(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気の一部を、前記内燃機関の吸気通路に設けられたＨＰＬＥＧＲガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるＨＰＬＥＧＲ装置と、
前記内燃機関からの排気の一部を、前記吸気通路の前記ＨＰＬＥＧＲガス流入口より上流側に設けられたＬＰＬＥＧＲガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるＬＰＬＥＧＲ装置と、
前記吸気通路に流入する空気量を測定するエアフローメータと、
前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記ＬＰＬＥＧＲ装置によって前記吸気通路内に流入するＬＰＬＥＧＲガス量と、前記吸気通路における前記ＬＰＬＥＧＲガス流入口から前記ＨＰＬＥＧＲガス流入口までの領域である吸気系領域の容積と、に基づいて、前記吸気系領域内を流通するガス中に含まれる空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率を推定する空気量推定手段と、
前記推定される比率で空気及びＬＰＬＥＧＲガスを含む前記吸気系領域内のガスと、前記ＨＰＬＥＧＲ装置によって前記吸気通路内に流入するＨＰＬＥＧＲガスと、の混合状態に基づいて、前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量を推定するシリンダ吸入空気量推定手段と、
前記推定されるシリンダ吸入空気量に基づいて、排気中のスモークの量を所定の許容限度以下にすることが可能な燃料噴射量の上限値であるスモーク限界噴射量を算出するスモーク限界噴射量算出手段と、
前記算出されるスモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量を制限する制御を行う燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記空気量推定手段は、前記吸気系領域の容積に基づいて、前記吸気系領域内に流入した空気及びＬＰＬＥＧＲガスが前記吸気系領域を輸送される時間を推定し、該推定される時間に基づいて、前記吸気系領域内の空気量を推定する手段であることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記シリンダに吸入されるガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率が変化する過渡状態におい
て、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、当該ＨＰＬＥＧＲガスの比率の変化分を、前記シリンダに吸入される前記吸気系領域内のガスの比率の変化分に置換することによって、前記シリンダ吸入空気量を推定する手段であることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気の一部を吸気系に戻すＥＧＲを行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、ターボチャージャを備えた内燃機関において、タービンより上流側の排気通路からコンプレッサより下流側の吸気通路内へ排気の一部を流入させるＨＰＬＥＧＲ装置と、タービンより下流側の排気通路提からコンプレッサより上流側の吸気通路へ排気の一部を流入させるＬＰＬＥＧＲ装置と、の２系統のＥＧＲ装置を備え、内燃機関の運転状態に応じてＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を切り替えてＥＧＲを行う技術が記載されている。
【０００３】
また、燃料噴射量に対してシリンダ吸入空気量に応じた制限値を設定し、この制限値（スモーク限界噴射量という）より多い燃料噴射量による燃料噴射が実行されないようにする制御を行うことにより、排気中のスモークを抑制する技術が知られている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００５−０７６４５６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８４３１号公報
【特許文献３】特開２００６−２４９９７２号公報
【特許文献４】特開２００２−２２７６９２号公報
【特許文献５】特許第３８６４６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において特許文献２のような燃料噴射量制御を行う場合には、ＥＧＲガス量制御によるシリンダ吸入空気量への影響を精度良く推定することが、適切なスモーク限界噴射量を設定する上で重要である。
【０００５】
ところで、特許文献１のようにＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムを備えた内燃機関では、ＨＰＬＥＧＲガスの流通経路とＬＰＬＥＧＲガスの流通経路とでは経路長や通路容積等の諸元が相違している。また、吸気通路におけるＨＰＬＥＧＲガス流入口とＬＰＬＥＧＲガス流入口との間にインタークーラやコンプレッサ等の容量の大きな構成要素が介在する。そのため、シリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガス量の制御とＬＰＬＥＧＲガス量の制御とでその制御応答性が異なる。
【０００６】
また、エアフローメータが新気量を測定する位置とシリンダとの間にも、上記のような容量の大きな構成要素を含む吸気系領域が介在しており、当該吸気系領域において新気とＬＰＬＥＧＲガスとが混合するため、エアフローメータによる新気量の測定値と実際のシリンダ吸入空気量との間にずれが生じる場合もある。
【０００７】
これらの事情により、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムの場合、特にＨＰＬＥＧＲガスやＬＰＬＥＧＲガスの制御量が変化する過渡状態において、実際にシリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量を精度良く推定することが難しく、従ってスモーク限界噴射量の設定の基礎となるシリンダ吸入空気量を精度良く求めることが難しかった。
【０００８】
そのため、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムを備えた
内燃機関においてスモーク限界噴射量による燃料噴射制限制御を行った場合、スモーク限界噴射量が過大な値に設定されて排気中のスモークを十分抑制することができなくなったり、逆に、スモーク限界噴射量が過小な値に設定されて加速性等の機関性能が低下したりする虞があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムを備え、燃料噴射量をシリンダ吸入空気量に応じて定められるスモーク限界噴射量によって制限する燃料噴射制御を行う内燃機関の制御システムにおいて、シリンダ吸入空気量を精度良く推定し、適切なスモーク限界噴射量を算出する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御システムは、
