(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と同ＥＧＲ通路に介装されて同排気通路から同吸気通路へ流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
前記機関の運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入するガスの流量に対する同機関が吸入するＥＧＲガスの流量の比であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率として決定する目標ＥＧＲ率決定手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する新気の流量の目標値を目標空気流量として決定する目標空気流量決定手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて実際のＥＧＲ率を実ＥＧＲ率として取得する実ＥＧＲ率取得手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する実際の新気の流量を実空気流量として取得する実空気流量取得手段と、
前記目標空気流量に対する前記目標ＥＧＲ率の比に応じた値を目標換算ＥＧＲ率として求めるとともに、前記実空気流量に対する前記実ＥＧＲ率の比に応じた値を実換算ＥＧＲ率として求め、同目標換算ＥＧＲ率と同実換算ＥＧＲ率とが等しくなるように前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御するＥＧＲ率制御手段と、
を備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と同ＥＧＲ通路に介装されて同排気通路から同吸気通路へ流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
前記機関の運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入するガスの流量に対する同機関が吸入するＥＧＲガスの流量の比であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率として決定する目標ＥＧＲ率決定手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する新気の流量の目標値を目標空気流量として決定する目標空気流量決定手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて実際のＥＧＲ率を実ＥＧＲ率として取得する実ＥＧＲ率取得手段と、
前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する実際の新気の流量を実空気流量として取得する実空気流量取得手段と、
前記目標空気流量に対する前記目標ＥＧＲ率の比に応じて定まる目標換算ＥＧＲ率に前記実空気流量を乗じて得られる値を制御用目標ＥＧＲ率として求め、同制御用目標ＥＧＲ率と前記実ＥＧＲ率とが等しくなるように前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御するＥＧＲ率制御手段と、
を備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
前記目標ＥＧＲ率決定手段は、
窒素酸化物を抑制することを目的とした吸気酸素濃度を得るための吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率を決定するとともに、スモーク又はパティキュレートマターを抑制することを目的とした限界目標ＥＧＲ率を求め、同吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率と同限界目標ＥＧＲ率のうちの小さい方を前記目標ＥＧＲ率として決定するように構成された内燃機関のＥＧＲ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、内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気の一部を吸気通路に循環させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）が知られている。このようなＥＧＲ装置は、機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）等の量を低減するためのものであって、機関の排気通路と吸気通路を連通するＥＧＲガス通路と、同ＥＧＲ通路に介装されたＥＧＲ制御弁とを備えていて、同ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによりＥＧＲガス流量を制御し、これにより、機関（シリンダ）が吸入するガスの流量（全ガスの流量）に対する同機関が吸入するＥＧＲガスの流量の比であるＥＧＲ率を制御するようになっている。
【０００３】
ところで、ディーゼル機関から排出されるＮＯｘの量は、機関のシリンダに流入するガスの酸素濃度（以下、「吸気酸素濃度ｘ」と称呼する。）に強い相関を有している。従って、ＮＯｘ排出量を低減するためには吸気酸素濃度ｘを所定濃度に制御することが有効である。係る観点に基づき、特開平１０−１４１１４７号公報に開示されたＥＧＲ装置付き内燃機関は、吸気酸素濃度ｘを制御するために換算ＥＧＲ率という概念を採用し、実際の換算ＥＧＲ率が目標換算ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ制御弁を制御している。
【０００４】
即ち、上記特開平１０−１４１１４７号公報に開示の装置においては、空気過剰率λが下記(1)式のように定義され、換算ＥＧＲ率ＳＲがＥＧＲ率Ｒを空気過剰率λで除した値（ＳＲ＝Ｒ／λ）として定義される。この換算ＥＧＲ率ＳＲは、図５に示したように、吸気酸素濃度ｘとの間に下記(2)式で示した近似関係が成立する値である。
