(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに吸入する空気量を検出する吸入空気流量センサと、
前記エンジンの排気管と吸気管との間に連結された排気の一部を還流するためのＥＧＲ流路と、
前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲ流量センサと、
前記エンジンの吸気管内の圧力を検出する吸気管内圧力センサと、
を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは、各気筒への燃料噴射終了後に燃焼を開始する予混合燃焼モードと、燃料噴射中に燃焼を開始する拡散燃焼モードを備えており、
前記制御装置は、前記エンジンの運転状態を判定するエンジン運転状態判定手段と、
前記吸入空気流量センサの出力結果と前記ＥＧＲ流量センサの出力結果に基づいて、前記エンジンのＥＧＲ率を推定する第一のＥＧＲ率推定手段と、
前記ＥＧＲ流量センサの検出結果と前記吸気管内圧力センサの検出結果に基づいて、
前記エンジンのＥＧＲ率を推定する第二のＥＧＲ率推定手段と、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果に応じて、前記第一のＥＧＲ率推定手段と前記第二のＥＧＲ率推定手段とを切り換えるＥＧＲ率推定切り換え手段と、を備え、
前記エンジン運転状態判定手段が前記エンジンの運転状態が過渡状態と判定した場合には、
前記第二のＥＧＲ率推定手段の推定結果に基づいて、前記予混合燃焼モードと前記拡散燃焼モードを切り換えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記第二のＥＧＲ率推定手段の推定結果に基づいて、予混合燃焼モードの燃料噴射時期と拡散燃焼モードの燃料噴射時期とを切り換えることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記第二のＥＧＲ率推定手段によって推定されたＥＧＲ率が所定値以下になった時に、前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードに切り換えることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記第二のＥＧＲ率推定手段によって推定されたＥＧＲ率が所定値以上になった時に、
前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードに切り換えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ流量制御手段と、
前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段と、
前記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置と、を備え、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記第一のＥＧＲ率推定手段の推定結果に基づいて、前記ＥＧＲ流量制御手段，前記吸入空気流量制御手段，前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ流量制御手段と、
前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段と、
前記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置と、を備え、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が過渡状態と判定した場合には、前記第二のＥＧＲ率推定手段の推定結果に基づいて、
前記ＥＧＲ流量制御手段，前記吸入空気流量制御手段，前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ流量制御手段と、
前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段と、
前記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置と、
前記エンジンの制御パラメータを記憶するエンジンパラメータ記憶装置と、を備え、
前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め目標ＥＧＲ率が設定されており、前記第一のＥＧＲ率推定手段もしくは前記第二のＥＧＲ率推定手段によって推定されるＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率と等しくなるように、前記ＥＧＲ流量制御手段，前記吸入空気流量制御手段，前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ流量センサは、前記ＥＧＲ流路に設置された熱線式流量センサであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め記憶されている