(57)【要約】【課題】目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率とを一致させるためのＥＧＲ制御と、空燃比センサによる計測空燃比と推定空燃比とを一致させるための空燃比学習とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、ＥＧＲ率の意図に反する変化を招く空燃比学習の誤動作を防止する。【解決手段】燃料量補正係数による補正後指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて算出した目標ＥＧＲ率と、補正前の指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて算出した無補正目標ＥＧＲ率との差を算出する。また、新気量補正係数による補正後新気量に基づいて算出した推定ＥＧＲ率と、補正前の新気量に基づいて算出した無補正推定ＥＧＲ率との差を算出する。そして、それらの計算結果を用いて算出した予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号とフィードバック補正係数とが整合しない場合、フィードバック補正係数の計算への学習項の使用を禁止する。【選択図】図８
2013124557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの操作によりＥＧＲ率を制御可能なディーゼルエンジンの制御装置であって、
燃料噴射装置に対する指令燃料噴射量を決定する手段と、
エアフローメータによって計測された新気量を取得する手段と、
空燃比センサによって計測された空燃比を取得する手段と、
燃料量補正係数によって補正された指令燃料噴射量と新気量補正係数によって補正された新気量とに基づいて推定空燃比を算出する手段と、
前記計測空燃比と前記推定空燃比とのずれに基づいてフィードバック項を算出する手段と、
前記フィードバック項から学習した学習項を記憶する手段と、
前記フィードバック項と前記学習項との和に基づいてフィードバック補正係数を算出する手段と、
前記フィードバック補正係数を所定の比率で前記燃料量補正係数と前記新気量補正係数とに振り分ける手段と、
前記燃料量補正係数による補正後指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて目標ＥＧＲ率を算出する手段と、
前記新気補正係数による補正後新気量に基づいて推定ＥＧＲ率を算出する手段と、
前記目標ＥＧＲ率と前記推定ＥＧＲ率とのずれに基づくフィードバック制御によって前記アクチュエータを操作する手段と、
を備える制御装置において、
補正前の指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて目標ＥＧＲ率（以下、無補正目標ＥＧＲ率）を算出する手段と、
補正前の新気量に基づいて推定ＥＧＲ率（以下、無補正推定ＥＧＲ率）を算出する手段と、
前記目標ＥＧＲ率、前記推定ＥＧＲ率、前記無補正目標ＥＧＲ率及び前記無補正推定ＥＧＲ率を用いて実際のＥＧＲ率の予想変化量（以下、予想実ＥＧＲ率変化量）を算出する手段と、
前記予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号と前記フィードバック補正係数とが整合しない場合、前記フィードバック補正係数の計算への前記学習項の使用を禁止する手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号と前記フィードバック補正係数とが整合しない場合、前記フィードバック補正係数を標準値に固定する手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号と前記フィードバック補正係数とが整合しない場合、前記フィードバック項に含まれるＩ項の値をゼロにリセットする手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼル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、自動車用のディーゼルエンジンの制御装置に関し、特に、アクチュエータの操作によりＥＧＲ率を制御可能なディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−２６２９４６号公報には、ディーゼルエンジンの空燃比学習に関する技術が開示されている。この公報に記載の技術によれば、空燃比センサによって空燃比が計測されるとともに、エアフローメータによって計測された新気量と燃料噴射装置に対する指令燃料噴射量とから実際の空燃比が計算される。しかし、指令値に対して燃料噴射装置が実際に噴射する燃料量には誤差が含まれる場合があり、エアフローメータによって計測される新気量にも計測誤差が含まれている場合がある。そこで、センサによる計測空燃比と計算で求めた空燃比との間に空燃比誤差が生じる場合、予め求めておいた燃料噴射量誤差割合と新気量誤差割合とに基づいて空燃比誤差の燃料噴射量分と新気量分とがそれぞれ算出される。そして、各誤差分を小さくするように指令燃料噴射量と新気量のそれぞれについて補正が行われる。空燃比誤差の計算は運転領域毎に行われ、その計算結果は学習値として空燃比誤差学習マップに格納される。