【０００５】
【数１】
0003904076.tif 000002
【０００６】
【数２】
0003904076.tif 000003
【０００７】
従って、上記(2)式から理解されるように、換算ＥＧＲ率ＳＲの目標値である目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtを機関の運転状態量（例えば、指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥ）に基づいて決定するとともに、実際の換算ＥＧＲ率（実換算ＥＧＲ率）ＳＲactを機関の運転状態量に基づいて求め、同実換算ＥＧＲ率ＳＲactが同目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと一致するようにＥＧＲ制御弁の開度を制御することにより、吸気酸素濃度ｘを適切な濃度とすることができる。上記従来の装置は、このような考えに基づいてＥＧＲ率を制御し、ＮＯｘ排出量を低減している。
【０００８】
この場合、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtは、例えば、指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥである機関運転状態量と同目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtとの関係を規定したマップ（テーブル）と実際の指令噴射量Ｑfin及び実際のエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される。また、実換算ＥＧＲ率ＳＲactは、下記(3)式及び下記(4)式に基づいて求められる。
【０００９】
この(3)式及び(4)式において、Ｒactは実際のＥＧＲ率であり、Ｇｎは実際に機関のシリンダに吸入される空気（新気）の流量であってエアフローメータにより検出される量（以下、「実空気流量Ｇｎ」又は「検出空気流量Ｇｎ」と称呼する。）である。また、Ｇcylは実際に機関のシリンダに吸入されるガスの流量（つまり、全ガス流量＝新気流量＋ＥＧＲガス流量）であって、吸気管圧力ＰＭ及び吸気温度ＴＨＡとガス流量Ｇcylとの関係を規定したマップと、検出される実際の吸気管圧力ＰＭ及び検出される実際の吸気温度ＴＨＡと、に基づいて求められる量（以下、「シリンダ流入ガス流量Ｇcyl」と称呼する。）である。
【００１０】
また、(3)式で使用される空気過剰率λは、上記(1)式に基づいて求められる。このとき、(1)式の単位時間あたりの燃料噴射量Ｑは、直接計測することができないので、例えば、アクセル操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される指令噴射量（要求噴射量）Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥから算出されている。
【００１１】
【数３】
0003904076.tif 000004
【００１２】
【数４】
0003904076.tif 000005
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インジェクタの個体差や同インジェクタの使用に伴う性能変化に起因して、同インジェクタに指令噴射量Ｑfinだけの燃料を噴射するように駆動信号を与えたとしても、実際の燃料噴射量が同指令噴射量Ｑfinと一致しないことがあり、このため、上記(1)式の単位時間あたりの燃料噴射量Ｑが不正確となって空気過剰率λが不正確となることがあるので、上記(3)式に基づく実換算ＥＧＲ率ＳＲactが正しく求められないことがある。この結果、真の換算ＥＧＲ率ＳＲactが目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと一致せず、吸気酸素濃度ｘが狙いとする値とできないので、ＮＯｘ排出量が増大する場合がある。
【００１４】
従って、本発明の目的の一つは、インジェクタに指令噴射量Ｑfinだけの燃料を噴射するように駆動信号を与えたとき、同指令噴射量Ｑfinだけの燃料が噴射されない場合であっても、吸気酸素濃度ｘを狙いとする濃度とすることができ、その結果、ＮＯｘ排出量を低減することが可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することにある。
【００１５】
【本発明の概要】
上記目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtは、例えば、機関運転状態量である指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて決定される。そこで、目標ＥＧＲ率Ｒtgtを指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて定まる値Ｒtgt（Ｑfin，ＮＥ）とするとともに、目標空気過剰率λtgtを同様に指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて定まる値λtgt（Ｑfin，ＮＥ）とすると、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtは下記(5)式に基づいて決定される値とすることができる。
【００１６】
【数５】
0003904076.tif 000006
【００１７】
また、目標空気過剰率λtgtは、目標空気流量を指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて定まる値Ｇｎtgt（Ｑfin，ＮＥ）として定めれば、上記(1)式から下記(6)式により求められる値となる。この(6)式と上記(5)式とから下記(7)式が得られる。なお、これらの式における値k1は単位を一致させること等を目的とした係数である。