各エンジンパラメータ設定値と前記吸入空気流量センサの出力結果に基づいて、現在のＥＧＲ流量を推定するＥＧＲ流量推定手段を有し、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記ＥＧＲ流量推定手段の推定結果に基づいて、前記ＥＧＲ流量センサの劣化状態を判定することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記ＥＧＲ流量推定手段の推定結果に基づいて、前記ＥＧＲ流量センサの出力値から演算されるＥＧＲ流量を補正することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記エンジンの制御装置内のマップ、前記吸入空気流量センサまたは前記吸気管内圧力センサからの出力、および前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段または前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ流量制御手段の状態のうち、少なくともいずれか一つに基づいて前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を推定した結果と、前記ＥＧＲ流量センサの検出結果に基づくＥＧＲ流量の差が所定値以上の場合は、前記第一のＥＧＲ率推定手段および前記第二のＥＧＲ率推定手段に基づいたＥＧＲ率推定を禁止し、
前記ＥＧＲ流量推定手段の推定結果に基づいて、前記ＥＧＲ流量制御手段，前記吸入空気流量制御手段，前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記エンジンの制御装置内のマップ、前記吸入空気流量センサまたは前記吸気管内圧力センサからの出力、および前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段または前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ流量制御手段の状態のうち、少なくともいずれか一つに基づいて前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を推定した結果と、前記ＥＧＲ流量センサの検出結果に基づくＥＧＲ流量の差が所定値以上の場合は、前記第一のＥＧＲ率推定手段および前記第二のＥＧＲ率推定手段に基づいたＥＧＲ率推定を禁止し、前記ＥＧＲ流量センサの再生制御を実施することを特徴とする、請求項８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１３】
前記第一のＥＧＲ率推定手段または前記第二のＥＧＲ率推定手段によって推定されるＥＧＲ率、もしくは前記ＥＧＲ流量推定手段の推定結果に基づいて、前記エンジンの筒内酸素濃度を推定する筒内酸素推定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１４】
前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め目標筒内酸素濃度が設定されており、前記筒内酸素推定手段の推定結果が前記目標筒内酸素濃度と等しくなるように、前記ＥＧＲ流量制御手段，前記吸入空気流量制御手段，前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気に還流する排気再循環（以下、ＥＧＲ）装置を備えるエンジンの制御技術および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどにおいて、排気再循環（ＥＧＲ）の適用による、燃焼温度の低減と、着火遅れ期間増加による混合気均一化の効果を用いて、すすとＮＯｘの同時低減を図る技術が知られている。燃焼温度や着火遅れ期間は、ＥＧＲの導入によって変化する筒内の不活性ガス（ＣＯ2）濃度や酸素濃度に律速するため、エンジン制御においては、ＥＧＲ率、ひいてはこの不活性ガス濃度もしくは筒内酸素濃度を正確に検出／推定することが重要である。例えば、この筒内酸素濃度の推定方法として、特許文献１には、Ｏ2センサから排気酸素濃度を検出し、これを用いて筒内酸素濃度を推定し、燃料噴射に関する制御量を決定する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記公報の発明技術では、以下のような課題があった。すなわち、Ｏ2センサは、酸素濃度変化に対する検出応答性の点で課題があり、急加速や減速などの過渡時において、ＥＧＲ中の酸素濃度、ひいては筒内の酸素濃度を正確に推定することが困難である。また、Ｏ2センサなどの検出値から正確に筒内酸素濃度を求めるには、ＥＧＲと吸入空気の混合したガスの酸素濃度から演算する必要があるため、吸入空気量などの情報が必要になる。この吸入空気量を検出するエアフローセンサは、その設置場所からエンジン燃焼室までの一定の距離があり、さらにこの間にはスロットル，インタークーラ，過給器などが介在している。このような状態にあると、上記のような過渡時において、検出した空気量と実際に筒内に吸入している空気量は合致しないため、実際のＥＧＲ率や筒内酸素濃度を正確に推定することは困難である。特に、ディーゼルエンジンはエンジン劣化や汚損が進みやすく、このような状態において、正確なＥＧＲ率や筒内酸素濃度の推定は一層困難となる。
