(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼と拡散燃焼とを運転領域により切換えるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
シリンダに吸入されるガスの酸素濃度と酸素量とを調整可能な酸素濃度・酸素量調整手段と、
予混合燃焼、拡散燃焼のそれぞれに最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値を運転条件に応じて別々に設定する目標値設定手段と、
現在の運転条件のとき予混合燃焼であるのか拡散燃焼であるのかを判定する燃焼状態判定手段と、
この燃焼状態判定手段の判定結果に基づき予混合燃焼の運転条件から拡散燃焼の運転条件へと移行するときまたは拡散燃焼の運転条件から予混合燃焼の運転条件へと移行するとき、移行前の運転条件に対して前記目標値設定手段により設定されている最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値から移行後の運転条件に対して前記目標値設定手段により設定されている最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値へと一気に切換え、この切換後の酸素量目標値と酸素濃度目標値が得られるように前記酸素濃度・酸素量調整手段を制御する手段と
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】
同じ燃焼状態で酸素量目標値と酸素濃度目標値が過渡的に変化する場合に、予混合燃焼のとき酸素量目標値よりも酸素濃度目標値を優先して、また拡散燃焼のとき酸素濃度目標値よりも酸素量目標値を優先して制御す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】
制御変数としての酸素量目標値に代えて目標空気過剰率または目標ＥＧＲ量を、制御変数としての酸素濃度目標値に代えて目標ＥＧＲ率を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
酸素濃度・酸素量調整手段はＥＧＲ装置と過給機であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
予混合燃焼のとき目標ＥＧＲ率に対して遅れ補償を施し、拡散燃焼のとき目標空気過剰率または目標ＥＧＲ量に対して遅れ補償を施すことを特徴とする請求項３または４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項６】
予混合燃焼のときと拡散燃焼のときとでそれぞれの燃焼状態に応じた目標過給圧を設定することを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項７】
目標ＥＧＲ率を排気中の残留酸素濃度を考慮した実効ＥＧＲ率で設定し、また目標空気過剰率をシリンダに流入するＥＧＲガス中の残留酸素量を考慮した実効空気過剰率で設定することを特徴とする請求項３から６までのいずれか一つ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘとスモーク（ＰＭ）を同時に低減する技術として、例えば特開平７−４２８７号公報に開示される技術が知られている。この従来技術では、ＥＧＲを行うことなどにより吸気の酸素濃度が低くなって燃焼温度が低下するときに、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるよう着火遅れ期間を大幅に長くすることにより、燃焼温度の低下によるＮＯｘの低減と燃焼の予混合化によるＰＭの低減とを同時に実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱発生パターンが単段燃焼の形態となる燃焼（予混合燃焼主体の燃焼のことで、以下単に「予混合燃焼」という。）を実現するには燃焼温度および着火遅れ期間をともに一定の範囲に収める必要がある。
【０００４】
このため、ＥＧＲガス温度が高くなる高負荷域や燃焼期間が短くなる高回転速度域では予混合燃焼が成立しなくなるので、予混合燃焼が不可能な領域になると燃料を空気と混合させながら燃焼させる、いわゆる拡散燃焼（以下単に「拡散燃焼」という。）の状態で制御する必要がある（図２参照）。
【０００５】
この場合に、予混合燃焼領域と拡散燃焼領域の境界における燃焼形態がどうなっているかは今まで十分に解明されておらず、予混合燃焼領域から拡散燃焼領域へと移行するときには燃焼形態が予混合燃焼から拡散燃焼へと徐々に変化するものと推定し、したがって制御目標値である空気過剰率とＥＧＲ率とを予混合燃焼に最適な値から拡散燃焼に最適な値へと滑らかにつないでいた。
【０００６】
