(57)【要約】【課題】気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムで、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出して、ＥＧＲ制御の精度を向上できる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供する。【解決手段】サイクル当たり気筒内吸気流量Ｍｃｙｌに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Ｃを伴う、エンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔによる補正項Ｆ１で補正し、更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた、排気圧力Ｐｅｘｍによる補正項Ｆ２で補正する。【選択図】図３
2017040174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、
吸気通路に吸気圧力センサと吸気温度センサを、排気通路に排気圧力センサを、エンジン冷却水用流路にエンジン冷却水温度センサをそれぞれ設けると共に、
前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、
前記吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をＰｉｎｍ、前記吸気温度センサの検出値である吸気温度をＴｉｎｍ（Ｋ）とし、気体定数をＲ、サイクル当たり気筒内体積をＶｃｙｌ、体積効率をηｃｙｌ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値をＴｉｎｍｒ（Ｋ）、吸気温補正乗数をαとして、下記（１）式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌに対して、
【数１】
2017040174.tif 000016
エンジン冷却水温度をＴｃｌｎｔ（Ｋ）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をＴｃｌｎｔｒ（Ｋ）、Ｃを冷却水補正係数として、下記（２）式によって算出される水温補正量Ｆ１と、
【数２】
2017040174.tif 000017
排気圧力をＰｅｘｍとして、下記（３）式によって算出される排気圧力補正量Ｆ２とを乗じて、
【数３】
2017040174.tif 000018
補正後のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌｃを算出するように構成されることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記サイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Ｐｉｎｍと前記排気圧力Ｐｅｘｍを使用して、下記（４）式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積Ｖ´ｃｙｌを使用する、
【数４】
2017040174.tif 000019
ように構成される請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システムを備えて構成される内燃機関。
【請求項４】
ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、
吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をＰｉｎｍ、吸気温度センサの検出値である吸気温度をＴｉｎｍ（Ｋ）とし、気体定数をＲ、サイクル当たり気筒内体積をＶｃｙｌ、体積効率をηｃｙｌ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値をＴｉｎｍｒ（Ｋ）、吸気温補正乗数をαとして、下記（１）式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌに対して、
【数１】
2017040174.tif 000020
エンジン冷却水温度をＴｃｌｎｔ（Ｋ）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をＴｃｌｎｔｒ（Ｋ）、Ｃを冷却水補正係数として、下記（２）式によって算出される水温補正量Ｆ１と、
【数２】
2017040174.tif 000021
排気圧力をＰｅｘｍとして、下記（３）式によって算出される排気圧力補正量Ｆ２とを乗じて、
【数３】
2017040174.tif 000022
補正後のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌｃを算出することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御方法。
【請求項５】
前記サイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Ｐｉｎｍと前記排気圧力Ｐｅｘｍを使用して、下記（４）式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積Ｖ´ｃｙｌを使用する、
【数４】
2017040174.tif 000023
請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度に基づいてＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を一定濃度以下に制御するために、ＥＧＲシステムが備えられる。このＥＧＲシステムは、図１に示すように、内燃機関１０の排気通路１３と吸気通路１２を接続するＥＧＲ通路１４と、このＥＧＲ通路１４に設けられるＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６等により構成されるシステム１である。このＥＧＲシステム１により、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部（ＥＧＲガス）Ｇｅを、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させて、新気Ａと共に気筒１１ｃ内に供給することで、気筒１１ｃ内での燃焼温度を低下させ、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度を制御している。一般的に、気筒１１ｃ内での燃焼温度が低下するにつれて、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度が低減することが知られている。
【０００３】