【０００５】
本発明は、前記のような課題に鑑み、その目的とするところは、ＥＧＲを適用するエン
ジンにおいて、特に加減速などの過渡時においても、正確にＥＧＲ率ならびに筒内酸素濃度を推定し、これを用いてエンジンの燃焼モード切り換え時の運転状態悪化を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、本発明はエンジンに吸入する空気量を検出する吸入空気流量センサと、前記エンジンの排気管と吸気管との間に連結された排気の一部を還流するためのＥＧＲ流路と、前記ＥＧＲ流路を通るＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲ流量センサと、前記エンジンの吸気管内の圧力を検出する吸気管内圧力センサと、を備えたエンジンの制御装置において、前記エンジンは、各気筒への燃料噴射終了後に燃焼を開始する予混合燃焼モードと、燃料噴射中に燃焼を開始する拡散燃焼モードを備えており、前記制御装置は、前記エンジンの運転状態を判定するエンジン運転状態判定手段と、前記吸入空気流量センサの出力結果と前記ＥＧＲ流量センサの出力結果に基づいて、前記エンジンのＥＧＲ率を推定する第一のＥＧＲ率推定手段と、前記ＥＧＲ流量センサの検出結果と前記吸気管内圧力センサの検出結果に基づいて、前記エンジンのＥＧＲ率を推定する第二のＥＧＲ率推定手段と、前記エンジン運転状態判定手段の判定結果に応じて、前記第一のＥＧＲ率推定手段と前記第二のＥＧＲ率推定手段とを切り換えるＥＧＲ率推定切り換え手段と、を備え、前記エンジン運転状態判定手段が前記エンジンの運転状態が過渡状態と判定した場合には、前記第二のＥＧＲ率推定手段の推定結果に基づいて、前記予混合燃焼モードと前記拡散燃焼モードを切り換えることを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【０００７】
上記、第一のＥＧＲ率推定手段は定常時に高精度検出が可能であり、第二のＥＧＲ率推定手段は過渡時の応答性に優れている。エンジンの様々な運転状態に応じて、この第一と第二のＥＧＲ推定手段を切り換えて用いることにより、好適にＥＧＲ率を推定し、エンジンのトルク変動や排気悪化を抑えたエンジン燃焼制御を実現できる。また同時に、空気環境に比べて汚損しやすいＥＧＲ雰囲気中にあって、ＥＧＲ流量センサの長時間の耐久性能を保持することも可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上に説明した本発明の内容により、ＥＧＲを適用するエンジンにおいて、特に加減速などの過渡時においても、正確にＥＧＲ率ならびに筒内酸素濃度を推定することができるため、エンジンの燃焼モードの切り換え時において、排気／燃費／出力に優れたエンジン燃焼制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第一の実施例にかかるエンジンの制御装置の構成図を示している。
【００１１】
図１中の１９はエンジンである。エンジン１９の上流からエアクリーナ１７，エアフローセンサ２，過給器のコンプレッサ６（ｂ），インタークーラ１６，吸入空気量を調整するスロットル１３，吸気ポート２０，燃料噴射弁（以下、インジェクタ）５が配置されている。本実施例における吸入空気量制御手段は、前記コンプレッサ６（ｂ），インタークーラ１６，スロットル１３であり、吸入空気量検出手段はエアフローセンサ２である。８はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）である。アクセル開度αやブレーキ状態などのユーザ要求，車速などの車両状態，エンジン冷却水温や排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン１９の燃焼モードや制御量などを決定するものである。インジェクタ５は燃焼室１８に直接燃料噴射する形式であり、燃料配管２２を通じて、燃料タンク１５と繋がっている。燃料タンク１５内のフィードポンプ（図示していない）と、燃料配管２２からインジェクタ５の間に設置される高圧燃料ポンプ（図示しない）によって、燃料はインジェクタ５に搬送される。燃料は、アクセル開度センサ１の開度信号αなどから演算される目標エンジントルクに応じて、所定の燃料量が所定の燃料噴射時期に燃焼室１８に向けて噴射される。この噴射パラメータは、スロットル１３の開度信号θtp，ＥＧＲ制御バルブ１１の開度信号θegr，コンプレッサ６（ｂ）の過給圧Ｐtin，λセンサ３の出力値などに応じて、適宜補正する。なおλセンサ３は、エンジンアウトの空燃比を計測するセンサであるが、酸素センサやＣＯ2センサなど排気の空燃比や酸素濃度を推定できるセンサであれば、それを用いても構わない。スロットル１３は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。吸気ポート２０には吸気圧センサ１４が配されており、吸気ポート２０内の圧力を検出する手段として用いている。排気管には、吸気ポート２０へ排気を再循環するＥＧＲ流路９，ＥＧＲクーラ１０，ＥＧＲ制御バルブ１１が設置されている。ＥＧＲ流路９中に、ＥＧＲ流量を検出するＥＧＲ流量センサ１２を配している。本実施例において、このＥＧＲ流量センサ１２は、各エンジン運転条件において、少なくとも１サイクル以内の検出周期によって、ＥＧＲ流量を直接検出するセンサであり、熱線式流量センサや電磁式流量センサを用いることが好ましく、これによりＥＧＲ流量を高精度に検出し、エンジン制御に用いることができる。