内燃機関からの排気の一部を、前記内燃機関の吸気通路に設けられたＨＰＬＥＧＲガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるＨＰＬＥＧＲ装置と、
前記内燃機関からの排気の一部を、前記吸気通路の前記ＨＰＬＥＧＲガス流入口より上流側に設けられたＬＰＬＥＧＲガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるＬＰＬＥＧＲ装置と、
前記吸気通路に流入する空気量を測定するエアフローメータと、
前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記ＬＰＬＥＧＲ装置によって前記吸気通路内に流入するＬＰＬＥＧＲガス量と、前記吸気通路における前記ＬＰＬＥＧＲガス流入口から前記ＨＰＬＥＧＲガス流入口までの領域である吸気系領域の容積と、に基づいて、該吸気系領域内の空気量を推定する空気量推定手段と、
前記推定される吸気系領域内の空気量に基づいて、前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量を推定するシリンダ吸入空気量推定手段と、
前記推定されるシリンダ吸入空気量に基づいて、排気中のスモークの量を所定の許容限度以下にすることが可能な燃料噴射量の上限値であるスモーク限界噴射量を算出するスモーク限界噴射量算出手段と、
前記算出されるスモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量を制限する制御を行う燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、吸気系領域内に流入する空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量が、吸気系領域内から流出してシリンダに吸入される空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量に反映されるまでの遅れを、吸気系領域の容積に基づいて推定することができる。そして、エアフローメータによって測定される吸気系領域内に流入する空気量と、ＬＰＬＥＧＲ装置によって吸気系領域内に流入するＬＰＬＥＧＲガス量（測定値又は制御値）と、に対して、当該推定された遅れを反映させることによって、吸気系領域内ガス中の空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量を精度良く推定することができる。従って、吸気系領域内にインタークーラやターボチャージャのコンプレッサといった容量の大きな構成要素が存在している場合であっても、吸気系領域内ガス中の空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量を精度良く推定することができる。
【００１２】
本発明によれば、このようにして推定された吸気系領域内ガス中の空気量に基づいて、シリンダに吸入される空気量を推定するので、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するシステムにおいても、シリンダ吸入空気量を精度良く推定することができる。そして、このようにして推定されたシリンダ吸入空気量に基づいてスモーク限界噴射量が算出されるので、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足の無い適切なスモーク限界噴射量を算出することができる。
【００１３】
従って、このようにして算出されたスモーク限界噴射量によって燃料噴射量を制限する燃料噴射制御を行うことにより、燃料噴射量がシリンダ吸入空気量に対して過大又は過小になることを抑制することができる。これにより、燃料噴射量制限制御において、排気中のスモークが許容限度を超えたり、加速性等の機関性能が低下したりすることを抑制することができる。
【００１４】
上記構成において、吸気系領域の容積に基づいて、前記吸気系領域内に流入した空気及びＬＰＬＥＧＲガスが前記吸気系領域を輸送される時間を推定し、該推定される時間に基づいて、エアフローメータによって測定される吸気系領域内に流入する空気量と、ＬＰＬＥＧＲ装置によって吸気系領域内に流入するＬＰＬＥＧＲガス量とが、吸気系領域内を流通するガス中の空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量に反映されるまでの遅れを推定することができる。
【００１５】
本発明において、
前記空気量推定手段は、前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記ＬＰＬＥＧＲガス量と、前記吸気系領域の容積と、に基づいて、前記吸気系領域内を流通するガス中に含まれる空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率を推定し、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、前記推定される比率で空気及びＬＰＬＥＧＲガスを含む前記吸気系領域内のガスと、前記ＨＰＬＥＧＲ装置によって前記吸気通路内に流入するＨＰＬＥＧＲガスと、の混合状態に基づいて、前記シリンダ吸入空気量を推定するようにしても良い。
【００１６】
上述のように、本発明の構成によれば、吸気系領域内に流入する空気量、すなわちエアフローメータによる空気量の測定値と、ＬＰＬＥＧＲ装置によって吸気系領域内に流入するＬＰＬＥＧＲガス量とが、吸気系領域内のガス中の空気量及びＬＰＬＥＧＲガス量に反映されるまでの遅れを、吸気系領域の容積に基づいて推定することができる。従って、吸気系領域内を流通するガス中の空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率を推定することができる。
【００１７】
そして、シリンダに吸入されるガスは、吸気系領域内からシリンダに吸入されるガスと、ＨＰＬＥＧＲ流入口から吸気通路に流入してシリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガスと、の混合ガスと考えることができるので、シリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガス及びＨＰＬＥＧＲガスの混合状態と、吸気系領域由来のガス中の空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率と、に基づいて、シリンダ吸入ガス中の空気量を推定することができる。
【００１８】