【００１８】
【数６】
0003904076.tif 000007
【００１９】
【数７】
0003904076.tif 000008
【００２０】
一方、実換算ＥＧＲ率ＳＲactは、上記(3)式（ＳＲact＝Ｒact／λ）と上記(1)式（λ＝ｋ・Ｇｎ／Ｑ）とに基づき、下記(8)式により表される。
【００２１】
【数８】
0003904076.tif 000009
【００２２】
ここで、上記(7)式と上記(8)式とを比較すると、指令噴射量Ｑfinと係数k1とが両式の右辺にＱfin／k1の形で存在するから、これを消去することができることが理解される。即ち、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと実換算ＥＧＲ率ＳＲactとを一致させるには、下記(9)式で表される変換後の目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtと、下記(10)式で表される変換後の実換算ＥＧＲ率ＳＲhactとが等しくなればよいことになる。
【００２３】
【数９】
0003904076.tif 000010
【００２４】
【数１０】
0003904076.tif 000011
【００２５】
以上が本発明による内燃機関のＥＧＲ制御装置が採用する原理であり、上記(9)式及び上記(10)式から明らかなように、目標ＥＧＲ率Ｒtgt、目標空気流量Ｇｎtgt、実ＥＧＲ率Ｒact、及び実空気流量Ｇｎに基づいてＥＧＲ制御弁を制御すれば、指令噴射量Ｑfinを計算に用いることなく、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと実換算ＥＧＲ率ＳＲactとを一致させ得、その結果、吸気酸素濃度ｘを所望の値としてＮＯｘ排出量を効果的に低減することが可能となる。
【００２６】
係る観点に基づく本発明による内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と同ＥＧＲ通路に介装されて同排気通路から同吸気通路へ流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、前記機関の運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入するガスの流量に対する同機関が吸入するＥＧＲガスの流量の比であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率として決定する目標ＥＧＲ率決定手段と、前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する新気の流量の目標値を目標空気流量として決定する目標空気流量決定手段と、前記検出された運転状態量に基づいて実際のＥＧＲ率を実ＥＧＲ率として取得する実ＥＧＲ率取得手段と、前記検出された運転状態量に基づいて前記機関が吸入する実際の新気の流量を実空気流量として取得する実空気流量取得手段と、前記目標空気流量に対する前記目標ＥＧＲ率の比に応じた値を目標換算ＥＧＲ率として求めるとともに、前記実空気流量に対する前記実ＥＧＲ率の比に応じた値を実換算ＥＧＲ率として求め、同目標換算ＥＧＲ率と同実換算ＥＧＲ率とが等しくなるように前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御するＥＧＲ率制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２８】
これらによれば、上述したとおり、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと実換算ＥＧＲ率ＳＲactとを一致させ得、その結果、吸気酸素濃度ｘを所望の値としてＮＯｘ排出量を効果的に低減することが可能となる。
【００２９】
更に、上記(9)式及び上記(10)式の各式の両辺に実空気流量Ｇｎを乗じると、下記(11)式及び下記(12)式が得られる。
【００３０】
【数１１】
0003904076.tif 000012
【００３１】
【数１２】
0003904076.tif 000013
【００３２】
上記(11)式及び上記(12)式から明らかなように、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと実換算ＥＧＲ率ＳＲactとを一致させるには（即ち、変換後の目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtと変換後の実換算ＥＧＲ率ＳＲhactとを一致させるには）、同(11)式の右辺と同(12)式の右辺（即ち、実ＥＧＲ率Ｒact）とが等しくなればよいことになる。なお、本明細書において、上記(11)式の左辺ＳＲhtgt・Ｇｎは「制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgt」と称呼される。
【００３３】
このような観点に立てば、前記ＥＧＲ率制御手段は、前記目標空気流量に対する前記目標ＥＧＲ率の比に応じて定まる目標換算ＥＧＲ率に前記実空気流量を乗じて得られる値を制御用目標ＥＧＲ率として求め、同制御用目標ＥＧＲ率と前記実ＥＧＲ率とが等しくなるように前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御するように構成されてもよい。
【００３４】
これによっても、目標換算ＥＧＲ率ＳＲtgtと実換算ＥＧＲ率ＳＲactとを一致させ得、その結果、吸気酸素濃度ｘを所望の値としてＮＯｘ排出量を効果的に低減することが可能となる。
【００３５】