また、これに関連して、内燃機関の負荷にかかわらず低圧ＥＧＲの流量を一定となるようにフィードフォワード制御するとともに、排気中の酸素濃度が一定となるように、高圧ＥＧＲの流量をその目標値にフィードバック制御する内燃機関の排気還流制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、発明者らは、図４に示すようなＥＧＲ制御システム４０Ｘで、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１に、実際の排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度がなるように、気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御することを考えてきた。
【０００５】
すなわち、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。
【０００６】
より詳細に説明すると、吸入空気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３などの吸気系センサ群Ｓｇ１と排気ラムダセンサ２４などの排気系センサ群Ｓｇ２からの検出値を基に、第１制御部４１Ｘで、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃが算出される。それと共に、ＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本としてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正する値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）Ｎｃｆ＝Ｎｄ／Ｎｃが算出される。
【０００７】
一方、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が算出され、この目標値Ｎｔ１に対して、第２制御部４２で、スモークリミットを考慮して第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２が算出され、更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数Ｎｃｆを乗じて、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３（＝Ｎｔ２×Ｎｃｆ＝Ｎｔ２×Ｎｄ／Ｎｃ）が算出される。また、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３が算出される（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。
【０００８】
この第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に対して、第３制御部４３で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔが算出され、第４制御部４４でフィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａが算出される。それと共に、第５制御部４５で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂが算出される。加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとが加算されてバルブ制御量Ｃが算出される。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度が調整制御される。
【０００９】
この先行技術の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０Ｘでは、第５制御部４５におけるＥＧＲバルブ１６の開度の補正制御量Ｃｂの算出に、第１制御部４１Ｘで算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを用いているが、この気筒内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に際しては、図５に示すような気筒内吸気流量算出部４１Ｘａで、吸気圧力センサ２２の検出値である吸気圧力Ｐｉｎｍ、吸気温度センサ２３の検出値である吸気温度Ｔｉｎｍを用いて、燃焼サイクル（吸気工程→圧縮工程→燃焼工程→排気工程）当たりの気筒内１１ｃへ流入するサイクル当たり吸気流量（質量流量）Ｍｃｙｌを算出している。
【００１０】
そして、先行技術においては、このサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌの算出には、下記（１）式を用いている。
【数１】
2017040174.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｍｃｙｌは燃焼サイクル当たり吸気流量（単位：ｇ／ｃｙｌ）、Ｐｉｎｍは吸気圧力（単位：ｋＰａ）、Ｖｃｙｌはサイクル当たり気筒内体積（単位：ｍ3）、Ｒは気体定数（単位：Ｊ／ｇ・Ｋ）、Ｔｉｎｍは吸気温度（単位：Ｋ）、ηｃｙｌは体積効率、Ｔｉｎｍｒは、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値（単位：Ｋ）、αは実験より演算されて求められた吸気温度補正乗数である。
【００１２】
これに関連して、吸気空気量の演算において、制御時の冷却水温度と基準運転状態における冷却水温度の比と、冷却水水温補正乗数とを使用しての冷却水水温による補正に加えて、更に、吸気圧力と排気圧力の比（吸気対排気圧力）と圧力補正乗数とを使用しての排気圧力による補正で、体積効率の変動分を補正演算して吸気空気量を算出する空気流量センサ校正装置や吸入空気量演算方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【００１３】
しかしながら、これらの先行技術における吸気流量（吸気空気量）の算出では、吸気圧力及び吸気温度を用い、更に、エンジン冷却水温度及び、排気圧力の影響を考慮しているが、単純な「冷却水温度と基準冷却水温との比」及び「吸気圧力と排気圧力の比」による補正であり、より補正の精度を上げるためには、まだ、向上の余地が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−２３７２９０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９３９９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムに関し、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出して、ＥＧＲ制御の精度を向上できる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、吸気通路に吸気圧力センサと吸気温度センサを、排気通路に排気圧力センサを、エンジン冷却水用流路にエンジン冷却水温度センサをそれぞれ設けると共に、前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、前記吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をＰｉｎｍ、前記吸気温度センサの検出値である吸気温度をＴｉｎｍ（Ｋ）とし、気体定数をＲ、サイクル当たり気筒内体積をＶｃｙｌ、体積効率をηｃｙｌ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値をＴｉｎｍｒ（Ｋ）、吸気温補正乗数をαとして、下記（１）式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌに対して、