【００１２】
次に図２を用いて、本発明のＥＧＲ流量センサに用いられる測定原理の代表例として、熱線式流量センサの原理について説明する。本実施例にはこの熱線式流量センサをＥＧＲ流量センサ１２として用いることが好ましい。この方式は２つの発熱抵抗体を利用したものであり、一つは被測定ガス温度を検出する測温抵抗体であり、もう一方はそれに対して高い温度に設定され、かつ両者間の温度差が常時一定となるよう制御される。構成は図２（ａ）のように、熱線２７およびリード線２８のようになっており、図２（ｂ）のように、制御回路において、両者の温度を制御しながら、この時の電流制御状態をもって、吸入されるガス量を検出するものである。このような熱式の構成は、ガス流量の変化に対する出力の応答性に優れており、現在、自動車用の吸気空気流量計の大半はこの熱式流量計が
用いられている。
【００１３】
一方、吸気あるいは排気のどちらの環境に用いられる流量計においても、汚損による出力特性の劣化については重大な課題である。特に、この熱線２７にＰＭなどの汚損物質が付着すると、結果としてセンサからの出力が大きく変化し、ガス量を正確に検知することができなくなる。よって、この汚損防止のために、本発明のＥＧＲ流量センサ１２では、ＰＭを焼損する温度まで一時的に熱線２７の温度を上昇させる制御を行う。これにより、付着するＰＭ等の汚損物質を焼損させ、また新たな汚損物質や排気凝縮水の付着を防止することができる。この時に熱線２７の温度は、汚損物質付着を避けるためのライデンフロスト効果を鑑みて６００℃以上に上昇させることが好ましいが、エンジン毎に排気レベルは異なるため、この温度に限るものではない。
【００１４】
図３には、エンジン１９のある運転条件におけるエアフローセンサ２とＥＧＲ流量センサ１２の出力波形の一例である。この図３の例では、エアフローセンサ２およびＥＧＲ流量センサ１２共に、熱線式を用いた場合の波形をそれぞれＬ１，Ｌ２として示している。センサの応答性は数１００μｓ〜数ｍｓのオーダーでの測定が可能である。定常条件の場合、Ｌ１，Ｌ２のように両者共に、変動の少ない出力を得る。但し、設置場所によっては、脈動振幅の大きさや周期が異なることがある。特にＥＧＲ流量センサ１２は、吸気ポート２０および排気管を連通する、ＥＧＲ流路９を構成する配管に設置されているので、吸気および排気双方の脈動を検出する場合があり、この場合、検出されるＬ２の脈動周期はＬ１の０.５倍になる。これらはＥＣＵ８内で信号処理し、適切な吸入空気流量ＱａおよびＥＧＲ流量Ｑegrを得ることができる。これらの検出結果を用いて、ＥＣＵ８内においてＥＧＲ率を演算する場合のフローチャートについて、次に説明する。
【００１５】
図４は、本発明の第一の実施例における、ＥＧＲ演算のフローチャートの一例を示している。まずブロック１００１ｓにおいて、エンジン１９を搭載した車両の速度Ｖｃ，アクセル開度α，エンジン運転状態などを読み込み、定常運転状態にあるかどうかを判定する（ブロック１００２ｓ）。この時、定常運転状態とは、アクセル開度αや車速Ｖｃの変化率がほぼゼロまたは相当に小さい状態であり、例えばエンジン１９を搭載した車両がほぼ一定速度で運転しているような状態を指す。ブロック１００２ｓにおいて定常運転状態にあると判定された場合、ブロック１００３ｓに進んで、エアフローセンサ２の出力値とＥＧＲ流量センサ１２の出力値から、それぞれ吸入空気の質量流量ＱａおよびＥＧＲ質量流量Ｑegrを演算し、ＥＧＲ率Ｘegrを演算する（ブロック１００４ｓ）。このときのＥＧＲ率Ｘegrは、
Ｘegr＝Ｑegr／（Ｑａ＋Ｑegr）                                     …式（１）
にて求められる。このように、ＥＧＲ流量センサ１２を用いる場合、正確かつ簡便にＥＧＲ率Ｘegrを演算することができる。
【００１６】
またブロック１００２ｓにおいて、エンジン１９が定常状態にない、すなわちアクセル開度αや車速Ｖｃの変化率が大きい過渡運転状態にある場合には、ブロック１００５ｓに進んで、吸気圧センサ１４の出力値Ｐｍと、ＥＧＲ流量センサの出力値によるＥＧＲ質量流量Ｑegrを用いて、推定ＥＧＲ率Ｘegr′を演算する（ブロック１００６ｓ）。本発明では、このように過渡運転状態にある場合のＥＧＲ率演算には式（１）を用いないで実施することが特徴である。これは、特にディーゼルエンジンの場合、ＥＧＲ流量センサ１２の設置位置が燃焼室１８から離れているため、特に加減速のような過渡状態においては、ＥＧＲ流量センサ１２で検出した空気量と燃焼室１８内の空気量は一致しない。そこで、このような状態におけるＥＧＲ率の推定には、ブロック１００５ｓ〜１００６ｓのルーチンで過渡のＥＧＲ率Ｘegr′を推定し、以後の演算に適用する。この時のＥＧＲ率Ｘegr′は以下のように求める。まずスピードデンシティの式から、燃焼室１８内の総ガス質量Ｑcylは以下の式（２）で求めることができる。