しかしながら、本発明の発明者による最近の実験結果によれば、運転条件により予混合燃焼か拡散燃焼かのいずれかにはっきりと分かれ、両者が混合しているような燃焼状態は存在しないことが解明されてきている。したがって、予混合燃焼領域から拡散燃焼領域へと移行するときには、制御目標値である空気過剰率とＥＧＲ率とを予混合燃焼に最適な値から拡散燃焼に最適な値へと一気に切り換えることが好ましい。
【０００７】
そのため本発明は、予混合燃焼、拡散燃焼のそれぞれに最適な目標空気過剰率（シリンダに吸入されるガスの酸素量目標値）と目標ＥＧＲ率（シリンダに吸入されるガスの酸素濃度目標値）を運転条件に応じて予め設定しておき、運転中に予混合燃焼、拡散燃焼のいずれの燃焼であるのかを判定し、その判定結果に応じた目標値となるように空気過剰率とＥＧＲ率を制御することにより、予混合燃焼領域、拡散燃焼領域ともに最適化することを目的とする。
【０００８】
一方、本発明の発明者による最近の実験結果によれば、図２９に示したように同じ空気過剰率とＥＧＲ率の条件でも燃焼状態が予混合燃焼か拡散燃焼かによってＰＭの排出特性が大きく異なることをがわかっている。すなわち、図２９においてＰＭ排出量の変化は、左側に示す予混合燃焼のときには空気過剰率の変化にあまり依存せず、ＥＧＲ率の変化に依存している。これに対して右側に示す拡散燃焼のときにはＥＧＲ率の変化にあまり依存せず、空気過剰率の変化に依存している。
【０００９】
こうした事象を考慮し本発明は、燃焼状態を予混合燃焼と拡散燃焼とに切換可能で、かつＥＧＲ率（シリンダに吸入されるガスの酸素濃度）と空気過剰率（シリンダに吸入されるガスの酸素量）の両方を制御できるエンジンの制御範囲にあっては、制御目標値が過渡的に変化する場合に予混合燃焼のときは空気過剰率よりＥＧＲ率を優先させて制御し、拡散燃焼のときはＥＧＲ率より空気過剰率を優先させて制御することにより、制御目標値が変化する過渡時のＰＭ排出量の増加を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、予混合燃焼と拡散燃焼とを運転領域により切換えるようにしたディーゼルエンジンにおいて、シリンダに吸入されるガスの酸素濃度と酸素量とを調整可能な酸素濃度・酸素量調整手段と、予混合燃焼、拡散燃焼のそれぞれに最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値を運転条件に応じて別々に設定する目標値設定手段と、現在の運転条件のとき予混合燃焼であるのか拡散燃焼であるのかを判定する燃焼状態判定手段と、この燃焼状態判定手段の判定結果に基づき予混合燃焼の運転条件から拡散燃焼の運転条件へと移行するときまたは拡散燃焼の運転条件から予混合燃焼の運転条件へと移行するとき、移行前の運転条件に対して前記目標値設定手段により設定されている最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値から移行後の運転条件に対して前記目標値設定手段により設定されている最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値へと一気に切換え、この切換後の酸素量目標値と酸素濃度目標値が得られるように前記酸素濃度・酸素量調整手段を制御する手段とを備える。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において同じ燃焼状態で酸素量目標値と酸素濃度目標値が過渡的に変化する場合に、予混合燃焼のとき酸素量目標値よりも酸素濃度目標値を優先して、また拡散燃焼のとき酸素濃度目標値よりも酸素量目標値を優先して制御する。
【００１２】
第３の発明では、第１または第２の発明において制御変数としての酸素量目標値に代えて目標空気過剰率または目標ＥＧＲ量を、制御変数としての酸素濃度目標値に代えて目標ＥＧＲ率を用いる。
【００１３】
第４の発明では、第３の発明おいて酸素濃度・酸素量調整手段がＥＧＲ装置と過給機である。
【００１４】
第５の発明では、第３または第４の発明において予混合燃焼のとき目標ＥＧＲ率に対して遅れ補償を施し、拡散燃焼のとき目標空気過剰率または目標ＥＧＲ量に対して遅れ補償を施す。
【００１５】
第６の発明では、第４の発明において予混合燃焼のときと拡散燃焼のときとでそれぞれの燃焼状態に応じた目標過給圧を設定する。
【００１６】
第７の発明では、第３から第６までのいずれか一つの発明において目標ＥＧＲ率を排気中の残留酸素濃度を考慮した実効ＥＧＲ率で設定し、また目標空気過剰率をシリンダに流入するＥＧＲガス中の残留酸素量を考慮した実効空気過剰率で設定する。
【００１７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、予混合燃焼領域から拡散燃焼領域への移行時に予混合燃焼に最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値から拡散燃焼に最適な酸素量目標値と酸素濃度目標値へと一気に切り換えられることから、予混合燃焼領域、拡散燃焼領域共に最適化され、これにより拡散燃焼での最適な目標値へと徐々に切換える場合に比べて排気性能が改善される。
【００１８】
