御弁２４ｂが開弁されると、両方の吸気通路１２ａ，１２ｂから混合ガスが筒内に流入し、従って筒内に十分な量の新気が供給される。
【０１４０】
図２１（Ｃ）に示される内燃機関では、各気筒の吸気枝管１２の内部空間の底部に、タンブル制御弁２４ｃが配置されている。
【０１４１】
タンブル制御弁２４ｃは例えば機関低負荷運転時に閉弁され、機関高負荷運転時に開弁される。タンブル制御弁２４ｃが閉弁されると、混合ガスが吸気枝管１２の頂部内壁面に沿いつつ進行し、吸気弁７周りに形成される開口のうち排気弁８側の部分を介して筒内に流入し、排気弁８下方のシリンダボア内壁面に沿いつつ下降した後にピストン頂面を進行し、次いで吸気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿いつつ上昇し、斯くして筒内に旋回流ないしタンブル流が筒内に形成される。これに対し、タンブル制御弁２４ｃが開弁されると、吸気枝管１２全体を介して混合ガスが筒内に流入し、従って筒内に十分な量の新気が供給される。
【０１４２】
吸気管長制御弁２４ａ、スワール制御弁２４ｂ、及びタンブル制御弁２４ｃのように吸気管内の吸気流れを制御するものを吸気制御弁と称すると、吸気制御弁が閉弁しているか開弁しているかによって機関負荷率ＫＬが変動しうる。
【０１４３】
そこで図２１に示される各内燃機関では、吸気制御弁が閉弁しているときのパラメータａ＊，ｂ＊，ｃ＊，ｅ＊，ｒ＊，ｈ＊，ｉ＊を表すマップと、吸気制御弁が開弁しているときのこれらパラメータを表すマップとを予め求めて記憶しておき、吸気制御弁の状態に応じていずれかのマップからパラメータを算出するようにしている。
【０１４４】
吸気制御弁の開度が多段階に制御される場合には、各パラメータを吸気制御弁開度の関数とすることができる。即ち、例えばａ＊について説明すると、ａ＊は機関回転数ＮＥ、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰ、及び吸気制御弁開度の関数として三次元マップの形で記憶される。他のパラメータも同様である。
【０１４５】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数の吸気制御弁開度に対し、機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆ又は差ΔＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの一次関数式が予め求められて記憶されているということになる。
【０１４６】
このように図２１に示される各内燃機関では、吸気制御弁が閉弁しているときには吸気制御弁が閉弁しているときのマップを用いて、吸気制御弁が開弁しているときには吸気制御弁が開弁しているときのマップを用いて、各パラメータが算出されるので、機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆ又は差ΔＫＬを正確に算出することができる。
【０１４７】
ところが、例えば図２１（Ｂ）の内燃機関についてみると、スワール制御弁２４ｂが閉弁されたからといって直ちに旋回流が形成されるわけではなく、時間の経過と共に徐々に形成されるのである。このことは、スワール制御弁２４ｂが閉弁から開弁に切り替えられたということで、パラメータを算出するためのマップを切り替えても、必ずしも機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆ又は差ΔＫＬを正確に算出できないということを意味している。スワール制御弁が開弁されるときにも同じことが言える。
【０１４８】
そこで、切り替えられる前の吸気制御弁の状態におけるマップを用いて算出された値から、切り替えられた後の吸気制御弁の状態におけるマップを用いて算出された値まで、予め定められた変化割合でもって、各パラメータを徐々に変化させるのが好ましい。このようにすれば、吸気制御弁の切替過渡時にも、機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆ又は差ΔＫＬを正確に算出できることになる。なお、吸気制御弁が閉弁から開弁に切り替えられるときの変化割合と、吸気制御弁が開弁から閉弁に切り替えられるときの変化割合とを互いに異ならせてもよい。
【０１４９】
これまで述べてきた本発明による実施例では、圧力センサ３９により検出された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬｏｎ，ＫＬｏｆｆ又は差ΔＫＬを算出するようにしている。しかしながら、例えばスロットル開度、又はスロットル弁１７上流の吸気ダクト１４内に配置されたエアフローメータの出力に基づき吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出することもできる。或いは、例えば計算モデルを用いて吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出するようにしてもよい。
【０１５０】