本発明によれば、前記シリンダに吸入されるガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率が変化する過渡状態において、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、当該ＨＰＬＥＧＲガスの比率の変化分を、前記シリンダに吸入される前記吸気系領域内のガスの比率の変化分に置換することによって、前記シリンダ吸入空気量を推定することができる。
【００１９】
上記のように、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガスシリンダに吸入されるガスは、吸気系領域内ガスとＨＰＬＥＧＲガスとの混合ガスと考えることができるので、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率が減少した場合には、その減少分に相当する分だけシリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガスの比率が増加すると考えられる。逆に、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率が増加した場合には、その増加分に相当する分だけシリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガスの比率が減少すると考えられる。
【００２０】
そして、上記の本発明の構成によれば、吸気系領域の容積、エアフローメータによる空気量の測定値、ＬＰＬＥＧＲ装置によるＬＰＬＥＧＲガス量に基づいて、吸気系領域由来
のガス中の空気の比率とＬＰＬＥＧＲガスの比率を推定することができる。従って、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率が変化する過渡状態においては、ＨＰＬＥＧＲガスの比率の変化分を上述のように吸気系領域由来のガスの比率に置換し、当該置換された分の吸気系領域由来のガスを、当該推定された空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率に従って、ＨＰＬＥＧＲガスの比率の変化に伴うシリンダ吸入ガス中の空気の比率及びＬＰＬＥＧＲガスの比率の変化に換算することにより、過渡状態におけるシリンダ吸入ガス空気量を推定することが可能となる。
【００２１】
これにより、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムを備えた内燃機関であっても、ＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量が変化する過渡状態におけるシリンダ吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。よって、過渡状態においても、適切なスモーク限界噴射量を設定することができ、燃料噴射量制限制御において、スモーク排出量の増大や機関性能の低下を好適に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、ＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置を併設するＥＧＲシステムを備え、燃料噴射量をシリンダ吸入空気量に応じて定められるスモーク限界噴射量によって制限する燃料噴射制御を行う内燃機関の制御システムにおいて、シリンダ吸入空気量を精度良く推定し、適切なスモーク限界噴射量を算出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係るＥＧＲシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。
【００２５】
内燃機関１の各気筒２は吸気マニホールド１７を介して吸気通路３に連通している。吸気マニホールド１７と吸気通路３との接続部近傍には、後述するＨＰＬＥＧＲ通路４１が接続されている。ＨＰＬＥＧＲ通路４１の接続箇所より上流の吸気通路３には、吸気通路３を流通する吸気の量を調節する第２スロットル弁９が配置されている。第２スロットル弁９より上流の吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ８が配置されている。インタークーラ８より上流の吸気通路３には、ターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が配置されている。コンプレッサ１１より上流の吸気通路３には、後述するＬＰＬＥＧＲ通路３１が接続されている。ＬＰＬＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気通路３には、吸気通路３に流入する新気の量を調節する第１スロットル弁６が配置されている。第１スロットル弁６より上流の吸気通路３には、吸気通路３に流入する新気の量を測定するエアフローメータ７が設けられている。
【００２６】
このように構成された吸気系では、外部の空気がエアクリーナ（図示略）によって塵や埃等を除去されてから吸気通路３に流入する。吸気通路３に流入した空気（新気）は、ＬＰＬＥＧＲ通路３１から吸気通路３に流入するＬＰＬＥＧＲガス（後述）と混合し、コンプレッサ１１を通過して加圧された後、インタークーラ８を通過して冷却される。インタークーラ８を通過したガス（新気とＬＰＬＥＧＲガスとの混合ガス）は、ＨＰＬＥＧＲ通路４１から吸気通路３に流入するＨＰＬＥＧＲガス（後述）と混合し、吸気マニホールド１７に流入する。吸気マニホールド１７に流入したガス（新気、ＬＰＬＥＧＲガス、及びＨＰＬＥＧＲガスの混合ガス）は、吸気マニホールド１７の各枝管を介してシリンダ２に
吸入される。
【００２７】
内燃機関１の各シリンダ２は排気マニホールド１８を介して排気通路４に連通している。排気マニホールド１８のすぐ下流側の排気通路４には、ＨＰＬＥＧＲ通路４１が接続されている。ＨＰＬＥＧＲ通路４１の接続箇所より下流側の排気通路４には、ターボチャージャ１３のタービン１２が配置されている。ターボチャージャ１３はタービン１２を通過する排気の流路面積を可変にするノズルベーン５を備えた可変容量型ターボチャージャである。タービン１２より下流側の排気通路４には、排気浄化装置１０が配置されている。排気浄化装置１０は、流入する排気の酸素濃度が高い時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなると吸蔵していたＮＯｘを放出して還元浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、捕集したＰＭを適時に酸化除去可能なパティキュレートフィルタと、を含んで構成されている。なお、排気浄化装置１０の構成はこの例に限られない。
【００２８】
排気浄化装置１０より下流側の排気通路４には、排気通路４を流通する排気の量を調節する排気絞り弁１９が配置されている。排気絞り弁１９より下流の排気通路４には、ＬＰＬＥＧＲ通路３１が接続されている。なお、排気絞り弁１９がＬＰＬＥＧＲ通路３１の接続箇所より下流の排気通路４に配置されている構成であっても良い。