上述の本発明によるＥＧＲ制御装置によれば、ＮＯｘ排出量を大きく左右する吸気酸素濃度ｘを所望の値とするように目標ＥＧＲ率Ｒtgtを定めることが好適である。しかしながら、このように目標ＲＧＲ率Ｒtgtを定めていると、例えば、過給機付き内燃機関の加速初期のように過給遅れが発生している場合、或いは、大気圧が低い場合等の実空気流量Ｇｎが相対的に小さくなる領域においても、所定のＥＧＲ率が確保されるようにＥＧＲ制御弁が制御されるので、同実空気流量Ｇｎが過小となって所謂スモークが増大する恐れがある。
【００３６】
そこで、前記目標ＥＧＲ率決定手段は、ＮＯｘ（窒素酸化物）を抑制することを目的とした吸気酸素濃度を得るための吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率を決定するとともに、スモーク又はパティキュレートマターを抑制するための限界目標ＥＧＲ率を求め、同吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率と同限界目標ＥＧＲ率のうちの小さい方を前記目標ＥＧＲ率として決定するように構成されることが好適である。
【００３７】
いま、ＮＯｘを抑制することを目的とした吸気酸素濃度を得るための吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率を吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtとし、この吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtを得るための空気流量をＧｎO2と表すと、下記(13)式が得られる。
【００３８】
【数１３】
0003904076.tif 000014
【００３９】
また、任意の一定の噴射量が与えられているときに、これ以上排出してはいけないスモーク（又はパティキュレートマター）の量（許容量）を予め定めておき、同任意の一定の噴射量に対して同定めたスモーク量以上のスモークを発生させないための最小空気流量をＧｎminと定義する。この場合、スモークは空気流量Ｇｎが非常に小さくなったときに許容量に達するから、前記一定の噴射量に対する吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtを得るための空気流量ＧｎO2は前記最小空気流量Ｇｎminより大きくなる。また、その場合のスモークの抑制を目的とする限界目標ＥＧＲ率（スモーク抑制用目標ＥＧＲ率）ＲSMtgtは下記(14)式により表される。
【００４０】
【数１４】
0003904076.tif 000015
【００４１】
そして、最終的にＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ率）を制御するための目標ＥＧＲ率Ｒtgtを、下記(15)式により決定する。(15)式においてmin（α，β）は値αと値βのうちの小さい方を選択するという関数である。
【００４２】
【数１５】
0003904076.tif 000016
【００４３】
この結果、吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtが限界目標ＥＧＲ率ＲSMtgtよりも小さいとき（ＲO2tgt＜ＲSMtgt）、上記(15)式によってＲtgt＝ＲO2tgtとなり、ＥＧＲ制御弁が制御されることで実空気流量ＧｎはＧｎO2と等しくなる（Ｇｎ＝ＧｎO2）。従って、下記(16)式が得られる。
【００４４】
【数１６】
0003904076.tif 000017
【００４５】
これに対し、吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtが限界目標ＥＧＲ率ＲSMtgt以上であるとき（ＲO2tgt≧ＲSMtgt）、上記(15)式からＲtgt＝ＲSMtgtとなり、ＥＧＲ制御弁の制御により実空気流量Ｇｎは最小空気流量をＧｎminと等しくなる。従って、下記(17)式が得られる。
【００４６】
【数１７】
0003904076.tif 000018
【００４７】
以上のことから、上記構成のように吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtと限界目標ＥＧＲ率ＲSMtgtのうちの小さい方を前記目標ＥＧＲ率として決定すれば、実際の空気流量Ｇｎが最小空気流量Ｇｎmin以上となるので、スモーク（又はパティキュレートマター）の発生量を許容量以下に抑制することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関（ディーゼル機関）のＥＧＲ制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るＥＧＲ制御装置（内燃機関の排気浄化装置）を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排気ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００４９】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から噴射圧力まで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（指令噴射量Ｑfinに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記昇圧された燃料を噴射するようになっている。
【００５０】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。
【００５１】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００５２】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００５３】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲのガス流量）を変更し、後述するようにＥＧＲ率を制御するようになっている。