【数１】
2017040174.tif 000004
【００１７】
エンジン冷却水温度をＴｃｌｎｔ（Ｋ）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をＴｃｌｎｔｒ（Ｋ）、Ｃを冷却水補正係数として、下記（２）式によって算出される水温補正量Ｆ１と、
【数２】
2017040174.tif 000005
排気圧力をＰｅｘｍとして、下記（３）式によって算出される排気圧力補正量Ｆ２とを乗じて、
【数３】
2017040174.tif 000006
補正後のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌｃを算出するように構成される。
【００１８】
つまり、吸気圧力及び吸気温度の影響を考慮して設定された、先行技術の上記（１）式で算出されるサイクル当たり気筒内吸気流量Ｍｃｙｌに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、基準運転状態の冷却水温度Ｔｃｌｎｔｒからずれた冷却水温度Ｔｃｌｎｔの影響を、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Ｃを伴う上記（２）式のエンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔによる補正項（エンジン冷却水温度補正項）Ｆ１で補正し、更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた（３）式の排気圧力Ｐｅｘｍによる補正項（排気圧力補正項）Ｆ２で補正する。
【００１９】
すなわち、水温補正量Ｆ１による補正は冷却損失の変動による体積効率への感度を補正できるものであり、排気圧力補正量Ｆ２は背圧の変動による体積効率への感度を補正できるものである。
【００２０】
なお、この（３）式は関数の形で表示しているが、具体的には、Ｐｉｎｍを縦軸、Ｐｅｘｍを横軸にしたＦ２の値のマップデータ等を参照して算出する。例えば、図６に示すようなマップデータで、吸気圧力Ｐｉｎｍと排気圧力Ｐｅｘｈのそれぞれの基準値にて参照される標準体積効率の値ａと、現在の吸気圧力Ｐｉｎｍ、排気圧力Ｐｅｘｈにて参照される標準体積効率の値ｂの比が排気圧力補正量（補正係数）Ｆ２となる。
【００２１】
また、吸排気ポートにおいて圧縮性流体の質量流量式を計算する場合を考えると、各ポートにおける圧力比が体積効率に影響を及ぼすことが考えられる。すなわち、例えば、排気圧力Ｐｅｘｍが高い場合には、排気ポート圧力比が高くなることで排気が不十分となる。これは、続く吸気行程中のシリンダガス圧増加に繋がるため、吸気ポート圧力比を上げる要因となり、結果として体積効率の低下を及ぼすことになると考えられる。
【００２２】
より簡単に言えば、車両の内燃機関における気筒内吸気流量Ｍｃｙｌの算出において、吸気温度Ｔｉｎｍ、吸気圧力Ｐｉｎｍに加えて、補正用のパラメータとして排気圧力Ｔｅｘｍ、及びエンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔを用いて、先行技術より精度のよい補正をする。なお、この排気圧力Ｐｅｘｍとしては、排気ポートの圧力を用いたり、ＥＧＲクーラーの出口圧力を用いることもできる。
【００２３】
この構成によれば、エンジン冷却水温度の影響と排気圧力の影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量を用いて、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、ＥＧＲバルブの開度の制御量を高精度で算出することができ、その結果、ＥＧＲバルブの開度を高精度で制御することができる。
【００２４】
上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記サイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Ｐｉｎｍと前記排気圧力Ｐｅｘｍを使用して、下記（４）式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積Ｖ´ｃｙｌを使用するように構成される。
【数４】
2017040174.tif 000007
【００２５】
この構成にすると、更に、排気圧力Ｐｅｘｍの影響を取り入れることができ、より精度よく気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を算出することができる。
【００２６】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムを搭載した内燃機関は、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムと同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御方法は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をＰｉｎｍ、吸気温度センサの検出値である吸気温度をＴｉｎｍ（Ｋ）とし、気体定数をＲ、サイクル当たり気筒内体積をＶｃｙｌ、体積効率をηｃｙｌ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値をＴｉｎｍｒ（Ｋ）、吸気温補正乗数をαとして、下記（１）式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌに対して、
【数１】
2017040174.tif 000008
【００２８】
エンジン冷却水温度をＴｃｌｎｔ（Ｋ）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をＴｃｌｎｔｒ（Ｋ）、Ｃを冷却水補正係数として、下記（２）式によって算出される水温補正量Ｆ１と、
【数２】
2017040174.tif 000009
排気圧力をＰｅｘｍとして、下記（３）式によって算出される排気圧力補正量Ｆ２とを乗じて、
【数３】
2017040174.tif 000010
補正後のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌｃを算出することを特徴とする方法である。