第２の発明によれば、ＰＭ排出量が酸素濃度よりも酸素量に大きく依存する拡散燃焼のとき酸素濃度目標値よりも酸素量目標値となるように優先的に制御するので、拡散燃焼領域での過渡時にＰＭが増加することを防止できる。
【００１９】
制御変数が酸素量目標値と酸素濃度目標値であるときにはこれら目標値へと制御するため高価な酸素濃度センサを使うことが必要となってくるが、酸素濃度目標値と等価な目標ＥＧＲ率と、酸素量目標値と等価な目標空気過剰率や目標ＥＧＲ量とを制御変数として用いる第３、第４の発明によれば、高価な酸素濃度センサを使うことなく、吸入空気量の計測のみで第１、第２の発明の効果を得ることができる。
【００２０】
第５、第６の発明によれば、過渡運転時において予混合燃焼領域では目標ＥＧＲ率が達成されるように、拡散燃焼領域では目標空気過剰率や目標ＥＧＲ量が達成されるように、ＥＧＲや吸入新気量の応答遅れを補償するので、予混合燃焼領域を拡大できると共に拡散燃焼領域での燃焼も最適化されるため排気を大幅に低減することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、台上試験で検討した目標ＥＧＲ率、目標空気過剰率に対して、経験的・実験的に実車にて補正、適合していたのが、排気中の残留酸素濃度やシリンダに流入するＥＧＲガス中の残留酸素量を考慮した制御目標値とすることにより、この補正量が少なくなり制御精度が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に、燃焼状態を予混合燃焼と拡散燃焼とに切換可能で、かつＥＧＲ率と空気過剰率の両方を制御できるエンジンの構成を示す。
【００２３】
予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁５からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。
【００２４】
圧力制御弁５は、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００２５】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。
【００２６】
ノズル１７は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（電磁弁）２５が介装されている。三方弁２５のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁２５がＯＮ状態になると、針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり、三方弁２５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２７】
アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３４、水温センサ（図示しない）からの信号が入力されるコントロールユニット４１では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量を演算し、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁２５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期を得るようにしている。
【００２８】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボ過給機を備える。これは、排気タービン５２のスクロール入口に、アクチュエータ５４により駆動される可変ノズル５３を設けたもので、コントロールユニット４１により、可変ノズル５３は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン５２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００２９】
上記のアクチュエータ５４は、制御圧力に応動して可変ノズル５３を駆動するダイヤフラムアクチュエータ５５と、このダイヤフラムアクチュエータ５５への制御圧力を調整する圧力制御弁５６とからなり、可変ノズル５３の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁５６に出力される。
【００３０】
コントロールユニット４１では、図２に示したように予混合燃焼が可能な運転領域では予混合燃焼を行わせ、予混合燃焼が不可能な運転領域では拡散燃焼に切換えるのであるが、この場合に予混合燃焼、拡散燃焼のそれぞれに最適な目標空気過剰率（シリンダに吸入されるガスの酸素量目標値）と目標ＥＧＲ率（シリンダに吸入されるガスの酸素濃度目標値）を運転条件に応じて別々に設定しており、現在の運転条件のとき予混合燃焼であるのか拡散燃焼であるのかを判定し、この判定した燃焼状態において現在の運転条件に最適な目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率が得られるように空気過剰率とＥＧＲ率を制御する。