【００５４】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００５５】
インターフェース６５は、空気流量（新気流量）計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、エンジン回転速度センサ７４、及びアクセル開度センサ７５と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００５６】
熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流量を表す信号Ｇｎ（空気流量Ｇｎ）を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、エンジン１０のシリンダ（即ち、燃焼室）に吸入されるガスの温度（即ち、吸気温度）を検出し、同吸気温度を表す信号ＴＨＡを発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、スロットル弁３３及びＥＧＲ制御弁５２よりも下流の吸気通路内の圧力を表す信号ＰＭ（吸気管圧力ＰＭ）を発生するようになっている。
【００５７】
エンジン回転速度センサ７４は、エンジン１０の回転速度を検出し、エンジン回転速度ＮＥを表す信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Accpを発生するようになっている。
【００５８】
次に、上記のように構成されたＥＧＲ制御装置の作動について説明する。電気制御装置６０のＣＰＵ６１は図２にフローチャートにより示したプログラムを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ２００から処理を開始し、ステップ２０５にてエンジン回転速度ＮＥ、アクセル操作量Accp、実空気流量Ｇｎ、吸気管圧力ＰＭ、及び吸気温度ＴＨＡ等の機関の運転状態量を上述した各センサから取り込む（取得する）。
【００５９】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ２１０に進み、機関運転状態量であるアクセル操作量Accp及びエンジン回転速度ＮＥと指令噴射量（噴射すべき燃料量、要求燃料噴射量）Ｑfinとの関係を規定したマップと、上記ステップ２０５にて取り込んだ実際のアクセル操作量Accp及び実際のエンジン回転速度ＮＥとに基づいて、その時点の指令噴射量Ｑfinを決定する。
【００６０】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップ２１５にて機関運転状態量である指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥと目標ＥＧＲ率Ｒtgtとの関係を規定したマップと、上記ステップ２１０にて取得した実際の指令噴射量Ｑfin及び上記ステップ２０５にて取り込んだ実際のエンジン回転速度ＮＥとに基づいて目標ＥＧＲ率Ｒtgtを決定し、続くステップ２２０にて指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥと目標空気流量Ｇｎtgtとの関係を規定したマップと、上記指令噴射量Ｑfin及び上記実際のエンジン回転速度ＮＥとに基づいて目標空気流量Ｇｎtgtを決定する。
【００６１】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ２２５に進み、同ステップ２２５にて上記(9)式に基づき上記ステップ２１５及び上記ステップ２２０にてそれぞれ取得した目標ＥＧＲ率Ｒtgtと目標空気流量Ｇｎtgtとから（変換後の）目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtを決定する。この目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtは、ＮＯｘ排出量を小さくする所定の吸気酸素濃度ｘが得られるように定められている。換言すると、上記ステップ２１５，２２０にて使用する各マップは、ＮＯｘ排出量を小さくする所定の吸気酸素濃度ｘが得られるように定められる目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtが得られるように決定されている。次に、ＣＰＵ６１はステップ２３０にて機関運転状態量である吸気管圧力ＰＭ及び吸気温度ＴＨＡとシリンダ流入ガス流量Ｇcylとの関係を規定したマップと、上記ステップ２０５にて取り込んだ実際の吸気管圧力ＰＭ及び実際の吸気温度ＴＨＡとに基づいてシリンダ流入ガス流量Ｇcylを決定する。
【００６２】
その後、ＣＰＵ６１は、ステップ２３５にて上記シリンダ流入ガス流量Ｇcylとステップ２０５にて取り込んだ実空気流量Ｇｎと上記(4)式とから実ＥＧＲ率Ｒactを算出・決定するとともに、ステップ２４０にて同算出した実ＥＧＲ率Ｒactと上記取り込んだ実空気流量Ｇｎと上記(10)式とから（変換後の）実換算ＥＧＲ率ＳＲhactを決定する。
【００６３】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ２４５にて、上記ステップ２４０にて求めた実換算ＥＧＲ率ＳＲhactが上記ステップ２２５にて求めた目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtより大きいか否かを判定し、同ステップ２４５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ２５０に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ閉じ、ＥＧＲ率を減少させてステップ２６５に進む。他方、ステップ２４５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ２５５に進んで上記実換算ＥＧＲ率ＳＲhactが上記目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtより小さいか否かを判定し、同ステップ２５５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ２６０に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ開き、ＥＧＲ率を増大させてステップ２６５に進む。また、ステップ２５５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１は直接ステップ２６５へと進む。