【０００３】
一方、特開２００７−２５５２１９号公報には、ディーゼルエンジンのＥＧＲ制御に関する技術が開示されている。この公報に記載の技術によれば、指令燃料噴射量に基づいて目標ＥＧＲ率が計算されるとともに、エアフローメータにより計測される新気量に基づいて実際のＥＧＲ率が計算される。目標ＥＧＲ率と計算で求めたＥＧＲ率との間にＥＧＲ率誤差が生じる場合、ＥＧＲ率誤差を小さくするようにフィードバック制御によってＥＧＲ弁が操作される。
【０００４】
ディーゼルエンジンの制御装置では、上述の空燃比学習とＥＧＲ制御とを共に採用することができる。ただし、空燃比学習に伴う燃料噴射量や吸入空気量の補正の結果は目標ＥＧＲ率にも推定ＥＧＲ率にも影響し、ＥＧＲ率は空燃比に影響する。つまり、空燃比学習とＥＧＲ制御とは相互に影響する。このため、エンジンの運転条件や環境条件によっては意図に反する制御結果が生じてしまうおそれがある。具体的には、空燃比学習の誤動作によって意図しないＥＧＲ率の変化が起きてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２９４６号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率とを一致させるためのＥＧＲ制御と、空燃比センサによる計測空燃比と推定空燃比とを一致させるための空燃比学習とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、ＥＧＲ率の意図に反する変化を招く空燃比学習の誤動作を防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、次のように動作するように構成されたディーゼルエンジン制御装置を提供する。
【０００８】
本発明が提供する制御装置（以下、本制御装置）は、燃料噴射装置に対する指令燃料噴射量を燃料量補正係数によって補正するとともに、エアフローメータによって計測された新気量を新気量補正係数によって補正する。また、本制御装置は、補正後指令燃料噴射量と補正後新気量とに基づいて推定空燃比を算出し、空燃比センサによって計測された空燃比と推定空燃比とのずれに基づいてフィードバック項を算出する。本制御装置は、このフィードバック項から学習した学習項をメモリに記憶する。そして、前記ずれに基づいて算出したフィードバック項とメモリから読み出した学習項との和に基づいてフィードバック補正係数を算出し、フィードバック補正係数を所定の比率で燃料量補正係数と新気量補正係数とに振り分ける。以上述べた動作は、本制御装置の空燃比学習に係る動作である。
【０００９】
一方、ＥＧＲ制御に係る動作として、本制御装置は、燃料量補正係数による補正後指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて目標ＥＧＲ率を算出する。環境条件には水温、吸気温或いは大気圧のうちの少なくとも１つが含まれている。また、本制御装置は、新気量補正係数による補正後新気量に基づいて推定ＥＧＲ率を算出する。そして、目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率とのずれに基づくフィードバック制御によって、ＥＧＲ率を制御可能なアクチュエータ、例えばＥＧＲ弁やディーゼルスロットル弁を操作する。
【００１０】
以上の動作に加えて、本制御装置による動作には、空燃比学習の誤動作を防止するための次の動作が含まれる。
【００１１】
本制御装置は、補正前の指令燃料噴射量と環境条件とに基づいて目標ＥＧＲ率（以下、無補正目標ＥＧＲ率）を算出する。また、補正前の新気量に基づいて推定ＥＧＲ率（以下、無補正推定ＥＧＲ率）を算出する。そして、目標ＥＧＲ率、推定ＥＧＲ率、無補正目標ＥＧＲ率及び無補正推定ＥＧＲ率を用いて実際のＥＧＲ率の予想変化量（以下、予想実ＥＧＲ率変化量）を算出する。本制御装置は、予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号とフィードバック補正係数とが整合しない場合、フィードバック補正係数の計算への学習項の使用を禁止する。このとき、フィードバック補正係数を標準値に固定してもよい。さらに、本制御装置は、予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号とフィードバック補正係数とが整合しない場合、フィードバック項に含まれるＩ項の値をゼロにリセットする。
【発明の効果】
【００１２】