【００３１】
また、制御目標値（目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率）が過渡的に変化する場合に、予混合燃焼状態であれば目標空気過剰率よりも目標ＥＧＲ率を優先して、また拡散燃焼のときには目標ＥＧＲ率よりも目標空気過剰率を優先して制御する。
【００３２】
さらに、図３に示したように制御目標値が変化する過渡時にはＥＧＲ、新気量とも応答遅れがあるので、予混合燃焼状態にあれば目標ＥＧＲ率に対して遅れ補償を施し、拡散燃焼のときには目標空気過剰率または目標ＥＧＲ量に対して遅れ補償を施す。
【００３３】
図４はコントロールユニット４１で実行されるこの制御の流れをブロックで示したもの、図５、図７、図１０、図１３等は図４中の主要なブロックの働きをフローチャートで示したものである。以下では個々のフローチャートを中心に説明する。なお、図４中のブロックに振った数字は演算順序を示すものであるが、便宜的にブロックの番号としても使用する。
【００３４】
図５は予混合燃焼フラグＦ ＭＫを設定するためのものである（ブロック４)。本願では簡易的に予混合燃焼領域を判定する方法を示すが、例えば特願２０００−３６４６４２号等で開示している技術を用いて精密に判断してもよい。
【００３５】
Ｓ１でエンジン回転速度Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆｃを読み込む。ここで、目標燃料噴射量Ｑｆｃはアクセル開度と回転速度Ｎｅをパラメータとするマップ値により与えられるものである。
【００３６】
Ｓ２ではエンジン回転速度Ｎｅから図６を内容とするマップを検索することにより現在のエンジン回転速度Ｎｅに対する予混合燃焼領域の上限、下限を示す燃料噴射量ＱｆｃＭＫＨ、ＱｆｃＭＫＬを演算し、これらＱｆｃＭＫＨ、ＱｆｃＭＫＬと現在の目標燃料噴射量ＱｆｃとをＳ３で比較する。
【００３７】
現在の目標燃料噴射量が予混合燃焼領域の上限燃料噴射量ＱｆｃＭＫＨと下限燃料噴射量ＱｆｃＭＫＬの間にあれば予混合燃焼領域にあると判断してＳ４に進み予混合燃焼フラグＦ ＭＫ＝１とする。そうでない場合はＳ５に進みＦ ＭＫ＝０として処理を終了する。
【００３８】
図７は目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを演算するためのものである（ブロック５）。Ｓ１では予混合燃焼フラグＦ ＭＫを読み込みＳ２でフラグＦ ＭＫの値をみる。Ｆ ＭＫ＝１であるときＳ３に進み、エンジン回転速度Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆｃから図８を内容とするマップを検索することにより予混合燃焼時の目標空気過剰率ＴｌａｍｂＭＫＢを演算し、これをＳ４で目標空気過剰率Ｔｌａｍｂに入れる。Ｆ ＭＫ＝０であるときにはＳ５に進み、Ｎｅ、Ｑｆｃから図９を内容とするマップを検索することにより拡散燃焼時の目標空気過剰率ＴｌａｍｂＤＦＢを演算し、これをＳ６で目標空気過剰率Ｔｌａｍｂに入れる。
【００３９】
図８、図９のように予混合燃焼時のほうが目標空気過剰率は低めに設定される傾向にある。なお、図８、図９の目標空気過剰率（マップ値）は排気中の残留酸素量を考慮した、シリンダに吸入される空気過剰率（ＥＧＲガス中の酸素も含んだシリンダに吸入される酸素量と燃料噴射量（質量）の比）で設定している。
【００４０】
図１０は目標実効ＥＧＲ率基本値Ｅｅｇｒ０を演算するためのものである（ブロック６）。Ｓ１で予混合燃焼フラグＦ ＭＫを読み込みＳ２でフラグＦ ＭＫの値をみる。Ｆ ＭＫ＝１であるときにはＳ３に進み、エンジン回転速度Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆｃから図１１を内容とするマップを検索することにより予混合燃焼時の目標実効ＥＧＲ率ＥｅｇｒＭＫＢを演算し、これをＳ４で目標実効ＥＧＲ率基本値Ｅｅｇｒ０に入れる。Ｆ ＭＫ＝０であるときにはＳ５に進み、Ｎｅ、Ｑｆｃから図１２を内容とするマップを検索することにより拡散燃焼時の目標実効ＥＧＲ率ＥｅｇｒＤＦＢを演算し、これをＳ６で目標実効ＥＧＲ率基本値Ｅｅｇｒ０に入れる。
【００４１】
図１１、図１２のように予混合燃焼時のほうが目標実効ＥＧＲ率は高めに設定される傾向にある。なお、図１１、図１２の目標実効ＥＧＲ率（マップ値）は排気中の残留酸素濃度を考慮した、シリンダに吸入される実効ＥＧＲ率（酸素を除く排気ガス質量とシリンダに吸入するガスの質量の比）で設定している。
【００４２】
図１３は目標実効ＥＧＲ率Ｅｅｇｒを演算するためのものである（ブロック７）。Ｓ１で予混合燃焼フラグＦ ＭＫを読み込みＳ２でフラグＦ ＭＫの値をみる。Ｆ ＭＫ＝１であるときにはＳ３に進み、目標実効ＥＧＲ率基本値Ｅｅｇｒ０に対して、Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌを加重平均係数とする