【００１７】
Ｑcyl＝（Ｎｅ・Ｖｄ・Ｐｍ・ηｖ）／（６０・２・Ｒ・Ｔｍ）         …式（２）
Ｎｅ：エンジン回転数［rpm］，Ｖｄ：押しのけ容積，ηｖ：体積効率，
Ｒ：ガス定数，Ｔｍ：吸気管内のガス温度
Ｖｄおよびηｖはエンジンパラメータの適合試験により決定することができるが、Ｖｄについては簡便のため行程容積を用いてもよい。Ｔｍは吸気温度センサ２３の出力値を用いるが、吸気温度を知るもしくは推定する手段であれば、この限りではない。この式（２）によって、応答性の良い吸気圧センサを用いて、過渡状態の燃焼室１８内の総ガス質量Ｑcylを演算することができたので、これとＥＧＲ流量センサの出力値から求めたＥＧＲ質量流量Ｑegrを用いて、推定ＥＧＲ率Ｘegr′は以下の式（３）で求めることができる。
【００１８】
Ｘegr′＝Ｑegr／Ｑcyl                                             …式（３）
すなわち、本発明のＥＧＲ率演算において、ＥＧＲ流量センサ１２の出力値を用いつつ、過渡状態と定常状態でその演算方法を切り換えて用いることで、いかなる場合でも正確かつ高応答なＥＧＲ率演算が可能になる。この時、定常状態においてもブロック１００５ｓ〜ブロック１００６ｓのようなスピードデンシティ方式のＥＧＲ率演算を用いても良いが、こと定常状態においては、ブロック１００３ｓ〜１００４ｓの演算方式の方が演算精度面で優れることがわかっており、本発明の方式を用いることがエンジンの燃焼制御の上で優位である。
【００１９】
次に図５を用いて、図４のフローで求めたＥＧＲ率を用いて、エンジン１９の各気筒の筒内酸素濃度Ｏ2cylを演算するフローについて説明する。
【００２０】
まずブロック１０１１ｓにおいて、ＥＧＲ率を読み出す。これは図４に示すように、定常状態であればＸegrを、過渡状態であればＸegr′を適用することになる。以下、簡便のため、Ｘegrを適用した場合のみ説明する。次のブロック１０１２ｓにおいて、Ｑegrを用いてシリンダ内新気空気ガス量Ｍａおよびシリンダ内ＥＧＲガス量Ｍegrを演算する。それぞれ以下の式（４）（５）にて演算できる。
【００２１】
Ｍａ＝（Ｑａ・６０・２）／（Ｎｅ・（気筒数））                    …式（４）
Ｍegr＝（Ｑegr・６０・２）／（Ｎｅ・（気筒数））                  …式（５）
但しエンジンが過渡運転時には、エアフローセンサ２の出力を用いず、式（４）中のＱａをＱcyl・（１−Ｘegr′）に置き換えて用いることが好ましい。ここで求めたＭａおよびＭegrを用いて、次のブロック１０１３ｓにて新気空気の酸素濃度Ｏ2ａを読み込み、ＥＧＲガスの酸素濃度Ｏ2egrを演算する。Ｏ2ａは標準空気の酸素濃度を予めＥＣＵ８に記憶させておくことが好ましい。Ｏ2egrは、定常運転状態であれば、λセンサ３の出力値から求めた排気Ｏ2濃度Ｏ2exhを用いる。過渡の場合は、燃料噴射量変化に伴い、排気中の酸素濃度が変化するため、排気管およびＥＧＲ流路９を構成する配管の遅れ分を考慮して、以下の演算式（６）で求めるのが好ましい。
【００２２】
Ｏ2egr′＝ΣＡｉ・Ｏ2egrｉ  （Ａ：適合定数(０−１)，ｉ：燃焼サイクル）      
…式（６）
適合定数Ａは、エンジンパラメータの適合試験によりそれぞれの重み付けを実施する。この時の初期（ｉ＝１）のＯ2egrは、定常時と同様にλセンサ３の出力値から求めた排気Ｏ2濃度Ｏ2exhを用いるか、ｉ＝１における燃料噴射量から演算した排気Ｏ2濃度を適用しても良い。
【００２３】
得られたＯ2ａおよびＯ2egrを用いて、ブロック１０１４ｓにて燃焼室１８内の酸素濃度Ｏ2cylを演算する。この演算には以下の式（７）を用いるのが好ましい。
【００２４】
Ｏ2cyl＝（Ｍａ・Ｏ2ａ＋Ｍegr・Ｏ2egr）／（Ｍａ＋Ｍegr）           …式（７）
すなわち、ＥＧＲ流量センサ１２を用い、これら図４，図５で説明した上述のフローを経ることによって、エンジン１９の運転状態によらず、エンジンのＥＧＲ率および筒内酸素濃度をＥＣＵ８内において高速かつ高精度に演算することが可能となる。
【００２５】
図６には、本発明の第一の実施例において、ＥＧＲ流量センサの故障（劣化）判定ならびに再生制御する場合の制御フローチャートの一例を示している。図５までに説明したＥＧＲ率および筒内酸素濃度の推定は、すべてＥＧＲ流量センサ１２の出力値を規範としている。すなわち、この検出精度が所定範囲内に入っているかどうかを常に監視し、所望のエンジン運転が実現できているかを診断する必要がある。そのフローについて以下に示す。
【００２６】