空燃比学習の誤動作は、環境条件の変化によって目標ＥＧＲ率の指令燃料噴射量に対する感度が逆転することで発生する。空燃比学習が誤動作したとき、フィードバック補正係数の値がリッチ化要求を示しているにも係わらず予想実ＥＧＲ率変化量はリーン化を示す負の値になったり、逆に、フィードバック補正係数の値がリーン化要求を示しているにも係わらず予想実ＥＧＲ率変化量はリッチを示す負の値になったりする。よって、予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号とフィードバック補正係数とが整合するかどうかによって、空燃比学習の誤動作の発生をすみやかに判定することができる。本制御装置は、空燃比学習の誤動作が発生した場合にはすぐにフィードバック補正係数の計算への学習項の使用が禁止されるので、空燃比学習の誤動作が続くことは防止される。さらに、フィードバック項に含まれるＩ項の値がゼロにリセットされることで、誤動作により誤って計算した積分値が学習項に反映されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置の機能を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置を構成する目標ＥＧＲ率演算ユニットの機能を示すブロック図である。
【図４】フィードバック補正係数Ｋによる指令Ｑ及び新気量の補正の結果がＥＧＲ制御に与える影響について示すグラフである。
【図５】環境条件の変化がＥＧＲ制御に与える影響について示すグラフである。
【図６】空燃比と実ＥＧＲ率の通常時の挙動について示すグラフである。
【図７】空燃比と実ＥＧＲ率の誤動作時の挙動について示すグラフである。
【図８】空燃比学習の誤動作を防止するための手順を示すフローチャートである。
【図９】空燃比学習の誤動作を判定するための手順を示すフローチャートである。
【図１０】空燃比、フィードバック補正係数、推定ＥＧＲ率変化量、目標ＥＧＲ率変化量及び予想実ＥＧＲ率変化量の通常時の挙動について示すグラフである。
【図１１】空燃比、フィードバック補正係数、推定ＥＧＲ率変化量、目標ＥＧＲ率変化量及び予想実ＥＧＲ率変化量の誤動作時の挙動について示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンは、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジンの本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン本体２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはディーゼルスロットル弁（以下、Ｄスロ弁）２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とＤスロ弁２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。タービン１６には可変ノズル１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には酸化触媒コンバータ２６とＤＰＦ２８が設けられている。
【００１６】
本実施の形態のエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。バイパス通路３６にはバイパス通路３６を開閉するバイパス弁３８が設けられている。
【００１７】
本実施の形態のエンジンシステムは、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置５０を備える。制御装置５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。例えば、吸気通路１０には、エアクリーナ２０の下流にエアフローメータ５８が取り付けられ、ディーゼルスロットルの下流には過給圧センサ５６が取り付けられている。また、排気通路１２には、酸化触媒コンバータ２６及びＤＰＦ２８の下流に空燃比センサ５４が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２なども取り付けられている。制御装置５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。制御装置５０によって操作されるアクチュエータには、ＥＧＲ弁３２やＤスロ弁２４などが含まれている。なお、制御装置５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１８】
図２のブロック図は、本実施の形態の制御装置５０の構成を示している。図２において制御装置５０を構成している各要素は、制御装置５０が有する種々の機能的な要素のうち、空燃比学習とＥＧＲ制御とに関する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図２は、制御装置５０がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、制御装置５０は自動車用のＥＣＵであり、各要素はメモリに記憶された専用のソフトウェアがＣＰＵで実行されたときに仮想的に実現される。
【００１９】
以下、図２に示す各要素の機能を中心に制御装置５０の構成について説明する。
【００２０】