【００４３】
【数１】
Ｅｅｇｒｄ＝Ｅｅｇｒ０×Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌ＋Ｅｅｇｒｄn-1×（１−Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌ）、
ただし、Ｋｉｎ：体積効率相当値、
Ｋｖｏｌ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ、
ＶＥ：排気量、
ＮＣ：気筒数、
ＶＭ：吸気系容積、
Ｅｅｇｒｄn-1：前回の中間処理値、
の式により、中間処理値（加重平均値）Ｅｅｇｒｄを演算し、このＥｅｇｒｄとＥｅｇｒ０を用いてＳ４で
【００４４】
【数２】
Ｅｅｇｒ＝Ｅｅｇｒ０×Ｇｋｅｅｇｒ＋Ｅｅｇｒｄ×（１−Ｇｋｅｅｇｒ）、
ただし、Ｇｋｅｅｇｒ：進み補正ゲイン、
の式により進み補正を行って目標実効ＥＧＲ率Ｅｅｇｒを演算する。
【００４５】
Ｆ ＭＫ＝０であるときにはＳ５に進み、進み補正（遅れ補償）をせずに演算を終了する。
【００４６】
図１４は目標新気量ＴＱａｃを演算するためのものである（ブロック８）。Ｓ１で目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ、シリンダ内空気過剰率Ｒｌａｍｂ、目標燃料噴射量Ｑｆｃ、目標実効ＥＧＲ率Ｅｅｇｒを読み込み、Ｓ２で
【００４７】
【数３】
ＴＱａｃ＝Ｔｌａｍｂ×Ｒｌａｍｂ×Ｑｆｃ×Ｂｌａｍｂ／｛Ｒｌａｍｂ＋Ｅｅｇｒ×（Ｒｌａｍｂ−１）｝、
ただし、Ｂｌａｍｂ：理論空燃比、
の式により目標新気量ＴＱａｃを演算する。これはシリンダに吸入されるガスの実効空気過剰率が、シリンダ内空気過剰率をＲｌａｍｂ、吸入新気量をＱａｃ、ＥＧＲガス量をＱｅｃ、目標燃料噴射量をＱｆｃとしたとき、
【００４８】
【数４】
実効空気過剰率＝｛Ｑａｃ＋Ｑｅｃ（（Ｒｌａｍｂ−１）／Ｒｌａｍｂ）｝／Ｑｆｃ・Ｂｌａｍｂ
の式で表されるため、この式において実効空気過剰率に代えてＴｌａｍｂをおき、Ｑｅｃ＝Ｑａｃ×Ｅｅｇｒを代入した後で、Ｑａｃについて解いたものである。ここで、数４式の右辺の分子の（Ｒｌａｍｂ−１）／ＲｌａｍｂはＥＧＲガス中の新気量割合である。したがってこれにＱｅｃをかけた値がＥＧＲガス中の新気量となる。
【００４９】
図１５は目標質量ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算するためのものである（ブロック９）。Ｓ１でシリンダ内空気過剰率Ｒｌａｍｂ、目標実効ＥＧＲ率Ｅｅｇｒを読み込み、Ｓ２で
【００５０】
【数５】
Ｍｅｇｒ＝Ｅｅｇｒ／｛１−（Ｒｌａｍｂ−１）／Ｒｌａｍｂ｝
の式により目標質量ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算する。これは、シリンダに吸入されるガスの実効ＥＧＲ率が、
【００５１】
【数６】
実効ＥＧＲ率＝Ｑｅｃ×｛１−（Ｒｌａｍｂ−１）／Ｒｌａｍｂ｝／Ｑａｃ
の式で表されるため、この式において実効ＥＧＲ率をＥｅｇｒとし、Ｍｅｇｒ＝Ｑｅｃ／Ｑａｃを代入した後で、Ｍｅｇｒについて解いたものである。ここで、数６式の右辺の分子の１−（Ｒｌａｍｂ−１）／ＲｌａｍｂはＥＧＲガス中の不活性ガス割合である。したがってこれにＱｅｃをかけた値がＥＧＲガス中の不活性ガス量となる。
【００５２】
図１６は目標ＥＧＲ量ＴＱｅｃを演算するためのものである（ブロック１０）。Ｓ１では目標新気量ＴＱａｃと目標質量ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとから
【００５３】
【数７】
ＴＱｅｃ０＝ＴＱａｃ×Ｍｅｇｒ
の式で目標ＥＧＲ量基本値ＴＱｅｃ０を演算する。
【００５４】
Ｓ２で予混合燃焼フラグＦ ＭＫを読み込みＳ３でフラグＦ ＭＫの値をみる。Ｆ ＭＫ＝０（拡散燃焼）であるときにはＳ４に進み、目標ＥＧＲ量基本値ＴＱｅｃ０に対して、Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌを加重平均係数とする
【００５５】
【数８】
ＴＱｅｃｄ＝ＴＱｅｃ０×Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌ＋ＴＱｅｃｄn-1×（１−Ｋｉｎ×Ｋｖｏｌ）、
ただし、Ｋｉｎ：体積効率相当値、
Ｋｖｏｌ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ、
ＶＥ：排気量、
ＮＣ：気筒数、
ＶＭ：吸気系容積、
ＴＱｅｃｄn-1：前回の中間処理値、
の式により中間処理値（加重平均値）ＴＱｅｃｄを演算し、このＴＱｅｃｄとＴＱｅｃ０を用いてＳ５で
【００５６】
【数９】
ＴＱｅｃ＝ＴＱｅｃ０×Ｇｋｑｅｃ＋ＴＱｅｃｄ×（１−Ｇｋｑｅｃ）、
ただし、Ｇｋｑｅｃ：進み補正ゲイン、
の式により進み補正を行って目標ＥＧＲ量ＴＱｅｃを演算する。
【００５７】