【００２９】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各シリンダ２内で燃焼後の既燃ガスが排気マニホールド１８に排出され、排気通路４に流入する。排気通路４を流通する排気の一部は、ＥＧＲ制御（後述）に応じてＨＰＬＥＧＲ通路４１に流入し、ＨＰＬＥＧＲガスとして吸気通路３に導かれる。それ以外の排気はＨＰＬＥＧＲ通路４１より下流側に流れ、タービン１３を回転駆動した後、排気浄化装置１０を通過することによってＮＯｘやＰＭ等が浄化される。排気浄化装置１０を通過した排気の一部は、ＥＧＲ制御に応じてＬＰＬＥＧＲ通路３１に流入し、ＬＰＬＥＧＲガスとして吸気通路３に導かれる。それ以外の排気はＬＰＬＥＧＲ通路３１より下流側に流れ、マフラー（図示略）等を通過した後、大気中に排出される。
【００３０】
内燃機関１には、タービン１２より上流の排気通路４を流れる排気の一部をコンプレッサ１１より下流の吸気通路３に導き、該排気を内燃機関１に戻すＨＰＬＥＧＲ装置４０が備えられている。ＨＰＬＥＧＲ装置４０は、タービン１２より上流の排気通路４と第２スロットル弁９より下流の吸気通路３とを接続するＨＰＬＥＧＲ通路４１を有し、該ＨＰＬＥＧＲ通路４１を介して前記排気の一部を吸気通路３に流入させる。ＨＰＬＥＧＲ装置４０によって内燃機関１に戻される排気をＨＰＬＥＧＲガスと称する。
【００３１】
ＨＰＬＥＧＲ通路４１には、ＨＰＬＥＧＲガスを冷却するＨＰＬＥＧＲクーラ４３が配置されている。ＨＰＬＥＧＲクーラ４３より下流側（吸気通路３側）のＨＰＬＥＧＲ通路４１には、ＨＰＬＥＧＲ通路４１の流路面積を変更するＨＰＬＥＧＲ弁４２が配置されている。ＨＰＬＥＧＲ弁４２の開度を調節することによってＨＰＬＥＧＲ通路４１を流れるＨＰＬＥＧＲガスの量が調節される。なお、ＨＰＬＥＧＲガス量を調節する手段としては、第２スロットル弁９の開度を調節したり背圧を調節したり、ノズルベーン５の開度を調節して背圧を調節したりする手段を用いることもできる。
【００３２】
内燃機関１には、タービン１２より下流の排気通路４を流れる排気の一部をコンプレッサ１１より上流の吸気通路３に導き、該排気を内燃機関１に戻すＬＰＬＥＧＲ装置３０が備えられている。ＬＰＬＥＧＲ装置３０は、排気絞り弁１９より下流の排気通路４とコンプレッサ１１より上流の吸気通路３とを接続するＬＰＬＥＧＲ通路３１を有し、該ＬＰＬＥＧＲ通路３１を介して前記排気の一部を吸気通路３に流入させる。ＬＰＬＥＧＲ装置３０によって内燃機関に戻される排気をＬＰＬＥＧＲガスと称する。
【００３３】
ＬＰＬＥＧＲ通路３１には、ＬＰＬＥＧＲガスを冷却するＬＰＬＥＧＲクーラ３３が配置されている。ＬＰＬＥＧＲクーラ３３より下流側（吸気通路３側）のＬＰＬＥＧＲ通路３１には、ＬＰＬＥＧＲ通路３１の流路面積を変更するＬＰＬＥＧＲ弁３２が配置されている。ＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度を調節することによってＬＰＬＥＧＲ通路３１を流れるＬＰＬＥＧＲガスの量が調節される。なお、ＬＰＬＥＧＲガス量を調節する手段としては、第１スロットル弁６の開度を調節してＬＰＬＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を調節する手段を用いることもできる。
【００３４】
内燃機関１には、内燃機関１を制御するコンピュータであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、上述したエアフローメータ７の他、内燃機関１の冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１４、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ１５、内燃機関１のクランクシャフトが所定角度（例えば１０°）回転するたびにパルス信号を出力するクランクポジションセンサ１６等の各種のセンサ類が接続され、これらセンサ類からの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、ノズルベーン５、排気絞り弁１９、ＬＰＬＥＧＲ弁３２、ＨＰＬＥＧＲ弁４２等の機器類が接続され、これら機器類がＥＣＵ２０から出力される制御信号によってこれら駆動制御されるようになっている。
【００３５】
ＥＣＵ２０は、上記センサ類から入力される信号に基づいて内燃機関１の運転状態を把握し、運転者の要求に対応した制御を行う。例えば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１６から入力される信号に基づいて内燃機関１の回転数を算出し、アクセル開度センサ１５から入力される信号に基づいて内燃機関１の負荷を算出する。このようにして取得した内燃機関１の運転状態に応じて、燃料噴射制御やＥＧＲ制御を行う。
【００３６】
次に、本実施例のシステムにおいて行われるＥＧＲ制御について説明する。
【００３７】
図２は、内燃機関１の運転状態に応じて定められる目標ＥＧＲ率のマップを示す図である。図２に示すように、本実施例のシステムでは、内燃機関１が高負荷高回転側の運転状態であるほどＥＧＲ率が小さくなるようにＥＧＲ制御を行う。なお、ＥＧＲ率とは、全シリンダ吸入ガス中のＥＧＲガスの割合として定義される。すなわち、シリンダ吸入空気量Ｇａ、シリンダ吸入ＥＧＲガス量Ｇｅ、とした場合、ＥＧＲ率Ｒｅ＝Ｇｅ／（Ｇａ＋Ｇｅ）である。
【００３８】
また、本実施例のシステムでは、全ＥＧＲガスをＨＰＬＥＧＲガス及びＬＰＬＥＧＲガスで分配するための分配比率の目標値が定められている。図３は、内燃機関１の運転状態に応じて定められる目標分配比率の概略の傾向を示す図である。図３に示すように、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態である場合には、ＨＰＬＥＧＲガスの比率が高く設定され、主にＨＰＬＥＧＲ装置４０を用いてＥＧＲを行う。また、内燃機関１の負荷又は回転数が高くなるほどＨＰＬＥＧＲガスの比率が低く設定されるとともにＬＰＬＥＧＲガスの比率が高く設定され、ＨＰＬＥＧＲ装置４０及びＬＰＬＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲを行う。また、内燃機関１が高負荷高回転の運転状態である場合には、ＬＰＬＥＧＲガスの比率が高く設定され、主にＬＰＬＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲを行う。
【００３９】
ＥＧＲ率やＨＰＬＥＧＲガス及びＬＰＬＥＧＲガスの分配比率の目標値は、ＮＯｘやスモーク等の排気特性や燃費特性等の機関性能が所定の規制値や所望の目標値を達成できるように適合作業等によって内燃機関１の運転状態に応じて定められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。また、ＨＰＬＥＧＲ装置４０及びＬＰＬＥＧＲ装置３０によって吸気通路３に流入するＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量が、前記のようにして定められる