まずブロック１０２１ｓにおいて、エンジン１９を搭載した車両の速度Ｖｃ，アクセル開度α，エンジン運転状態などを読み込み、さらにエアフローセンサ２およびＥＧＲ流量センサ１２の出力値を読み込み（ブロック１０２２ｓ）、定常運転状態にあるかどうかを判定する（ブロック１０２３ｓ）。本フローに示す故障診断は、過渡時には実施できないため、定常運転状態と判定された場合にブロック１０２４ｓに進んで、その運転状態におけるＥＧＲ流量の推定値をＥＣＵ８のマップ内より読み出す。このＥＧＲ流量の推定値は、予めエンジン適合時などにエンジンベンチなどで測定された、エンジン運転毎のＥＧＲ流量である。これを比較値として、ＥＧＲ流量センサ１２の出力値が正常か否かを判定するものであるため、このブロック１０２４ｓにおけるＥＧＲ流量の推定値は、ＥＣＵ８内のマップの読み出しでなくとも、リアルタイムにエアフローセンサ２の出力値，吸気圧センサ１４の出力値，スロットル１３の開度，ＥＧＲ制御バルブ１１の開度などから推定したＥＧＲ流量やＥＧＲ率を演算し、適用してもかまわない。ブロック１０２５ｓに進んで、ＥＧＲ流量センサ１２の出力値からＥＧＲ流量Ｑegrを演算し、ブロック１０２６ｓへ進む。ここでブロック１０２４ｓにおいて推定したＥＧＲ流量推定値とＱegrを比較し、その差の絶対値が所定値以上の場合は、ブロック１０２７ｓ以降に進み、ＥＧＲ流量センサ１２の故障判定を実施する。この故障判定は、通電特性の変化や出力波形のリアルタイム解析を実施することによって診断することが好ましいが、ＥＧＲ流量センサ１２の故障を判定する動作であれば、この方式の限りではなく、他の方式を選択してもかまわない。このブロック１０２７ｓにおいて、ＥＧＲ流量センサ１２が故障していると判定された場
合には、ブロック１０２４ｓにおいて読み出したＥＧＲ流量推定値を選択し（ブロック１０３３ｓ）、この値を用いて推定ＥＧＲ率Ｘegr′を求め、エンジン１９の制御に適用する。ブロック１０２７ｓにおいて、ＥＧＲ流量センサ１２の故障でないと判断された場合には、ＥＧＲ推定流量と実際のＥＧＲ流量Ｑegrがずれている原因が他にあると判断し、ブロック１０２８ｓに移って、ＥＧＲ制御バルブ１１の故障判定を実施する。この故障判定は、ＥＧＲ制御バルブ１１のポジションセンサ信号や動作特性解析を実施することによって診断することが好ましいが、ＥＧＲ制御バルブ１１の故障を判定する動作であれば、この方式の限りではなく、他の方式を選択してもかまわない。このブロック１０２８ｓにおいてＥＧＲ制御バルブ１１が故障していると判定された場合には、以降のＥＧＲ制御に支障をきたすことから、この旨をユーザに警告する（ブロック１０３１ｓ）。さらに少なくとも排気が大幅に悪化させず、かつ最低限の車両走行は可能な状態となるような最適化（フェールセーフ）制御を実施する（ブロック１０３２ｓ）。ブロック１０２８ｓにおいてＥＧＲ制御バルブ１１の故障はないと判定された場合には、ＥＧＲ流量センサ１２が汚損等によって一時的に出力不良を起こしている可能性が高いと判断し、ブロック１０２９ｓに進んで、ＥＧＲ流量センサ１２の汚損再生制御を実施する。この再生制御方法は、熱線式の場合、その測定部表面を好ましくは６５０℃以上に設定して、熱線表面に付着したすすやＳＯＦなどの汚損物質を焼き切る、もしく退避させる。またさらにブロック１０２４ｓで推定したＥＧＲ流量等によって、ＥＧＲ流量センサ１２の出力演算ロジックを補正／学習させて（ブロック１０３０ｓ）、以後のＥＧＲ率検出に適用できるようにする。以
上述べてきたようなＥＧＲ流量センサ１２の故障判定ロジックを用いることで、エンジンの燃焼（排気，燃費，出力など）を大幅に悪化させることなく、エンジン運転を継続することができる。
【００２７】
図７には、本発明の第一の実施例におけるＥＧＲ率制御フローチャートの一例を示す。これは、ＥＣＵ８内に目標とするＥＧＲ率マップが書き込まれている場合に、これと実際のＥＧＲ率が一致するように、エンジンの各アクチュエータ等を制御することで、最適なエンジン運転を継続するために実施するものである。まずブロック１０４１ｓにおいて、エンジン１９を搭載した車両の速度Ｖｃ，アクセル開度α，エンジン運転状態などを読み込み、エアフローセンサ２およびＥＧＲ流量センサ１２の出力値を読み込んでＥＧＲ率Ｘegr（もしくはＸegr′）を演算し、さらにＥＣＵ８内に書き込まれている目標ＥＧＲ率Ｘtegrを読み出す。ブロック１０４３ｓに進んで、現在のＥＧＲ率Ｘegrが目標ＥＧＲ率Ｘtegrと等しいかどうかを判定し、等しくない場合はＥＧＲ制御バルブ１１，スロットル１３，過給器６を制御して（ブロック１０４４ｓ）、現在のＥＧＲ率Ｘegrが目標ＥＧＲ率Ｘtegrと等しくなるようにする。このフローを経ることによって、直接検出したＥＧＲ流量のフィードバックによってＥＧＲ率を制御するため、高速かつ高精度なＥＧＲ制御が可能となる。この時、目標とするパラメータはＥＧＲ率でなくＥＧＲ流量であってもよいことは明らかである。
【００２８】
図８には、本発明の第一の実施例において、筒内酸素濃度を目標値とした場合のフローチャートの一例を示している。基本的には、図７で説明したＥＧＲ率Ｘegrを筒内酸素濃度Ｏ2cylに置き換え、さらに目標ＥＧＲ率を目標筒内酸素濃度Ｏ2tegrに置き換えたものである。筒内酸素濃度を目標値とすることにより、例えばディーゼルの予混合燃焼のように、筒内酸素濃度がエンジン運転状態に大きく影響する場合において、エンジン適合時の工数削減や高精度な燃焼制御を実施しやすい。
【００２９】