制御装置５０は、空燃比学習に関係する要素として空燃比学習ユニット１００、指令燃料噴射量演算ユニット１２０及び新気量演算ユニット１３０を備えている。空燃比学習ユニット１００は、さらに複数の演算ユニット１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２に分けられる。まずは、空燃比学習ユニット１００を構成する各演算ユニットの機能について説明する。
【００２１】
空燃比学習ユニット１００を構成する演算ユニット１０２では、空燃比センサ５４の信号が取り込まれてその信号より排気ガスの空燃比が計測される。以下、演算ユニット１０２で計測される空燃比を計測空燃比と呼ぶ。
【００２２】
演算ユニット１０４は、後述する指令燃料噴射量演算ユニット１２０で計算された指令燃料噴射量と、後述する新気量演算ユニット１３０で計算された新気量とを取り込む。指令燃料噴射量はインジェクタ８に対して指示される燃料噴射量である。以下、指令燃料噴射量は指令Ｑと表記する場合がある。そして、演算ユニット１０４は、指令Ｑで新気量を除算することによって空燃比を計算する。以下、演算ユニット１０４で計算される空燃比を推定空燃比と呼ぶ。
【００２３】
演算ユニット１０６は、演算ユニット１０２から計測空燃比を取り込み。演算ユニット１０４から推定空燃比を取り込む。そして、計測空燃比と推定空燃比とのズレ比（以下、空燃比ズレ比）を次の式１によって算出する。式１によれば、計測空燃比に対して推定空燃比がリッチであれば空燃比ズレ比は負の値となる。逆に、計測空燃比に対して推定空燃比がリーンであれば空燃比ズレ比は正の値となる。
空燃比ズレ比＝推定空燃比／計測空燃比−１  ・・・式１
【００２４】
演算ユニット１０８は、演算ユニット１０６で計算された空燃比ズレ比に基づいてＰＩ制御を行い、フィードバック項であるＰＩ項を算出する。ＰＩ項はＰ制御で得られるＰ項とＩ制御で得られるＩ項との和を意味する。なお、本発明の実施にあたって演算ユニット１０８が行うＰＩ制御の具体的方法について特に限定は無い。
【００２５】
演算ユニット１１０は、計測空燃比と推定空燃比との間の定常誤差をＰＩ項から学習し、その学習値を学習マップに記憶する。ＰＩ項に基づく学習値の学習はエンジンの運転領域毎に行なわれる。ＰＩ項から学習値への定常誤差成分の移し変えが進むにつれてＩ項の値はゼロに収束して行く。なお、本発明の実施にあたって演算ユニット１１８が行う具体的な学習の方法について特に限定は無い。
【００２６】
学習マップからは現在の運転領域に応じた学習値が学習項として読み出される。学習項は、環境条件から決まる環境補正係数を掛けられた後、ＰＩ項に足し合わされる。そして、ＰＩ項と学習項との和にさらに１を加えた値がフィードバック補正係数Ｋとして用いられる。指令Ｑに対する実際の燃料噴射量にもエアフローメータ５８による計測新気量にも誤差が含まれていない場合、フィードバック補正係数Ｋの値は標準値である１となる。しかし、何れかに誤差が含まれており計測空燃比が推定空燃比よりもリッチになっている場合、フィードバック補正係数Ｋの値は１よりも大きい値となる。逆に、計測空燃比が推定空燃比よりもリーンになっている場合、フィードバック補正係数Ｋの値は１よりも小さい値となる。
【００２７】
演算ユニット１１２は、フィードバック補正係数Ｋを所定の比率で燃料量補正係数と新気量補正係数とに振り分ける。振り分け比率は予め決められており、エンジンの運転領域に応じて変更される。
【００２８】
演算ユニット１１２で算出された燃料量補正係数は、指令燃料噴射量演算ユニット１２０に送られる。指令燃料噴射量演算ユニット１２０は、アクセル開度に基づいて指令Ｑの基本値を決定し、指令Ｑの基本値を燃料量補正係数で補正して得られる値を指令Ｑとして算出する。前述の演算ユニット１０４には、このようにして算出された指令Ｑが入力される。
【００２９】
演算ユニット１１２で算出された新気量補正係数は、新気量演算ユニット１３０に送られる。新気量演算ユニット１３０は、エアフローメータ５８の信号を取り込み、その信号より新気量を計測する。そして、計測した新気量を新気量補正係数で補正し、補正後の新気量を前述の演算ユニット１０４に入力する。
【００３０】
以上説明した種々の演算ユニットに加えて、空燃比学習ユニット１００には誤動作防止ユニット２００が設けられている。誤動作防止ユニット２００は、空燃比学習の誤動作を防止する機能を有する演算ユニットである。ただし、誤動作防止ユニット２００は、本実施の形態の制御装置の要部であるので、その内容については追って詳細に説明する。
【００３１】
制御装置５０は、ＥＧＲ制御に関係する要素としてＥＧＲ制御ユニット１４０を備えている。ＥＧＲ制御ユニット１４０は、さらに複数の演算ユニット１４２，１４４，１４６，１４８に分けられる。以下、ＥＧＲ制御ユニット１４０を構成する各演算ユニットの機能について説明する。
【００３２】
ＥＧＲ制御ユニット１４０を構成する演算ユニット１４２は、主として指令Ｑとエンジン回転数とに基づき目標ＥＧＲ率を演算する。指令Ｑは前述の指令燃料噴射量演算ユニット１２０から送られる補正後の指令Ｑである。図３は演算ユニット１４２の機能を詳細に示すブロック図である。この図に示すように、演算ユニット１４２は、さらに複数の演算ユニット１５０，１５２，１５４に分けられる。