Ｆ ＭＫ＝１（予混合燃焼）であるときにはＳ６に進み補正（遅れ補償）をせずに演算を終了する。
【００５８】
図１７はＥＧＲガスの流速相当値Ｃｑｅを演算するためのものである（ブロック１１）。ＥＧＲガス流速は、吸気圧Ｐｍ、排気圧Ｐｅｘｈ、排気の比重ρ、ＥＧＲ弁の開口面積Ａｖｅから
【００５９】
【数１０】
Ｃｑｅ＝Ａｖｅ×｛２×ρ×（Ｐｅｘｈ−Ｐｍ）｝1/2
の式で求められるのであるが、吸気圧、排気圧を計測することが難しいので、図１７に示す方法で近似的にＥＧＲガス流速を推測している。
【００６０】
Ｓ１では目標ＥＧＲ量ＴＱｅｃ、コレクタ入口の新気量Ｑａｓｎ、実ノズル開度Ｒｖｇｔを読み込む。Ｓ２では目標ＥＧＲ量ＴＱｅｃから図１８を内容とするテーブルを検索することによりＥＧＲガス流速基本値Ｃｑｅ０を、またＳ３でははコレクタ入口の新気量Ｑａｓｎと実ノズル開度Ｒｖｇｔから図１９を内容とするマップを検索することによりＥＧＲガス流速補正係数Ｋｃｑｅを演算し、Ｓ４でこれらを乗算した値をＥＧＲガス流速相当値Ｃｑｅとして算出する。ＥＧＲガス流速補正係数Ｋｃｑｅは排気量（≒コレクタ入口の新気量Ｑａｓｎ）と実ノズル開度ＲｖｇｔがＥＧＲガス流速に与える影響を考慮したものである。
【００６１】
図２０はＥＧＲ弁開口面積Ａｅｇｒを演算するためのものである（ブロック１５）。Ｓ１で目標ＥＧＲ量ＴＱｅｃとフィードバック補正量ＫＱｅｃを足した値を最終目標ＥＧＲ量（質量流量）ＴＱｅｃｆとして求め、これをＳ２においてＥＧＲガス流速相当値Ｃｑｅで除して目標ＥＧＲ弁開口面積基本値Ａｅｇｒ０を求める。Ｓ３では
【００６２】
【数１１】
Ａｅｇｒ＝Ａｅｇｒ０／｛１−（Ａｅｇｒ０／ＡＥＧＲＢ＃）2｝1/2、
ただし、ＡＥＧＲＢ＃：ＥＧＲ通路代表面積、
の式により目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｇｒを算出する。数１１式はベンチュリモデルに基づくものである。
【００６３】
このようにして求められた目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｇｒは図４のブロック１５においてＥＧＲ弁開度に変換され、このＥＧＲ弁開度となるように制御指令値がＥＧＲ弁アクチュエータに与えられる。
【００６４】
図２１は過給機の目標ノズル開度Ｍｒａｖを演算するためのものである（ブロック１７）。Ｓ１で目標排気流量ＴＱｅｘｈと目標ＥＧＲ流量ＴＱｅｇｒを読み込む。ここで、目標排気流量ＴＱｅｘｈは目標新気量ＴＱａｃを、また目標ＥＧＲ流量ＴＱｅｇｒは目標ＥＧＲ量基本値ＴＱｅｃ０をそれぞれ単位換算したものである（図４のブロック１２、１３参照）。
【００６５】
図２１のＳ２で予混合燃焼フラグＦ ＭＫを読み込みＳ３でフラグＦ ＭＫの値をみる。Ｆ ＭＫ＝１（予混合燃焼）であるときにはＳ４に進み、目標排気流量ＴＱｅｘｈと目標ＥＧＲ流量ＴＱｅｇｒから図２２を内容とするマップを検索することにより予混合燃焼時の目標ノズル開度ＭｒａｖＭＫを演算し、Ｓ５でこれを目標ノズル開度Ｍｒａｖに入れる。Ｆ ＭＫ＝０（拡散燃焼）であるときにはＳ６に進み、目標排気流量ＴＱｅｘｈと目標ＥＧＲ流量ＴＱｅｇｒから図２３を内容とするマップを検索することにより拡散燃焼時の目標ノズル開度ＭｒａｖＤＦを演算し、Ｓ７でこれを目標ノズル開度Ｍｒａｖに入れる。
【００６６】
ここで、図２２、図２３のＭｒａｖＭＫ、ＭｒａｖＤＦ（マップ値）は、それぞれ予混合燃焼、拡散燃焼に最適化された空気過剰率とＥＧＲ率を達成するためのノズル開度である。
【００６７】
過給圧制御系では、ガス流れの応答遅れ（タービン・コンプレッサの回転遅れを含む：この応答遅れは排気流量に応じて変わる）と可変ノズル駆動用アクチュエータの応答遅れ（この遅れは運転条件によらず一定）があるため、図４のブロック１８では前者の遅れと後者の遅れをそれぞれ補償するため、目標ノズル開度Ｍｒａｖに対して２段階の進み補正を行っている。ブロック１８に示すＴＲａｖｆｆは目標ノズル開度のフィードフォワード値（目標ノズル開度Ｍｒａｖに対して１段目の進み補正を行った値）、ブロック１８に示すＴＲａｖｆは目標ノズル開度のフィードフォワード値ＴＲａｖｆｆにノズル開度のフィードバック補正量ＴＲａｖｆｂを加算した値に対して２段目の進み補正を行った値である。
【００６８】
このようにして２段の進み補正後の値が図４のブロック１９でデューティ比に変換され、可変ノズル駆動用アクチュエータに与えられる。なお、通常は可変ノズル駆動用アクチュエータのヒステリシス補償や非線系補償等を施して用いるが、本発明とは直接関係ないのでこれらの詳細は割愛する。
【００６９】
ついでながら図４のブロック１４、１６では目標新気量ＴＱａｃとコレクタ入口の新気量Ｑａｓｎとが一致するようにＰＩＤ制御によりＥＧＲ量のフィードバック補正量ＫＱｅｃ、ノズル開度のフィードバック補正量ＴＲａｖｆｂをそれぞれ演算している。
【００７０】
図２４はシリンダ内空気過剰率Ｒｌａｍｂを演算するためのものである（ブロック２０）。Ｓ１では吸入新気量Ｑａｃ、目標ＥＧＲ量基本値の加重平均値ＴＱｅｃｄの前回値であるＴＱｅｃｄn-1、目標燃料噴射量Ｑｆｃを読み込み、Ｓ２で