次に本発明の第一の実施例において、ＥＧＲ流量センサ出力を用いた過渡状態制御の実施例として、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードの切り換え方法の一例を図９から図１１を用いて説明する。
【００３０】
まず図９に、エンジン回転数−目標エンジントルクで見た場合の運転領域および目標ＥＧＲ率を示す。本発明のエンジンは、各気筒への燃料噴射終了後に燃焼を開始する予混合燃焼モード領域１０２と、燃料噴射中に燃焼を開始する拡散燃焼モード領域１０１を有しており、目標ＥＧＲ率などの制御量や目標値が、ＥＣＵ８に予め記憶されている。予混合燃焼モード領域１０２では、筒内のＥＧＲ率を望ましくは５０％以上に設定し、さらにインジェクタ５からの燃料噴射時期を望ましくは圧縮上死点前に終了することで、比較的均一な混合気による低温燃焼を実現し、エンジンから排出されるすすやＮＯｘを低減することができる。しかし、ＥＧＲ率をすることによって、この予混合燃焼モードによる運転領域は領域１０２のように限定されてしまうこととなる。具体的な運転領域としては、エンジントルクとしてはフルロードの約１／２程度、エンジン回転数では４０００回転程度のエンジン運転領域まで、予混合燃焼モードが可能である。予混合燃焼モード領域１０２では目標ＥＧＲ率が高いため、拡散燃焼モード領域との境界線付近では、目標ＥＧＲ率は不連続になる。
【００３１】
図１０には、それぞれの燃焼モードにおける燃料噴射タイミングの一例を示している。上述のように、予混合燃焼モードでは比較的均一な混合気形成のために燃料噴射時期を望ましくは圧縮上死点前に終了する必要があるため、図１０中（１）の期間中、すなわち圧縮下死点から上死点前の期間に、燃料噴射タイミングが設定されている。本実施例の予混合燃焼モードでは、燃焼制御のロバスト性と混合気の均一性確保の観点から、噴射時期は図１０の（２）に示された期間、具体的には上死点前４０度から１０度の間に噴射終了するように設定しているが、図１０中（１）の期間内に１回または複数回の噴射する方式でもかまわない。また通常の拡散燃焼モード時には、図１０中の（３）のように、圧縮行程中のパイロット噴射および上死点付近でのメイン噴射を実施する。なお、膨張行程や吸気行程にさらに１回または複数回の燃料噴射を追加する噴射方式についても、本実施例の拡散燃焼モードの噴射方式（３）の範疇であることは言うまでもない。これらの噴射タイミングは、図９に示した運転領域に応じて切り換える必要があるが、予混合燃焼モードにおける比較的高いＥＧＲ率の筒内に拡散燃焼モードの噴射タイミング（３）を用いると、燃料と酸素の混合が不充分な状態で燃焼がスタートするため、大量のすすもしくは炭化水素が排出される。また逆に、拡散燃焼モードにおいて予混合燃焼モードの噴射タイミング（２）を用いると、酸素量が多いために燃料の酸化が進みやすくなり、過早着火による燃焼不安定やトルク低下を引き起こす。すなわち、これら燃焼モードの切り換えにおいては、燃焼モードＥＧＲ率の不連続点を通る際に生じるトルク変動および排気悪化を回避する技術の適用が必要である。
【００３２】
図１１に、燃焼モード切り換え時のＥＧＲ流量センサ出力値，筒内の推定ＥＧＲ率および噴射タイミングの切り換えチャートを示す。具体的には、本発明のエンジンが予混合燃焼モードで運転しているところに、時刻ｔ１にＥＧＲ率を拡散燃焼モードの値まで減じる指令をＥＣＵ８から各アクチュエータに送り、さらに時刻ｔ２にはＥＧＲ率を再び予混合燃焼モードのＥＧＲ率まで増加させる指令をＥＣＵ８から各アクチュエータに送る場合のチャートである。線Ｌ３は、ＥＧＲ流量センサ１２の出力値であり、線Ｌ４はその目標値である。ＥＧＲ率の増減には、スロットル１３，ＥＧＲバルブ１１，過給器６などを制御して行うため、ＥＧＲ流路９に設置されたＥＧＲ流量センサ１２の出力値Ｌ３は、目標値Ｌ４に対して多少の遅れを生じる。線Ｌ５は、このＥＧＲ流量センサ１２の出力値から演算された筒内の推定ＥＧＲ率Ｘegr′のチャートである。この時、ＥＧＲ流量センサ１２の設置場所やスロットル１３，ＥＧＲバルブ１１，過給器６などの状態量によって、推定ＥＧＲ率Ｘegr′の線Ｌ５は、ＥＧＲ流量センサ１２の出力値Ｌ３に比べて若干の遅れを生じる。本実施例の特徴は、燃焼モードの切り換えにはこの推定ＥＧＲ率Ｘegr′の値によって行うところにある。具体的には、推定ＥＧＲ率Ｘegr′が所定値Ｘegr′１に達した時刻ｔ１′において、予混合燃焼モードから拡散燃焼モード、または時刻ｔ２′において拡散燃焼モードから予混合燃焼モードに切り換えるものである。これにより実際の筒内のＥＧＲ率に応じて、燃料噴射タイミングが設定されることになり、上述のような排気悪化やトルク変動を抑えることができる。この燃焼モードを切り換える推定ＥＧＲ率Ｘegr′１は、エンジン１２の運転条件によって変化するが、概ね３０〜５０％の間に設定される。
【００３３】
すなわち、実際に流れているＥＧＲ流量をＥＧＲセンサ１２によって検出し、この出力値から演算した推定ＥＧＲ率Ｘegrに応じて燃焼状態（燃料噴射時期）を制御することによって、アクチュエータの劣化状態，エンジンや配管の汚損状態などによらず、加速や燃焼切り換えなどの過渡時においても、排気悪化やトルク変動の少ないエンジン運転が可能となるものである。なお、この時用いた推定ＥＧＲ率Ｘegr′は推定筒内酸素濃度Ｏ2cylに置き換えて用いてもかまわない。