【００３３】
演算ユニット１５０はベースマップを備えている。ベースマップには、目標ＥＧＲ率の基本値がエンジン回転数及び指令Ｑに関連付けて記憶されている。演算ユニット１５０は、このベースマップを用いて現在のエンジン回転数及び指令Ｑに応じた目標ＥＧＲ率の基本値を算出する。
【００３４】
演算ユニット１５２は過渡補正マップを備えている。過渡補正マップには、目標ＥＧＲ率に対する過渡運転時の補正係数がエンジン回転数、過給圧及び指令Ｑに関連付けて記憶されている。演算ユニット１５０は、この過渡補正マップを用いて現在のエンジン回転数、過給圧及び指令Ｑに応じた過渡補正係数を算出する。
【００３５】
演算ユニット１５４は環境補正マップを備えている。環境補正マップには、目標ＥＧＲ率の環境補正項が水温、吸気温及び大気圧に関連付けて記憶されている。水温等の環境条件が異なれば、ＥＧＲ率の影響による失火のしやすさも変化する。よって、失火を防止しつつＥＧＲの導入による燃費向上効果やエミッション低減効果を得るためには、環境条件に応じた目標ＥＧＲ率の補正が必要となる。演算ユニット１５４は、環境補正マップを用いて現在の水温、吸気温及び大気圧に応じた環境補正項を算出する。
【００３６】
演算ユニット１４２は、演算ユニット１５０で算出された目標ＥＧＲ率の基本値に演算ユニット１５２で算出された過渡補正係数を乗算し、さらに演算ユニット１５４で算出された環境補正項を加算する。これにより、最終的な目標ＥＧＲ率が算出される。
【００３７】
再び図２に戻って説明を続ける。ＥＧＲ制御ユニット１４０を構成する演算ユニット１４４は、主としてエンジン回転数と過給圧と新気量とに基づき推定ＥＧＲ率を演算する。新気量は前述の新気量演算ユニット１３０から送られる補正後の新気量である。演算ユニット１４４は、推定ＥＧＲ率を次の式２によって算出する。なお、式２における筒内空気量とは新気量とＥＧＲガス量とを合わせた空気量であり、エンジン回転数と過給圧とから算出される。
推定ＥＧＲ率＝（筒内空気量−補正後新気量）／筒内空気量  ・・・式２
【００３８】
演算ユニット１４６は、演算ユニット１４２から目標ＥＧＲ率を取り込み。演算ユニット１４４から推定ＥＧＲ率を取り込む。そして、目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率との偏差であるΔＥＧＲ率を算出する。
【００３９】
演算ユニット１４８は、演算ユニット１４６で計算されたΔＥＧＲ率に基づいてＰＩ制御を行い、フィードバック項であるＰＩ項を算出する。そして、ＥＧＲ率を制御可能なアクチュエータの操作量、具体的には、ＥＧＲ弁３２若しくはＤスロ弁２４或いはその両方の操作量がＰＩ項に基づいて算出される。なお、本発明の実施にあたって演算ユニット１４８が行うＰＩ制御の具体的方法について特に限定は無い。
【００４０】
以上述べた構成を有することによって、制御装置５０は空燃比学習とＥＧＲ制御とを並行して実施することができる。制御装置５０による空燃比学習によれば、計測空燃比と推定空燃比とが一致するようにフィードバック制御を行いながら、ＰＩ項に含まれる定常誤差成分を学習値として学習マップに取り込むことができる。そのフィードバック制御では、フィードバック補正係数Ｋの増減に応じて指令Ｑと新気量とが補正される。制御装置５０によるＥＧＲ制御によれば、目標ＥＧＲ率は指令Ｑに基づき決定され、推定ＥＧＲ率は新気量に基づき決定されるので、空燃比学習による指令Ｑ及び新気量の補正の結果はＥＧＲ制御の結果にも密接に関連することになる。
【００４１】
ここで、指令Ｑ及び新気量の補正の結果がＥＧＲ制御に与える影響について図４を用いて説明する。図４の上段に示すグラフは指令Ｑと目標ＥＧＲ率との関係を表している。演算ユニット１４２の機能に関する説明において述べたように、目標ＥＧＲ率の計算には指令Ｑが用いられる。この指令Ｑには燃料量補正係数による補正が施されている。燃料量補正係数はフィードバック補正係数Ｋに比例することから、指令Ｑの基本値が一定であるなら目標ＥＧＲ率はフィードバック補正係数Ｋの値に応じて変化する。図４の上段のグラフによれば、フィードバック補正係数Ｋが１の場合（つまり、実質的に指令Ｑに対する補正がない場合）を基準にすると、フィードバック補正係数Ｋが１より小さいほど目標ＥＧＲ率はより大きくなり、フィードバック補正係数Ｋが１より大きいほど目標ＥＧＲ率はより小さくなっている。目標ＥＧＲ率が大きくなることは空燃比のリッチ化が意図されていることを意味し、目標ＥＧＲ率が小さくなることは空燃比のリーン化が意図されていることを意味する。
【００４２】
図４の下段に示すグラフは新気量と推定ＥＧＲ率との関係を表している。演算ユニット１４４の機能に関する説明において述べたように、推定ＥＧＲ率の計算には新気量が用いられる。この新気量はエアフローメータ５８による計測新気量を新気量補正係数で補正したものある。新気量補正係数はフィードバック補正係数Ｋに比例することから、エアフローメータ５８による計測新気量が一定であるなら推定ＥＧＲ率はフィードバック補正係数Ｋの値に応じて変化する。図４の下段のグラフによれば、フィードバック補正係数Ｋが１の場合（つまり、実質的に新気量に対する補正がない場合）を基準にすると、フィードバック補正係数Ｋが１より小さいほど推定ＥＧＲ率はより大きくなり、フィードバック補正係数Ｋが１より大きいほど推定ＥＧＲ率はより小さくなっている。推定ＥＧＲ率が大きくなることは空燃比がリッチ化されたことを意味し、推定ＥＧＲ率が小さくなることは空燃比のリーン化されたことを意味する。