ＥＧＲ率やＨＰＬＥＧＲガス及びＬＰＬＥＧＲガスの分配比率の目標値を満たすように、ＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の弁開度の目標値が内燃機関１の運転状態に応じて定められ、同様にＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。
【００４０】
ＥＣＵ２０は上記センサ類からの出力に基づいて内燃機関１の運転状態を取得し、取得した運転状態に応じてＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の目標弁開度をＲＯＭから読み込み、ＨＰＬＥＧＲ弁４２やＬＰＬＥＧＲ弁３２を制御する。なお、ＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量は、ＨＰＬＥＧＲ弁４２やＬＰＬＥＧＲ弁３２の弁開度を調節する以外の方法によっても調節することができる。例えば、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、ノズルベーン５、排気絞り弁１９の開度を調節することによってＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量を調節することもできる。ＨＰＬＥＧＲガス量やＬＰＬＥＧＲガス量が内燃機関１の運転状態に応じた目標値に一致するように、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、ノズルベーン５、又は排気絞り弁１９のフィードバック制御等を行うようにしても良い。
【００４１】
次に、本実施例のシステムにおいて行われる燃料噴射制御について説明する。燃料噴射量がシリンダ吸入ガス中の空気量に比して過多となると、スモークの発生量が増大するという問題がある。そこで、本実施例では、スモークの発生量が所定の許容限度以下に抑えられるような燃料噴射量の上限値（スモーク限界噴射量）を求め、燃料噴射量が当該スモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量の制御を行うようにした。具体的には、シリンダ吸入ガス中の空気量を算出し、当該算出したシリンダ吸入空気量に応じてスモーク限界噴射量を算出する。そして、運転状態に応じて算出される目標燃料噴射量とスモーク限界噴射量と比較し、目標燃料噴射量がスモーク限界噴射量以下である場合には、当該目標燃料噴射量を燃料噴射量の指令値とし、目標燃料噴射量がスモーク限界噴射量を超えている場合には、スモーク限界噴射量を燃料噴射量の指令値とする。このように、燃料噴射量を制限する制御を行うことによって、スモークの発生量が許容限度を超えて増大することを抑制することができる。
【００４２】
次に、ＥＧＲ制御の過渡特性について説明する。
【００４３】
図１に示すように、ＬＰＬＥＧＲ弁３２を通過したＬＰＬＥＧＲガスがシリンダ２に吸入されるまでには、コンプレッサ１１やインタークーラ８等を含む吸気通路３を流通することになる。従って、上述のようにシリンダ吸入ガス中のＬＰＬＥＧＲガス量が所定の目標ＬＰＬＥＧＲガス量になるようにＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が制御されたとしても、実際にシリンダ２に吸入されるＬＰＬＥＧＲガス量が当該ＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度に対応する目標ＬＰＬＥＧＲガス量に一致するまでには、ＬＰＬＥＧＲガスが流通する上記のような吸気系領域の容積に応じた遅れが生じる。ＨＰＬＥＧＲ弁４２の開度制御と、実際にシリンダ２に吸入されるＨＰＬＥＧＲガス量の変化と、の間にも、ＨＰＬＥＧＲガスがＨＰＬＥＧＲ弁４２を通過してからシリンダ２に吸入されるまでに通過する吸気系領域の容積に応じて、同様の遅れが生じる。
【００４４】
このような遅れに起因して、ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態において、上述したスモーク限界噴射量の設定等の、シリンダ吸入ガス中の空気量、ＥＧＲガス量、或いはＥＧＲ率等に関係する制御が適切に行えないことがあった。このことについて、ＨＰＬＥＧＲ装置４０及びＬＰＬＥＧＲ装置３０が併用されてＥＧＲが行われるある運転状態（第１運転状態）から、目標ＨＰＬＥＧＲガス量及び目標ＬＰＬＥＧＲガス量が共に０に設定される高負荷運転状態（第２運転状態）への加速過渡時を例に説明する。
【００４５】
図４（Ｂ）は、上記加速過渡時におけるシリンダ吸入ガス中の新気の比率Ｒａ、ＨＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｈ、及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌの時間変化を示したタイムチャ
ートである。全シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガスの比率（ＨＰＬＥＧＲ率）とＬＰＬＥＧＲガスの比率（ＬＰＬＥＧＲ率）との和Ｒｈ＋Ｒｌは、ＥＧＲ率Ｒｅに等しい。ＥＧＲ率ＲｅをＨＰＬＥＧＲ率ＲｈとＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌとに分配する際の分配比率は、上述したように、図３のマップに従って、運転状態に応じてその目標値が定められている。全シリンダ吸入ガス中の空気の比率（空気比率）ＲａとＨＰＬＥＧＲ率ＲｈとＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌとの和は１（１００％）である。
【００４６】
時刻ｔ１までは第１運転状態であり、時刻ｔ１において第２運転状態への加速過渡が開始されたとする。この例では、第２運転状態に対応する目標ＥＧＲ率Ｒｅ２＝０、従って、目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０、目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０、である。すなわち、時刻ｔ１において、ＨＰＬＥＧＲ弁４２の開度及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度は、ともに全閉に制御される。
【００４７】