【００７１】
【数１２】
Ｋｌａｍｂ＝Ｑａｃ／（Ｑｆｃ×ＢＬＡＭＢ＃）、
ただし、ＢＬＡＭＢ＃：理論空燃比、
の式により空気過剰率Ｋｌａｍｂを算出し、この空気過剰率Ｋｌａｍｂを用いてＳ３で
【００７２】
【数１３】
Ｒｌａｍｂ＝｛Ｑａｃ＋ＴＱｅｃｄn-1×（Ｋｌａｍｂ−１）／Ｋｌａｍｂ｝／（Ｑｆｃ×ＢＬＡＭＢ＃）
の式によりシリンダ内空気過剰率Ｒｌａｍｂを算出する。
【００７３】
図２５は実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを演算するためのものである（ブロック２１）。Ｓ１では吸入新気量Ｑａｃ、目標ＥＧＲ量基本値の加重平均値ＴＱｅｃｄの前回値であるＴＱｅｃｄn-1を読み込み、
【００７４】
【数１４】
Ｒｅｇｒ＝ＴＱｅｃｄn-1／Ｑａｃ
の式により実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを演算する。
【００７５】
図２６は実ノズル開度Ｒｖｇｔを演算するためのものである（ブロック２２）。Ｓ１では目標ノズル開度のフィードフォワード値Ｔｒａｖｆｆを読み込み、Ｓ２で
【００７６】
【数１５】
Ｒｖｇｔ＝Ｔｒａｖｆｆ×ＴＣＶＧＴ＃
＋Ｒｖｇｔn-1×（１−ＴＣＶＧＴ＃）、
ただし、ＴＣＶＧＴ＃：時定数相当値、
Ｒｖｇｔn-1：前回のＲｖｇｔ、
の式により実ノズル開度Ｒｖｇｔを演算する。これは目標ノズル開度が一次遅れで変化する値が実際のノズル開度とほぼ等しいと仮定するものである。
【００７７】
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００７８】
本実施形態では、予混合燃焼と拡散燃焼とを運転領域により切換えるようにしたエンジンにおいて、シリンダに吸入されるガスのＥＧＲ率と空気過剰率とを調整可能なＥＧＲ装置および過給機と、予混合燃焼、拡散燃焼のそれぞれに最適な目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率を運転条件に応じて別々に設定する目標値設定手段（図４のブロック５、６）と、現在の運転条件のとき予混合燃焼であるのか拡散燃焼であるのかを判定する燃焼状態判定手段（図４のブロック４）と、この燃焼状態判定手段の判定した燃焼状態において前記目標値設定手段の設定した現在の運転条件に最適な目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ装置および過給機を制御する手段（図４のブロック７、８、９、１０、１１、１７等）とを備えるので、予混合燃焼領域から拡散燃焼領域への移行時に予混合燃焼に最適な目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率から拡散燃焼に最適な目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率へと一気に切り換えられることから予混合燃焼領域、拡散燃焼領域ともに最適化され、これにより拡散燃焼での最適な目標値へと徐々に切換える場合に比べて排気性能が改善される。
【００７９】
また、制御目標値（目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率）が変化する過渡時の作用を図２７を参照しながら説明すると、同図はＥＧＲ弁と過給機のノズル開度を変化させた場合にＥＧＲ率と空気過剰率がどうなるかを示している。図中黒丸でプロットした特性は過給機のノズル開度を全開とした状態（過給なし）でＥＧＲ弁を開閉したときに辿る定常時の特性である。これに対して四角でプロットした特性は過給機のノズル開度を一定開度まで閉じた状態（過給あり）でＥＧＲ弁を開閉したときに辿る定常時の特性である。
【００８０】
いま、制御目標値が変化する過渡時を考えると、例えば図示のＡからＢへとＥＧＲ率および空気過剰率を過渡的に制御しなければならない。
【００８１】
この場合に、本実施形態では予混合燃焼のときと拡散燃焼のときとで制御方法が異なる。すなわち、予混合燃焼のときにはＥＧＲ率を優先させて制御するためまずＥＧＲ率が目標まで変化する（図２７でＡからＢ２へと辿る）。これでＥＧＲ率は目標へ到達したので、次にはＥＧＲ率一定で空気過剰率が目標へと変化する（図２７でＢ２からＢへと辿る）。
【００８２】
一方、拡散燃焼のときには空気過剰率を優先させて制御するためまず空気過剰率が目標まで変化する（図２７でＡからＢ１へと辿る）。これで空気過剰率は目標へ到達したので、次には空気過剰率一定でＥＧＲ率が目標へと変化する（図２７でＢ１からＢへと辿る）。
【００８３】
このように本実施形態によれば、制御目標値が変化する過渡時においてＰＭ排出量がＥＧＲ率よりも空気過剰率に大きく依存する拡散燃焼のとき目標ＥＧＲ率よりも目標空気過剰率となるように優先的に制御するので、拡散燃焼領域での過渡時にＰＭが増加することを防止できる。
【００８４】