【００４３】
次に、図５について説明する。図５は環境条件の変化がＥＧＲ制御に与える影響について示している。図５の上段に示すグラフは、図４における状態を基準にして環境条件が変化した場合の指令Ｑと目標ＥＧＲ率との関係を表している。演算ユニット１４２で算出される目標ＥＧＲ率には、演算ユニット１５４で算出された環境補正項が含まれている。環境補正項は水温や吸気温などの環境条件の変化による影響を補償するための補正項であって、フィードバック補正係数Ｋの変化とは独立して変化する。このため、環境条件が変化したときには、図５の上段のグラフに示すように、環境補正項の作用によって目標ＥＧＲ率が局所的に低下する場合がある。先に説明した図４の上段のグラフに示す指令Ｑと目標ＥＧＲ率との関係は環境補正項がゼロの場合の関係である。目標ＥＧＲ率が局所的に低下する場合、ある区域では、フィードバック補正係数Ｋが大きくなるほど目標ＥＧＲ率は大きくなる。つまり、フィードバック補正係数Ｋに対する目標ＥＧＲ率の感度が逆転してしまい、リーン化が要求されているにもかかわらずリッチ化が図られてしまう区域が発生することになる。
【００４４】
図５の下段に示すグラフは、図４における状態を基準にして環境条件が変化した場合の新気量と推定ＥＧＲ率との関係を表している。このグラフと図４の下段に示すグラフとの比較から分かるように、環境条件が変化したとしても新気量と推定ＥＧＲ率との関係には変化が生じない。言い換えれば、フィードバック補正係数Ｋと推定ＥＧＲ率との関係には変化が生じない。前述の式２から分かるように、目標ＥＧＲ率とは異なり、推定ＥＧＲ率の計算には環境条件に応じた補正は施されないからである。
【００４５】
図４の上段のグラフに示すような目標ＥＧＲ率の指令Ｑに対する感度の変化は、次に述べるような空燃比学習の誤動作という問題を生じさせる。以下、その問題の内容について図６及び図７を用いて具体的に説明する。
【００４６】
図６及び図７は空燃比と実ＥＧＲ率の挙動をシミュレーションで再現した結果を表すグラフである。各図における上段のグラフは空燃比センサによる計測空燃比と計算で求めた推定空燃比の時間による変化を示し、中段のグラフはフィードバック補正係数Ｋの時間による変化を示し、下段のグラフは実ＥＧＲ率の時間による変化を示している。シミュレーションでは、燃料噴射量に＋１０％のずれがある場合を想定し、シミュレーション開始から０秒の時点で空燃比学習及びＥＧＲ制御を開始している。シミュレーションにおける空燃比の設計値は２１である。
【００４７】
図６に示す空燃比と実ＥＧＲ率の挙動は、通常時の挙動、すなわち、空燃比学習の誤動作が起きていないときの挙動である。０秒の時点では計測空燃比は設計値よりもリッチな１９．８となっている。０秒の時点での計測空燃比は推定空燃比よりもリッチであることから、空燃比学習の開始後、フィードバック補正係数Ｋの値は初期値の１からリーン化を促す値（グラフでは１．１）へと変化する。図４のグラフを用いて説明したように、通常時には、フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも大きくされることで目標ＥＧＲ率は減少方向に補正される。そして、ＥＧＲ制御が機能することよって、実ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率に追従して減少する。実ＥＧＲ率の低下は空燃比のリーン化につながることから、計測空燃比は次第にリーンになっていき、やがて設計値である２１に収束する。
【００４８】
一方、図７に示す空燃比と実ＥＧＲ率の挙動は、空燃比学習の誤動作が起きているときの挙動である。このケースでも、０秒の時点での計測空燃比は推定空燃比よりもリッチであることから、空燃比学習の開始後、フィードバック補正係数Ｋの値は初期値の１からリーン化を促す値（グラフでは１．１）へと変化する。しかし、図５のグラフを用いて説明したように、環境条件が変化したときには、フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも大きくされたときに目標ＥＧＲ率が増大方向に変化する場合がある。この場合、ＥＧＲ制御が機能することよって、実ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率に追従して増大していく。実ＥＧＲ率が増大すれば空燃比はリッチ化することから、計測空燃比は設計値である２１に収束するどころかますますリッチ化してしまう。
【００４９】