【００２９】
さらに、上記の内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記サイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Ｐｉｎｍと前記排気圧力Ｐｅｘｍを使用して、下記（４）式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積Ｖ´ｃｙｌを使用する、
【数４】
2017040174.tif 000011
【００３０】
これらの方法によれば、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、エンジン冷却水温度の影響と排気圧力の影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量を用いて、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、ＥＧＲバルブの開度の制御量を高精度で算出することができ、その結果、ＥＧＲバルブの開度を高精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関におけるＥＧＲシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。
【図３】図２の第１制御部の一部の気筒内吸気流量算出部の入出力関係を示す図である。
【図４】先行技術の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。
【図５】図４の第１制御部の一部の気筒内吸気流量算出部の入出力関係を示す図である。
【図６】吸気圧力と排気圧力に対する排気圧力補正量との関係の例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０を備えて構成され、後述する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関（以下エンジン）１０は、ＥＧＲシステム１を備えて構成され、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３とＥＧＲ通路１４を備えている。このＥＧＲ通路１４は、排気通路１３と吸気通路１２とを接続して設けられ、上流側より順に、エンジン冷却水を冷却媒体とするＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６が設けられている。
【００３５】
そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気マニホールド１１ａに流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、気筒（シリンダ）１１ｃ内の燃焼室に送られ、燃焼室にて燃料噴射装置（図示しない）より噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０に動力を発生させる。そして、エンジン１０で燃焼により発生した排気ガスＧが、排気マニホールド１１ｂから排気通路１３に流出するが、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、排気浄化処理装置（図示しない）により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。
【００３６】
また、吸気通路１２には、吸気系センサ群Ｓｇ１を構成する、吸気流量を検出する吸入空気流量センサ（ＭＡＦセンサ）２１、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ２２及び吸気温度を検出する吸気温度センサ２３が設けられるとともに、排気通路１３には、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２０と、排気の空気過剰率を検出する排気ラムダセンサ２４が設けられる。これらのセンサ２０〜２４の信号は、予め設定された制御時間毎に、後述する制御装置３０に送信される。なお、図１では、吸気圧力センサ２２及び吸気温度センサ２３を吸気通路１２に配設しているが、吸気マニホールド１１ａに配設してもよい。
【００３７】
また、本発明の内燃機関のＥＧＲシステム１を制御するＥＧＲ制御システム４０のための制御装置３０が備えられる。この制御装置３０は、上記のセンサ２０〜２４より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ２０〜２４の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶する。この制御装置３０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
【００３８】
また、エンジン１０の排気通路１３に排気圧力センサ（排気圧力検出装置）２５が設けられ、さらに、エンジン１０を冷却するエンジン冷却水Ｗ用の流路１７にエンジン冷却水温度センサ（エンジン冷却水温度検出装置）２６が設けられる。これらのセンサ２５、２６の信号も、センサ２０〜２４と同様に、予め設定された制御時間毎に、制御装置３０に送信され、制御装置３０は、センサ２５、２６より送信された信号に基づいて、センサ２５、２６の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータ（通常は、最新の検出値のデータ）を記憶する。
【００３９】
なお、排気圧力センサ２５を、排気通路１３ではなく、排気ポートやＥＧＲクーラー１５の出口側のＥＧＲ通路１４に設けてもよい。この場合は、排気圧力センサ２５による検出が、排気ガスＧよりＥＧＲガスＧｅの方が容易であるため、排気圧力センサ２５の検出精度を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の内燃機関のＥＧＲシステム１を制御するＥＧＲ制御システム４０のための制御装置３０が備えられる。この制御装置３０は、上記のセンサ２０〜２４より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ２０〜２４の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶する。この制御装置３０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
【００４１】
ここで、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。
【００４２】
つまり、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム１を備えたエンジン１０で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１に対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０である。