図４（Ａ）は、スモーク限界噴射量の時間変化を示すタイムチャートである。スモーク限界噴射量Ｑｃは、シリンダ吸入ガス中の空気比率Ｒａと、シリンダ２に吸入される全ガス量Ｇｃｙｌと、に基づいて算出されるシリンダ吸入空気量Ｇａ（＝Ｇｃｙｌ×Ｒａ）に応じて設定される。シリンダ吸入全ガス量Ｇｃｙｌは内燃機関１の運転状態に基づいて算出される。図４（Ａ）に示したスモーク限界噴射量の制御は、上述したＥＧＲガス量の制御（すなわちＥＧＲ弁の制御）と、それに応じた実際にシリンダ２に吸入されるＥＧＲガス量の変化と、の間に生じる遅れについて考慮しない場合を示している。すなわち、時刻ｔ１においてＨＰＬＥＧＲ弁４２の開度及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が全閉に制御された時点で、実際のシリンダ吸入ガスのＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率が、第２運転状態に応じた制御目標値（目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０、目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０）に、遅れなく変化すると考えた場合を示している。この場合、時刻ｔ１において、シリンダ吸入ガス中の空気比率は即座に第２運転状態に応じた目標空気比率Ｒａ２＝１に変化したと考えることになる。これに応じてスモーク限界噴射量Ｑｃも、時刻ｔ１において、第２運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Ｑｃ２に設定されることになる。なお、ここでは加速過渡状態を考えており、加速に伴ってターボチャージャ１３による過給が行われるため、シリンダ吸入ガスの空気量は増加する。これに対応して、スモーク限界噴射量も時刻ｔ１以降、Ｑｃ２より増加した値が設定される。
【００４８】
しかしながら、上述したように、ＥＧＲガス量の制御には遅れが伴う。すなわち、時刻ｔ１直後の時点では、インタークーラ８内等に残留しているＬＰＬＥＧＲガス（第１運転状態に応じた目標ＬＰＬＥＧＲガス量に制御されていたＬＰＬＥＧＲガス）や吸気通路３内に残留しているＨＰＬＥＧＲガス（第１運転状態に応じた目標ＨＰＬＥＧＲガス量に制御されていたＨＰＬＥＧＲガス）等がシリンダ２に吸入されるため、実際のシリンダ吸入ガス中のＬＰＬＥＧＲガス量やＨＰＬＥＧＲガス量は、即座には第２運転状態に対応する目標値（目標ＬＰＬＥＧＲガス量＝０、目標ＨＰＬＥＧＲガス量＝０）にはならないと考えられる。
【００４９】
従って、時刻ｔ１直後の時点で、実際のシリンダ吸入ガス中の空気比率は第２運転状態に応じた目標空気比率Ｒａ２より小さいと考えられる。そのため、時刻ｔ１直後の時点でスモーク限界噴射量Ｑｃを第２運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Ｑｃ２に設定してしまうと、実際のシリンダ吸入空気量に対して過大なスモーク限界噴射量が設定されることになり、運転状態によっては許容限度を超えるスモークが排出されてしまう虞がある。
【００５０】
これに対して、シリンダ吸入ガスの目標ＥＧＲ率が第２運転状態に応じた目標ＥＧＲ率（Ｒｅ２＝０）に設定されてから、実際のシリンダ吸入ガスのＥＧＲ率が第２運転状態に応じた目標ＥＧＲ率に変化するまでの遅れを考慮して、スモーク限界噴射量を第２運転状
態に応じた目標スモーク限界噴射量Ｑｃ２に設定することを遅らせることが考えられる。
【００５１】
図５（Ａ）は、時刻ｔ１においてＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が全閉に制御されてから、実際のシリンダ吸入ガスのＥＧＲ率が０になると判断される時刻ｔ２まで、スモーク限界噴射量を第２運転状態に応じた目標値Ｑｃ２に設定することを遅らせた例を示している。
【００５２】
この場合、シリンダ吸入ガスのＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率については、図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１においてＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が全閉に制御されてから、時刻ｔ２においてシリンダ吸入ガスのＥＧＲ率が０になるまで、第１運転状態に応じた目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ１及び目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１のまま変化しないと考えることを意味する。
【００５３】
しかしながら、図１に示すように、ＬＰＬＥＧＲガスとＨＰＬＥＧＲガスとでは、ＥＧＲ弁（ＬＰＬＥＧＲ弁３２、ＨＰＬＥＧＲ弁４２）を通過してからシリンダ２に吸入されるまでの間に、ＥＧＲガス（ＬＰＬＥＧＲガス、ＨＰＬＥＧＲガス）が流通する吸気系領域の容積等の条件が異なるため、ＥＧＲガス量の制御（すなわち、ＥＧＲ弁開度の制御）と、それに応じた実際にシリンダ２に吸入されるＥＧＲガス量の変化と、の間の応答特性は、ＨＰＬＥＧＲガス量の制御とＬＰＬＥＧＲガス量の制御とでは相違する。具体的には、一般に、ＬＰＬＥＧＲ通路３１はその搭載上の制約等によりその配管長がＨＰＬＥＧＲ通路４１より長くなる傾向があり、また、ＬＰＬＥＧＲガスが流通する吸気系領域にはコンプレッサ１１やインタークーラ８等の容量の大きな要素が存在することから、ＨＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性に対して、ＬＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性は遅い傾向がある。
【００５４】
従って、実際には、時刻ｔ２においてシリンダ吸入ガス中のＬＰＬＥＧＲガス量が０になる前の時点で、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガス量が０に変化する応答は完了していると考えられる。そのため、実際にはＨＰＬＥＧＲガス量は既に０になっているにもかかわらず、シリンダ吸入ガス中に未だに第１運転状態に応じたＨＰＬＥＧＲガス量が存在していると考えて設定されているスモーク限界噴射量は、実際のシリンダ吸入空気量に対して過少であると考えられる。そのため、実際にはより多くの燃料を噴射できる状態であるにもかかわらず過剰に燃料噴射量が制限されることになり、加速性能が損なわれる虞がある。
【００５５】
そこで、ＥＧＲガス量の制御目標値が変化する過渡状態において、このようなＨＰＬＥＧＲガス量制御及びＬＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性の相違を考慮して、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガス量及びＬＰＬＥＧＲガス量の変化を別個に推定することが考えられる。
【００５６】
図６は、このようなＨＰＬＥＧＲガス量制御及びＬＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性の相違を考慮して、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガス量及びＬＰＬＥＧＲガス量の変化を推定した場合を示す。
【００５７】