次に、同じく制御目標値が変化する過渡時の遅れ補償の作用を図２８を参照しながら説明する。過渡時に予混合燃焼であれば目標ＥＧＲ率に対して遅れ補償が働く。遅れ補償が働くということは、エンジン負荷や回転速度を一定量だけステップ的に大きくした場合に（図２８最上段参照）ＥＧＲ率の応答もステップ的になるということである（図２８第２段目参照）。これに対して第３段目に示す空気過剰率のほうにはアンダーシュートが生じている。
【００８５】
一方、過渡時でも拡散燃焼であれば目標ＥＧＲ量に対して遅れ補償が働くため、負荷や回転速度を一定量だけステップ的に大きくした場合に（図２８第４段目参照）空気過剰率の応答がステップ的になり（図２８最下段参照）、これに対して図２８下から２段目に示すＥＧＲ率のほうにはアンダーシュートが生じている。
【００８６】
なお、図２７において制御目標値をＡからＢへと過渡的に移すことは、負荷や回転速度を一定量だけステップ的に大きくした場合に相当する。そこで、図２７に示す運転点Ａ、Ｂ、Ｂ１、Ｂ２を図２８に移すと図示の位置になる。
【００８７】
このように、制御目標値が変化する過渡時において予混合燃焼状態では目標ＥＧＲ率が達成されるように、拡散燃焼状態では目標ＥＧＲ量（目標空気過剰率）が達成されるようにＥＧＲや吸入新気量の応答遅れを補償するので、予混合燃焼領域を拡大できるとともに拡散燃焼領域での燃焼も最適化されるため排気を大幅に低減することができる。
【００８８】
実施形態では、可変ノズルの開口割合に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、排気タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。可変ジオメトリックターボ過給機ではたとえば過給機の開口面積または開口面積相当値の目標値が、またウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機たとえばそのバルブ開度の目標値が過給機の作動目標値となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】運転領域図。
【図３】過渡時の応答波形図。
【図４】制御の流れを表したブロック図。
【図５】予混合燃焼フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図６】予混合燃焼領域を示す領域図。
【図７】目標空気過剰率の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】予混合燃焼時の目標空気過剰率のマップ特性図。
【図９】拡散燃焼時の目標空気過剰率のマップ特性図。
【図１０】目標実効ＥＧＲ率基本値の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】予混合燃焼時の目標実効ＥＧＲ率基本値のマップ特性図。
【図１２】拡散燃焼時の目標実効ＥＧＲ率基本値のマップ特性図。
【図１３】目標実効ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図１４】目標新気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１５】目標質量ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図１６】目標ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１７】ＥＧＲガス流速相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図１８】ＥＧＲガス流速基本値のテーブル特性図。
【図１９】流速補正値のマップ特性図。
【図２０】ＥＧＲ弁開口面積の演算を説明するためのフローチャート。
【図２１】目標ノズル開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図２２】予混合燃焼時の目標ノズル開度のマップ特性図。
【図２３】拡散燃焼時の目標ノズル開度のマップ特性図。
【図２４】シリンダ内空気過剰率の演算を説明するためのフローチャート。
【図２５】実ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図２６】実ノズル開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図２７】ＥＧＲ弁の開閉、可変ノズルの開閉が空気過剰率とＥＧＲ率に与える影響を説明するための特性図。
【図２８】過渡時の波形図。
【図２９】予混合燃焼時と拡散燃焼時の排気特性図。
【符号の説明】
６  ＥＧＲ弁
４１  コントロールユニット
５３  可変ノズル
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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