【００４３】
より詳細に説明すると、第１制御部４１では、吸入空気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３、排気ラムダセンサ２４などの吸気系センサ群Ｓｇ１からの検出値を基に、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。
【００４４】
このシリンダ内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に際しても内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係するのは、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃであるので、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを、吸気量と酸素濃度、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度内部とだけで算出せずに、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と考慮に入れて、気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを算出することが好ましい。
【００４５】
そして、この気筒内酸素濃度算出値Ｄｃなどから気筒内で発生するＮＯｘ量及び気筒内から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を算出し、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃとする。
【００４６】
それと共に、ＮＯｘ濃度センサ２０で検出されるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本としてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）Ｎｃｆ＝Ｎｄ／Ｎｃを算出する。
【００４７】
一方、第２制御部４２では、排気ラムダセンサ２４の検出値を入力して、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が算出され、この第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が入力される第２制御部４２では、排気ラムダセンサ２４の検出値を入力して、この第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１ではスモークが発生することが、予め設定してある計算式やマップデータ等から予測される場合には、スモークが発生しないようなＮＯｘ濃度を第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２とする。所謂スモークリミットを行う。なお、スモークが発生する可能性が無い場合は、そのまま、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１を第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２とする。これにより第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２を算出する。
【００４８】
更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときには、ＮＯｘ補正係数Ｎｃｆを乗じて、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３（＝Ｎｔ２×Ｎｃｆ＝Ｎｔ２×Ｎｄ／Ｎｃ）を算出する。一方、過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を算出する（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。
【００４９】
そして、第３制御部４３では、吸気圧力センサ２２及び吸気温度センサ２３の検出値を入力して、この第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に対して、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出する。第４制御部４４で、この算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに対して、フィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａを算出する。この基本制御量Ｃａの算出に際しても、内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。
【００５０】
なお、この第４制御部４４では、ＥＧＲバルブ１６の前後に設けた差圧センサ（図示しない）で検出したＥＧＲバルブ１６の前後圧力、ＥＧＲバルブ１６の下流のＥＧＲ通路１４に設けた温度センサ（図示しない）で検出したＥＧＲガスＧｅの温度等を用いて、より正確なＥＧＲガスＧｅの流量とＥＧＲバルブ１６の開度の関係を求めておくことが好ましい。
【００５１】
つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係する気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを、気筒内の排気ガス量と酸素濃度が、空気流量と酸素濃度、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度、および外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度とで決まることを利用して、気筒内の酸素濃度の目標値である気筒内酸素濃度目標値Ｄｔから、外部ＥＧＲガス量Ｇｅを算出して、このＥＧＲガス量Ｇｅを供給できるＥＧＲバルブ１６の開度をプリ制御量Ｃａとする。
【００５２】
また、それと並行して、第５制御部４５で、第３制御部４３で第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に対して算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂを算出する。そして、加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとを加算してバルブ制御量Ｃを算出する。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度を調整制御する。
【００５３】