【００６４】
そして、ＣＰＵ６１はステップ２６５にて現時点が燃料噴射タイミングか否かを判定し、燃料噴射タイミングであればステップ２７０にて上記ステップ２１０にて求めた指令噴射量Ｑfinの燃料を燃料噴射タイミングにある気筒の燃料噴射弁２１から噴射し、ステップ２９５にて本ルーチンを一旦終了する。また、ステップ２６５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６５】
以上、説明したように、本発明の第１実施形態によれば、実換算ＥＧＲ率ＳＲhactが目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtと一致するようにＥＧＲ制御弁５２の開度が制御されてＥＧＲ率が変更せしめられる。このとき、実換算ＥＧＲ率ＳＲhact及び目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgtが指令噴射量Ｑfinを用いることなく求められるから、燃料噴射弁２１から同指令噴射量Ｑfinだけの燃料が噴射されない場合であっても、真の実換算ＥＧＲ率ＳＲhactが正確に求められ、従って、吸気酸素濃度ｘを狙いとする値に精度良く制御できるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００６６】
次に、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御装置について説明する。このＥＧＲ制御装置は、ＣＰＵ６１が実行するプログラムが図２に代わる図３にフローチャートにより示したプログラムである点のみにおいて、上記第１実施形態のＥＧＲ制御装置と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【００６７】
ＣＰＵ６１は、図３に示したプログラムを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３００に続くステップ３０５〜ステップ３２０の処理を行い、指令噴射量Ｑfin、目標ＥＧＲ率Ｒtgt、及び目標空気流量Ｇｎtgtを決定する。このステップ３０５〜ステップ３２０は、上述したステップ２０５〜ステップ２２０とそれぞれ同一のステップであるので詳細な説明を省略する。
【００６８】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２５に進み、上記(11)式に基づいて制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtを決定し、その後、上述したステップ２３０と同一の処理を行うステップ３３０に進みシリンダ流入ガス流量Ｇcylを決定するとともに、上述したステップ２３５と同一の処理を行うステップ３３５にて実ＥＧＲ率Ｒactを求める。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３４０にて、上記ステップ３３５にて求めた実ＥＧＲ率Ｒactが上記ステップ３２５にて求めた制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtより大きいか否かを判定し、同ステップ３４０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ３４５に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ閉じ、ＥＧＲ率を減少させてステップ３６０に進む。他方、ステップ３４０にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ３５０に進んで上記実ＥＧＲ率Ｒactが上記制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtより小さいか否かを判定し、同ステップ３５０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ３５５に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ開き、ＥＧＲ率を増大させてステップ３６０に進む。また、ステップ３５０にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１は直接ステップ３６０へと進む。
【００７０】
そして、ＣＰＵ６１はステップ３６０にて現時点が燃料噴射タイミングか否かを判定し、燃料噴射タイミングであればステップ３６５にて上記ステップ３１０にて求めた指令噴射量Ｑfinの燃料を燃料噴射タイミングにある気筒の燃料噴射弁２１から噴射し、ステップ３９５にて本ルーチンを一旦終了する。また、ステップ３６０にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