このような問題が生じるのを防ぐためには、空燃比学習の誤動作が生じたことを早期に把握し、それを防止するための方策を速やかに実施することが求められる。空燃比学習の誤動作とは、図７に示すようにフィードバック補正係数Ｋの値が１よりも大きくなっているにも関わらず実ＥＧＲ率が増大している状態を指す。それとは逆に、フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも小さくなっているにも関わらず実ＥＧＲ率が減少している状態も空燃比学習の誤動作に含まれる。しかしながら、図７に示す実ＥＧＲ率の挙動はシミュレーションだから得られるものであって、実際のエンジンシステムにおいて実ＥＧＲ率を計測することはできない。
【００５０】
そこで、本実施の形態の制御装置５０は、次に述べる手順にて空燃比学習の誤動作を判定し、それを防止するための処理を実行する。なお、以下に説明する空燃比学習の誤動作の防止のための一連の処理は、空燃比学習ユニット１００に設けられている誤動作防止ユニット２００によって実行される。
【００５１】
図８のフローチャートは、誤動作防止ユニット２００が実行する空燃比学習の誤動作の防止のためのメインルーチンを示している。メインルーチンからは、図９のフローチャートに示すサブルーチンが呼び出される。サブルーチンでは、メインルーチンで得られた情報に基づいて空燃比学習の誤動作の判定が行われる。以下、これらのルーチンにより行われる処理の内容について、メインルーチンの最初のステップから順に説明する。
【００５２】
メインルーチンのステップＳ２では、燃料量補正係数による補正前の指令Ｑを用いて無補正目標ＥＧＲ率が算出される。無補正目標ＥＧＲ率の計算方法は、演算ユニット１４２で行われる目標ＥＧＲ率の計算方法と同じである。そして、目標ＥＧＲ率（燃料量補正係数により補正された指令Ｑを用いて算出された目標ＥＧＲ率）から無補正目標ＥＧＲ率を差し引いた値が“目標ＥＧＲ率変化量”として算出される。目標ＥＧＲ率変化量は、燃料量補正係数による指令Ｑの補正によって生じる目標ＥＧＲ率の変化量を意味する。
【００５３】
ステップＳ４では、新気量補正係数による補正前の新気量を用いて無補正推定ＥＧＲ率が算出される。無補正推定ＥＧＲ率の計算方法は、演算ユニット１４４で行われる推定ＥＧＲ率の計算方法と同じである。そして、推定ＥＧＲ率（新気量補正係数により補正された新気量を用いて算出された推定ＥＧＲ率）から無補正推定ＥＧＲ率を差し引いた値が“推定ＥＧＲ率変化量”として算出される。推定ＥＧＲ率変化量は、新気量補正係数による新気量の補正によって生じる推定ＥＧＲ率の変化量を意味する。なお、ステップＳ２の処理とステップＳ４の処理の順番は入れ替えることができる。
【００５４】
ステップＳ６では、目標ＥＧＲ率変化量から推定ＥＧＲ率変化量を差し引いた値が“予想実ＥＧＲ率変化量”として算出される。予想実ＥＧＲ率変化量は、フィードバック補正係数Ｋによる指令Ｑ及び新気量の補正によって生じる実ＥＧＲ率の予想変化量を意味する。つまり、このルーチンでは、実際には計測できない実ＥＧＲ率の変化量を目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率の各変化量から予想することが行われる。
【００５５】
ステップＳ８では、ステップＳ６で算出された予想実ＥＧＲ率変化量を用いて、空燃比学習の誤動作が発生したかどうか判定される。なお、この判定は、前述のとおり図９のフローチャートに示すサブルーチンにより行われる。
【００５６】
サブルーチンのステップＳ１０２では、フィードバック補正係数Ｋの値が１かどうか判定される。指令Ｑに対する実際の燃料噴射量に誤差が含まれておらず、また、エアフローメータ５８による計測新気量にも誤差が含まれていない場合、フィードバック補正係数Ｋの値は１になる。このような場合には、定常誤差成分の学習値はゼロであるから空燃比学習の誤動作が生じることはない。よって、フィードバック補正係数Ｋの値が１の場合にはステップＳ１１０に進み、空燃比学習の誤動作は発生していないと判断される。
【００５７】
フィードバック補正係数Ｋの値が１でない場合、ステップＳ１０４の判定が行われる。ステップＳ１０４では、フィードバック補正係数Ｋの値が１より大きく、且つ、予想実ＥＧＲ率変化量がゼロ以上かどうか判定される。フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも大きいということは、リーン化が要求されていることを意味する。したがって、通常であれば、ＥＧＲ率を低くして空燃比をリーン化させるように、予想実ＥＧＲ率変化量は負の値になっているはずである。図１０は、空燃比、フィードバック補正係数Ｋ、推定ＥＧＲ率変化量、目標ＥＧＲ率変化量及び予想実ＥＧＲ率変化量の通常時の挙動をシミュレーションで再現した結果を表すグラフである。シミュレーションの条件は図６に示すシミュレーション結果の場合と同じである。図１０に示すように、フィードバック補正係数Ｋの値が１のときに予想実ＥＧＲ率変化量が負の値になっていれば、計測空燃比は所望どおりリーン側に変化し、やがて設計値に収束する。
【００５８】