そして、本発明においては、ＥＧＲシステム１を制御する制御装置３０が、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、吸気圧力センサ２２の検出値である吸気圧力Ｐｉｎｍ、吸気温度センサ２３の検出値である吸気温度Ｔｉｎｍ（Ｋ）、気体定数Ｒ、サイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌ、体積効率ηｃｙｌ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されている吸気温度の基準値Ｔｉｎｍｒ（Ｋ）、吸気温補正乗数αを使用して、下記（１）式で質量流量のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌを算出する。
【数１】
2017040174.tif 000012
【００５４】
また、エンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔ（Ｋ）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ｑに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値Ｔｃｌｎｔｒ（Ｋ）、冷却水補正係数Ｃを用いて、下記（２）式によって水温補正量Ｆ１を算出する。
【数２】
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更に、吸気圧力Ｐｉｎｍと排気圧力Ｐｅｘｍを用いて、下記（３）式によって排気圧力補正量Ｆ２を算出する。
【数３】
2017040174.tif 000014
【００５５】
そして、サイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌに対して、水温補正量Ｆ１と排気圧力補正量Ｆ２の両方を乗じて、補正後のサイクル当たり吸気流量Ｍｃｙｌｃを算出する。
【００５６】
つまり、吸気圧力Ｐｉｎｍ及び吸気温度Ｔｉｎｍの影響を考慮して設定された、先行技術の上記（１）式で算出されるサイクル当たり気筒内吸気流量Ｍｃｙｌに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、基準運転状態の冷却水温度Ｔｃｌｎｔｒからずれた冷却水温度Ｔｃｌｎｔの影響を、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Ｃを伴う上記（２）式のエンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔによる補正項（エンジン冷却水温度補正項）Ｆ１で補正する。更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた（３）式の排気圧力Ｐｅｘｍによる補正項（排気圧力補正項）Ｆ２で補正する。
【００５７】
すなわち、水温補正量Ｆ１による補正は冷却損失の変動による体積効率への感度を補正できるものであり、排気圧力補正量Ｆ２は背圧の変動による体積効率への感度を補正できるものである。
【００５８】
なお、この（３）式は関数の形で表示しているが、具体的には、例えば、図６に例示する、吸気圧力Ｐｉｎｍを縦軸に、排気圧力Ｐｅｘｍを横軸にして、これらに対する排気圧力補正量Ｆ２を予め設定してあるマップデータ等を参照して算出する。より詳細には、このマップデータで、吸気圧力Ｐｉｎｍと排気圧力Ｐｅｘｈのそれぞれの基準値にて参照される標準体積効率の値ａと、現在の吸気圧力Ｐｉｎｍ、排気圧力Ｐｅｘｈにて参照される標準体積効率の値ｂの比が排気圧力補正量（補正係数）Ｆ２となる。
【００５９】
また、吸排気ポートにおいて圧縮性流体の質量流量式を計算する場合を考えると、各ポートにおける圧力比が体積効率に影響を及ぼすことが考えられる。すなわち、例えば、排気圧力Ｐｅｘｍが高い場合には、排気ポート圧力比が高くなることで排気が不十分となる。これは、続く吸気行程中のシリンダガス圧増加に繋がるため、吸気ポート圧力比を上げる要因となり、結果として体積効率の低下を及ぼすことになると考えられる。
【００６０】
そして、サイクル当たりの気筒内吸気流量Ｍｃｙｌを算出する。
【００６１】
また、上記の計算に使用するサイクル当たり気筒内体積Ｖｃｙｌとして、圧縮比ε、比熱比κ、吸気圧力Ｐｉｎｍ、排気圧力Ｐｅｘｍを使用して、下記（４）式で算出されるサイクル当たり気筒内正味体積Ｖ´ｃｙｌを使用すると、更に、排気圧力Ｐｅｘｍの影響を取り入れることができ、より精度よく気筒内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に用いる吸気流量を算出することができるので、より好ましい。
【数４】
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【００６２】
以上より、本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、エンジン冷却水温度Ｔｃｌｎｔの影響と排気圧力Ｐｅｘｍの影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量Ｍｃｙｌを用いて、気筒内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、ＥＧＲバルブ１６の開度の制御量Ｃを高精度で算出することができ、その結果、ＥＧＲバルブ１６の開度を高精度で制御することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  内燃機関のＥＧＲシステム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  吸気マニホールド
１１ｂ  排気マニホールド
１１ｃ  気筒
１２  吸気通路
１３  排気通路
１４  ＥＧＲ通路
１５  ＥＧＲクーラー
１６  ＥＧＲバルブ
１７  エンジン冷却水用流路
２０  ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ濃度検出装置）
２１  吸入空気流量センサ（ＭＡＦセンサ：吸気流量検出装置）
２２  吸気圧力センサ
２３  吸気温度センサ
２４  排気ラムダセンサ（排気過剰率センサ：排ラムダ検出装置）
３０  制御装置
４０  内燃機関のＥＧＲ制御システム
４１  第１制御部
４２  第２制御部
４３  第３制御部
４４  第４制御部
４５  第５制御部
４６  ＮＯｘ補正部
４７  加算部
Ａ  新気
Ｃ  ＥＧＲバルブの開度の制御量
Ｃａ  ＥＧＲバルブの開度の基本制御量
Ｃｂ  ＥＧＲバルブの開度の補正制御量
Ｄｔ  気筒内酸素濃度目標値
Ｄｃ  気筒内酸素濃度算出値
Ｇ、Ｇａ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
ＮＣｆ  ＮＯｘ補正係数
Ｓｇ１  吸気系センサ群
Ｗ  エンジン冷却水
【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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