図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１における加速過渡状態の開始とともに第２運転状態に対応する目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０及び目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０が設定され、これに応じてＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が全閉に制御される。そして、比較的応答特性の速いＨＰＬＥＧＲ率が時刻ｔ１より若干遅れた時刻ｔ１’において第２運転状態に対応する目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０への変化を完了する。更に、ＨＰＬＥＧＲガス量制御に比較して応答特性の遅いＬＰＬＥＧＲ率が時刻ｔ１’より遅れて時刻ｔ２において第２運転状態に対応する目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０への変化を完
了すると推定する。
【００５８】
このように推定する場合、ＨＰＬＥＧＲ率の変化が完了し、且つ、ＬＰＬＥＧＲ率の変化が遅れている過渡期間（時刻ｔ１’〜ｔ２）においては、シリンダ２に吸入されるガスは、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１のＬＰＬＥＧＲガスと、残りの空気（新気）と、によって構成されていると推定する。従って、当該過渡期間におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ｒａ’（６）は、Ｒａ’（６）＝Ｒａ１＋Ｒｈ１と推定されることになる。この過渡期間中の空気比率Ｒａ’（６）は、図６（Ｂ）に示すように、第１運転状態に応じた目標空気比率Ｒａ１より大きく、第２運転状態に応じた目標空気比率Ｒａ２より小さい。これに応じて、過渡期間中のスモーク限界噴射量は、第１運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Ｑｃ１より大きく、第２運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Ｑｃ２より小さい値Ｑｃ’（６）に設定される。なお、過渡期間中における過給圧の上昇に伴ってスモーク限界噴射量もＱｃ’（６）から増加していることは上述の場合と同様である。
【００５９】
ところで、図６に示した過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの推定方法は、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈ＝Ｒｈ１−Ｒｈ２（＝Ｒｈ１）に相当する割合のシリンダ吸入ガスの全てが空気によって置換され、ＬＰＬＥＧＲ率は第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１で一定という前提に基づいている。しかしながら、シリンダ吸入ガスは、ＨＰＬＥＧＲ通路４１から吸気マニホールド１７に供給されるＨＰＬＥＧＲガスと、ＨＰＬＥＧＲ通路４１の接続箇所より上流側の吸気系領域内から吸気マニホールド１７に供給されるガス（すなわち、新気及びＬＰＬＥＧＲガスの混合ガス）と、から構成されていると考えられるので、このＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈに相当する割合のシリンダ吸入ガスは、ＨＰＬＥＧＲ通路４１の接続箇所より上流側の吸気系領域内から供給されるガスによって置換されると考えることができる。本実施例では、このような考え方に基づいて、過渡期間中のシリンダ吸入ガスの組成の推定を行うこととした。
【００６０】
以下、吸気通路３におけるＨＰＬＥＧＲ通路４１の接続箇所（すなわちＨＰＬＥＧＲガス流入口）より上流側であってＬＰＬＥＧＲ通路３１の接続箇所（すなわいＬＰＬＥＧＲガス流入口）より下流側の領域を「吸気系領域」と称する。上述したように、ＬＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性はＨＰＬＥＧＲガス量制御の応答特性に対して遅い傾向を有するが、これは、ＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が変化しても、その時点でＬＰＬＥＧＲ弁３２より下流側の吸気系領域内に残留しているガスが全て掃気されてシリンダ２に吸入されるまでの間は、実際のシリンダ吸入ガス中のＬＰＬＥＧＲガス量に、ＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度変化が反映されないからである。この意味で、吸気系領域内に存在するガスを、ここでは「残留ガス」と称する。
【００６１】
吸気系領域内の残留ガスの組成は、時刻ｔ１において第２運転状態への加速過渡状態が開始される直前までのある一定期間、定常的に内燃機関１が第１運転状態であったと仮定すると、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率の制御目標値Ｒｌ１と、第１運転状態に対応する空気比率の制御目標値Ｒａ１と、によって決まると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスには、
【数１】
0004946904.tif 000002
の割合で新気が含まれ、
【数２】
0004946904.tif 000003
の割合でＬＰＬＥＧＲガスが含まれると考える。ここで、上記の「一定期間」とは、第１運転状態に対応する空気比率及びＬＰＬＥＧＲ率に制御された空気及びＬＰＬＥＧＲガスが、吸気系領域全域を充填するのに要する期間以上の長さの期間である。
【００６２】
また、エアフローメータ７による新気量の測定値及びＬＰＬＥＧＲガス量（又はＬＰＬＥＧＲ率）の制御目標値に基づいて残留ガスの組成を推定するようにしても良い。この場合、エアフローメータ７を通過して吸気系領域内に流入した空気及びＬＰＬＥＧＲ弁３２を通過して吸気系領域内に流入したＬＰＬＥＧＲガスが、吸気系領域を通過してシリンダ２に吸入されるまでの時間（吸気系領域内の残留ガスが掃気されるのに要する時間）を、吸気系領域の容積、シリンダ２の容積、内燃機関１の運転状態（回転数・負荷等）の履歴等に基づいて推定する。そして、エアフローメータ７による新気量の測定値及びＬＰＬＥＧＲガス量の制御値に対して、当該推定された時間に基づく遅れ処理を行うことによって、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ｒａ＿ｉｃ及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃを推定するようにしても良い。
【００６３】