以上、説明したように、本発明の第２実施形態によれば、実ＥＧＲ率Ｒactが制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtと一致するようにＥＧＲ制御弁５２の開度が制御されてＥＧＲ率が変更せしめられる。このとき、実ＥＧＲ率Ｒact及び制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtが指令噴射量Ｑfinを用いることなく求められるから、噴射弁２１から同指令噴射量Ｑfinだけの燃料が噴射されない場合であっても、真のＥＧＲ率Ｒactが制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgtに精度良く一致せしめらる。この結果、吸気酸素濃度ｘを狙いとする値に精度良く制御できるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００７２】
また、第１実施形態の制御で用いる目標換算ＥＧＲ率ＳＲhtgt及び実換算ＥＧＲ率ＳＲhactは物理量として理解し難い量であるのに対し、第２実施形態で用いる制御用目標ＥＧＲ率及び実ＥＧＲ率は物理的に把握し易い量である。つまり、第２実施形態の制御は、エンジン回転速度と噴射量とが一定（即ち、シリンダ流入ガス流量Ｇcylが一定）である状況で定めた目標ＥＧＲ率に対して吸気酸素濃度ｘを一定とするために、同様にエンジン回転速度と噴射量とが一定である状況での目標空気流量よりも実際の空気流量が少ない場合にはＥＧＲ率を減量し、同目標空気流量よりも実際の空気流量が多い場合にはＥＧＲ率を増加させるという制御であるので、エンジンの各種制御定数の適合を容易に行うことができる。
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態に係るＥＧＲ制御装置について説明する。このＥＧＲ制御装置は、上述した第２実施形態のＣＰＵ６１が実行する図３のステップ３１５に代えて図４にフローチャートにより示したステップ４０５〜４２０を実行する点のみにおいて、同第２実施形態のＥＧＲ制御装置と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【００７４】
第３実施形態に係るＣＰＵ６１は、所定のタイミングにて図３に示したステップ３１０の処理を終了すると、図４に示したステップ４０５に進み、同ステップ４０５にてＮＯｘを抑制することを目的とした吸気酸素濃度を得るための吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率ＲO2tgtを、指令噴射量Ｑfin及びエンジン回転速度ＮＥと同目標ＥＧＲ率ＲO2tgtとの関係を規定したマップと、ステップ３１０にて求められた現時点の指令噴射量Ｑfin及びステップ３０５にて取り込まれた現時点の実際のエンジン回転速度ＮＥとから決定する。
【００７５】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ４１０に進み、上記指令噴射量Ｑfinに対してスモーク又はパティキュレートマターを所定量（所定の許容量）以下とするために必要な空気流量の最小値（最小空気流量）Ｇｎminを、同指令噴射量Ｑfinに基づいて決定する。そして、ＣＰＵ６１は、ステップ４１５にて上記(14)式に従ってスモーク抑制用（又はパティキュレートマター抑制用）目標ＥＧＲ率ＲSMtgtを算出し、ステップ４２０にて吸気酸素濃度制御用目標ＥＧＲ率（限界目標ＥＧＲ率）ＲO2tgtとスモーク抑制用目標ＥＧＲ率ＲSMtgtのうち、何れか小さい方を最終目標ＥＧＲ率Ｒtgtとして決定・採用する。
【００７６】
その後、ＣＰＵ６１は、図３のステップ３２０〜ステップ３９５の処理を実行し、実ＥＧＲ率Ｒactが最終目標ＥＧＲ率Ｒtgtに応じて定めら得た制御用目標ＥＧＲ率Ｒｃtgt（ステップ３２５を参照。）と一致するように、ＥＧＲ制御弁５２を制御する。
【００７７】
この結果、上述したように、実際の空気流量Ｇｎが指令噴射量Ｑfinに応じて定まる最小空気流量Ｇｎmin以上となるので、スモーク量を許容量以下に抑制しながらＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００７８】
以上、説明したように、本発明による内燃機関のＥＧＲ制御装置の各実施形態よれば、ＮＯｘ排出量を低減することが可能となる。なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、第３実施形態は第１実施形態と組合せて使用することができる。即ち、図２のステップ２１５に代えて図４に示したステップ４０５〜４２０を実行するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るＥＧＲ制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】  図１に示したＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図３】  本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御装置のＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図４】  本発明の第３実施形態に係るＥＧＲ制御装置のＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図５】  吸気酸素濃度と換算ＥＧＲ率との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
２１…燃料噴射弁、３１…吸気マニホールド、３２…吸気管、３３…スロットル弁、３５…過給機、４１…排気マニホールド、４２…排気管、４３…ＤＰＮＲ、５０…ＥＧＲ装置、５１…排気還流管、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置。
【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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