【００３４】
図１２には、本発明の第二の実施例にかかるエンジンの制御装置の構成例を示している。これは第一の実施例に示した（図１の）エンジンに対して、ＥＧＲクーラのバイパス２５を新たに設けた構成となっていることが特徴である。この構成により、例えば始動時のようにエンジンを早期に暖機したい場合など、ＥＧＲクーラ１０を介さずに、ホットなＥＧＲガスをエンジン１９に供給することができるというメリットがある。このバイパス２５とＥＧＲクーラ１０への流量配分については、バルブ２６で実施することになるが、このバルブ２６の開度によって、ＥＧＲ流量センサ１２で検出する際のＥＧＲガス温度が異なるため、これまでに説明してきたＥＧＲ率などの演算には測定部のＥＧＲガス温度を測定し、これによる補正を実施する必要がある。よってこの構成の場合は、ＥＧＲ流路９を構成する配管内に温度センサ（図示しない）を設置し、上記のＥＧＲガス温度の補正を実施する。設置位置はＥＧＲ流量センサ１２のなるべく近く、もしくは一体構造にすることが好ましいが、ＥＧＲガス温度を測定するという目的を果たす温度検出手段であれば、それを用いてもかまわない。
【００３５】
図１３は、本発明の第三の実施例におけるエンジンの制御装置の構成例を示している。この実施例はこれまで実施例のエンジン構成と異なり、ＥＧＲ流路９は排気内の触媒７の後と、過給器のコンプレッサ６（ｂ）を繋ぐ流路として配されている。また吸入空気量を調整するスロットル１３は、エアクリーナ１７のすぐ下流かつＥＧＲ流路９の吸気側連通口の上流に配されている。この構成では排気内の触媒７を通過した後のＥＧＲガスを上流から投入できるため、汚損の少ないＥＧＲガスを大量にエンジン内に戻すことが可能となる。この構成の場合、エンジンの燃焼室１８から見たエアフローセンサ２までの距離と、ＥＧＲ流量センサ１２までの距離がほぼ同じとなるため、過渡運転時のＥＧＲ率の制御精度を向上する効果は少なくなるが、汚損によるＥＧＲ流量センサ１２の劣化が抑えられるため、エアフローセンサ２と協調して、高精度なＥＧＲ率ならびに筒内酸素濃度推定が可能となる。本構成の場合、大量のＥＧＲ導入が可能になるため、これを主体にガス流量をセンシングすると、エアフローセンサ２をシステムから外して低コスト化を図れる可能性もある。しかしこの内容は本発明の意図する課題ではないため、詳細は割愛する。
【００３６】
なお、本発明における全ての実施例におけるＥＧＲ流量センサ１２の配置は、ＥＧＲ制御バルブ１１の下流やＥＧＲクーラ１０の上流にあっても、本実施例と同等の効果を挙げることができるため、これらは実施例の図に記載した設置場所に限らず、ＥＧＲ流路９を構成する配管中のあらゆる設置が本発明の範疇である、ということも付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一の実施例におけるエンジンの制御装置の構成図。
【図２】本発明の第一の実施例におけるＥＧＲ流量センサの測定方式（熱線式）の概念図。
【図３】図２に示すＥＧＲ流量センサの出力値の一例（エアフローセンサの出力値との比較）。
【図４】本発明の第一の実施例において、第一のＥＧＲ率推定手段と第二のＥＧＲ率推定手段を切り換える際のフローチャートの一例。
【図５】本発明の第一の実施例における筒内酸素濃度の推定フローチャートの一例。
【図６】本発明の第一の実施例において、ＥＧＲ流量センサの故障（劣化）判定ならびに再生制御する場合の制御フローチャートの一例。
【図７】本発明の第一の実施例におけるＥＧＲ率制御フローチャートの一例。
【図８】本発明の第一の実施例における筒内酸素濃度制御フローチャートの一例。
【図９】本発明の第一の実施例におけるエンジン回転数−目標エンジントルクで見た場合の運転領域および目標ＥＧＲ率のマップの一例。
【図１０】本発明の第一の実施例における各燃焼モードでの燃料噴射タイミングの一例。
【図１１】燃焼モード切り換え時のＥＧＲ流量センサ出力値，筒内の推定ＥＧＲ率および噴射タイミングチャートの一例。
【図１２】本発明の第二の実施例におけるエンジンの制御装置の構成図。
【図１３】本発明の第三の実施例におけるエンジンの制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１  アクセル開度センサ
２  エアフローセンサ
３  λセンサ
５  インジェクタ
６（ａ）  タービン
６（ｂ）  コンプレッサ
７  触媒
８  ＥＣＵ
９  ＥＧＲ流路
１０  ＥＧＲクーラ
１１  ＥＧＲ制御バルブ
１２  ＥＧＲ流量センサ
１３  スロットル
１４  吸気圧センサ
１５  燃料タンク
１６  インタークーラ
１７  エアクリーナ
１８  燃焼室
１９  エンジン
２０  吸気ポート
２１（ａ）  触媒診断用センサ＿上流側
２１（ｂ）  触媒診断用センサ＿下流側
２２  燃料配管
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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