ここで、スロットル開度に基づいて吸気管圧力Ｐｍを推定する場合には、吸気管圧力Ｐｍを、スロットル開度ＴＡと、機関回転数ＮＥと、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰとの関数として予め求められ、これがマップの形で記憶される。
【０１５１】
一方、エアフローメータの出力に基づいて吸気管圧力Ｐｍを推定する場合、エアフローメータの検出精度などのために、推定された吸気管圧力Ｐｍが、吸気管圧力Ｐｍがとりうる最高圧Ｐｍｍａｘを越える恐れがある。ところが、Ｐｍ＞Ｐｍｍａｘの領域では、図２２（Ｂ）に示されるように、上述の式（２）で表される機関負荷率ＫＬｏｎが式（３）で表される機関負荷率ＫＬｏｆｆよりも大きくなっている場合があり、この場合には差ΔＫＬが負値になる。即ち、推定された吸気管圧力Ｐｍが最高圧Ｐｍｍａｘを越えると、差ΔＫＬを正確に算出できなくなる恐れがある。
【０１５２】
そこで、図２２（Ａ）に示されるように、Ｐｍ＞Ｐｍｍａｘの領域では、差ΔＫＬを一定値ΔＫＬＣに保持すれば、このような不具合をなくすことができる。即ち、推定された吸気管圧力Ｐｍが最高圧Ｐｍｍａｘを越えたときに、差ΔＫＬを正確に算出し続けることができるのである。
【０１５３】
【発明の効果】
ＥＧＲ制御弁通過ガス量を簡単にかつ正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＥＧＲ制御弁通過ガス量ｍｅｇｒを説明するための図である。
【図３】排気圧Ｐｅ、排気温Ｔｅ、及びＰｅ／√Ｔｅを示す線図である。
【図４】関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）を示す線図である。
【図５】機関負荷率ＫＬｏｎと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図６】勾配ｅ１，ｅ２を示す線図である。
【図７】接続点における吸気管圧力ｂを示す線図である。
【図８】接続点における機関負荷率ｒを示す線図である。
【図９】機関負荷率ＫＬｏｎと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図１０】機関負荷率ＫＬｏｆｆと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図１１】勾配ａ１，ａ２を示す線図である。
【図１２】接続点における機関負荷率ｃを示す線図である。
【図１３】差ΔＫＬを説明するための線図である。
【図１４】ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】差ΔＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図１６】勾配ｈ１，ｈ２及び接続点における差ｉを示す線図である。
【図１７】本発明の別の実施例による、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】ＥＧＲ制御弁開度とステップ数ＳＴＰとの関係を示す線図である。
【図１９】各種補正係数を示す線図である。
【図２０】本発明による更に別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図２１】本発明を適用可能な別の内燃機関の部分図である。
【図２２】吸気管圧力Ｐｍが最高圧Ｐｍｍａｘを越えたときの機関負荷率ＫＬを示す線図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１２…吸気枝管
１７…スロットル弁
１８…排気マニホルド
２１…ＥＧＲ供給管
２２…ＥＧＲ制御弁
【図１】
2004197616.tif 000010
【図２】
2004197616.tif 000011
【図３】
2004197616.tif 000012
【図４】
2004197616.tif 000013
【図５】
2004197616.tif 000014
【図６】
2004197616.tif 000015
【図７】
2004197616.tif 000016
【図８】
2004197616.tif 000017
【図９】
2004197616.tif 000018
【図１０】
2004197616.tif 000019
【図１１】
2004197616.tif 000020
【図１２】
2004197616.tif 000021
【図１３】
2004197616.tif 000022
【図１４】
2004197616.tif 000023
【図１５】
2004197616.tif 000024
【図１６】
2004197616.tif 000025
【図１７】
2004197616.tif 000026
【図１８】
2004197616.tif 000027
【図１９】
2004197616.tif 000028
【図２０】
2004197616.tif 000029
【図２１】
2004197616.tif 000030
【図２２】
2004197616.tif 000031