ゆえに、フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも大きいにも関わらず、予想実ＥＧＲ率変化量がゼロ以上になっている場合には、空燃比学習の誤動作が起きているとみなすことができる。図１１は、空燃比、フィードバック補正係数Ｋ、推定ＥＧＲ率変化量、目標ＥＧＲ率変化量及び予想実ＥＧＲ率変化量の誤動作時の挙動をシミュレーションで再現した結果を表すグラフである。シミュレーションの条件は図７に示すシミュレーション結果の場合と同じである。図１１に示すように、フィードバック補正係数Ｋの値が１のときに予想実ＥＧＲ率変化量がゼロ以上の値になっていれば、計測空燃比はリッチ側に変化することになって設計値からさらに乖離してしまう。よって、この場合はステップＳ１０８に進み、空燃比学習の誤動作が発生していると判断される。
【００５９】
ステップＳ１０４の判定の結果が否定である場合、ステップＳ１０６の判定が行われる。ステップＳ１０６では、フィードバック補正係数Ｋの値が１より小さく、且つ、予想実ＥＧＲ率変化量が負の値かどうか判定される。フィードバック補正係数Ｋの値が１よりも小さいということは、リッチ化が要求されていることを意味する。したがって、通常であれば、ＥＧＲ率を低くして空燃比をリーン化させるように、予想実ＥＧＲ率変化量は正の値になっているはずである。予想実ＥＧＲ率変化量が負の値になっている場合には、空燃比学習の誤動作が発生していると判断することができる。つまり、ステップＳ１０４の判定の場合と同様、予想実ＥＧＲ率変化量の正負の符号とフィードバック補正係数とが整合するかどうかによって、空燃比学習の誤動作が発生しているかどうか判断することができる。なお、ステップＳ１０４の判定とステップＳ１０６の判定の順番は入れ替えることができる。
【００６０】
ステップＳ１０６の判定の結果が肯定であるならば、ステップＳ１０８に進み、空燃比学習の誤動作が発生していると判断される。判定の結果が否定であるならば、ステップＳ１１０に進み、空燃比学習の誤動作は発生していないと判断される。
【００６１】
サブルーチンの終了後は再びメインルーチンに戻って処理が続けられる。サブルーチンによる判定の結果、空燃比学習の誤動作は発生していないと判断された場合には、ステップＳ１２の処理が行われる。ステップＳ１２では、通常の空燃比学習及びＥＧＲ制御がそのまま続けられる。
【００６２】
しかし、サブルーチンによる判定の結果、空燃比学習の誤動作が発生していると判断された場合には、ステップＳ１０の処理が行われる。ステップＳ１０では、フィードバック補正係数Ｋの計算への学習項の使用が禁止される。学習が完了している場合、定常状態でのＰＩ項の値は平均してゼロになっているから、定常誤差成分である学習項が加算されないことにより、フィードバック補正係数Ｋの値は標準値である１に戻されることになる。この場合、フィードバック補正係数Ｋの値を強制的に１にセットしてしまってもよい。フィードバック補正係数Ｋの値が標準値に戻されることで、空燃比学習の誤動作がそのまま続いてしまうことは防止される。
【００６３】
また、ステップＳ１０では、演算ユニット１０８によるＰＩ制御で計算されるＩ項の値をゼロにリセットすることも行われる。空燃比学習の誤動作によって計測空燃比と推定空燃比との間にズレが生じることが考えられる。その場合、ＰＩ制御によって空燃比ズレ比の積分値がＩ項に溜められていくが、このとき計算される積分値は空燃比学習の誤動作によって生じたノイズである。このノイズが演算ユニット１１０によって学習マップに取り込まれてしまうと、学習項の精度を低下させることになる。よって、Ｉ項の値をゼロにリセットすれば、空燃比学習の誤動作により誤って計算した積分値が学習項に反映されてしまうのを防止することができる。
【００６４】
以上のルーチンは定期的に実行される。ステップＳ１０の処理によってフィードバック補正係数Ｋの計算への学習項の使用が禁止された場合、次の計算タイミングが到来したときに予想実ＥＧＲ率変化量が再計算され、再計算された予想実ＥＧＲ率変化量に基づき空燃比学習の誤動作が発生しているかどうか再判定される。再判定の結果、空燃比学習の誤動作が続いているのであれば、ステップＳ１０の処理が選択されて学習項の使用禁止が継続される。一方、再判定の結果、空燃比学習の誤動作が解消したのであれば、ステップＳ１２の処理が選択されて通常制御に切り替えられる。
【００６５】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、上述の実施の形態では本発明を過給機付きのディーゼルエンジンに適用しているが、本発明の実施にあたって過給機は必須ではない。
【符号の説明】
【００６６】
２  エンジン本体
１０  吸気通路
１２  排気通路
２４  ディーゼルスロットル弁
３２  ＥＧＲ弁
５０  制御装置
５２  回転数センサ
５４  空燃比センサ
５６  過給圧センサ
５８  エアフローメータ
１００  空燃比学習ユニット
１２０  指令燃料噴射量演算ユニット
１３０  新気量演算ユニット
１４０  ＥＧＲ制御ユニット
２００  誤動作防止ユニット
【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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