例えば、加速過渡状態になる以前において一定期間第１運転状態で定常的な運転が行われていたというような仮定が成り立たない一般的な運転状態である場合には、例えば次のようにして残留ガス中の空気の比率Ｒａ＿ｉｃ及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃを推定することができる。ある時刻ｔにおけるエアフロメータ７による測定値Ｇａ＿ｂａｓｓ（ｔ）、ＬＰＬＥＧＲガス量の制御マップ値Ｇｌ（ｔ）、吸気系領域内残留ガスの掃気時間Δｔ、とした場合、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ｒａ＿ｉｃ（ｔ）及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃ（ｔ）は、
【数３】
0004946904.tif 000004
という計算により推定することができる。
【００６４】
また、吸気系領域内の残留ガスの組成が、吸気系領域内の位置によって異なる場合も考えられる。そのような場合には、吸気系領域内の位置ｘにおける残留ガス中の新気の比率Ｒａ＿ｉｃ（ｘ）、ＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃ（ｘ）を、上記のように運転状態の履歴、エアフロメータ測定値、ＬＰＬＥＧＲガス量制御マップ値、吸気系領域容積等に基づいて算出し、それらの和や平均値等を計算することにより、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ｒａ＿ｉｃ及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃを推定するようにしても良い。
【００６５】
本実施例では、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈ（＝Ｒｈ１−Ｒｈ２、ＨＰＬＥＧＲ率が減少する場合）が、残留ガスによって置換されると考える。すなわち、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲ率が第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２への変化を完了し、且つ、ＬＰＬＥＧＲ率が未だ第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ
率Ｒｌ１であるような過渡期間においては、シリンダ２に吸入されるガスは、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１の割合で含まれる新気と、第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２の割合で含まれるＨＰＬＥＧＲガスと、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１の割合で含まれるＬＰＬＥＧＲガスと、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈの割合で含まれる吸気系領域内残留ガスと、によって構成されると考える。そして、残留ガス中には、上記のように、Ｒａ＿ｉｃの割合で新気が含まれ、Ｒｌ＿ｉｃの割合でＬＰＬＥＧＲガスが含まれると考える。
【００６６】
従って、過渡期間中におけるシリンダ吸入ガス中の空気比率Ｒａ’及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ’は、
【数４】
0004946904.tif 000005
となる。このようにして推定される過渡期間中における空気の比率Ｒａ’と、過渡期間中における全シリンダ吸入ガス量Ｇｃｙｌと、に基づいて、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量Ｇａ’は、
【数５】
0004946904.tif 000006
によって計算することができる。
【００６７】
また、シリンダ吸入ガス中のＨＰＬＥＧＲガス量Ｇｈが変化した後のシリンダ吸入空気量Ｇａ’は、当該ＨＰＬＥＧＲガス量が変化する直前におけるシリンダ吸入空気量Ｇａと、ＨＰＬＥＧＲガス量の変化分ΔＧｈに相当するガス量の吸気系領域内残留ガス中に含まれる空気量ΔＧａと、の和と考えることもできる。ここで、ＨＰＬＥＧＲガス量が変化する直前におけるシリンダ吸入空気量Ｇａは、エアフローメータ７による新気量の測定値Ｇａ＿ｂａｓｓに対して、吸気系領域内の残留ガスの掃気時間Δｔに基づく遅れを考慮することによって計算できる。また、残留ガス中には上記のようにＲａ＿ｉｃの比率で空気が含まれていると考える。従って、過渡期間中の時刻ｔにおけるシリンダ吸入空気量Ｇａ’（ｔ）は、
【数６】
0004946904.tif 000007
によって計算することもできる。
【００６８】
図７は、実施例の推定方法によって推定したシリンダ吸入ガス組成の時間変化と、それに基づいて設定したスモーク限界噴射量の時間変化と、を表すタイムチャートである。ここでは、上述した各場合と同様に、加速過渡状態において、ＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率の目標値がそれぞれ第２運転状態に対応する目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０及び目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０に設定される場合について説明する。
【００６９】
図７（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１においてＨＰＬＥＧＲ弁４２及びＬＰＬＥＧＲ弁３２の開度が全閉に制御され、応答特性の速いＨＰＬＥＧＲ率が時刻ｔ１より若干遅れた時刻ｔ１’において目標ＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２＝０への変化を完了する。更に、ＨＰＬＥＧＲ率より応答特性の遅いＬＰＬＥＧＲ率が時刻ｔ１’より遅れて時刻ｔ２において目標ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２＝０への変化を完了する。
【００７０】
そして、ＨＰＬＥＧＲ率は第２運転状態に対応する目標値Ｒｈ２（＝０）への変化を完
了し、且つ、ＬＰＬＥＧＲ率はその変化を完了していない過渡期間（時刻ｔ１’〜ｔ２）においては、シリンダ吸入ガスは、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１の空気と、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１のＬＰＬＥＧＲガスと、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈ＝Ｒｈ１−Ｒｈ２（＝Ｒｈ１）に相当する割合の吸気系領域内残留ガスと、から構成されていると考える。
【００７１】
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、簡単のため時刻ｔ１以前の一定期間内燃機関１が第１運転状態で定常的な運転をしていたとすると、上述のように、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１によって決まる混合比率で空気及びＬＰＬＥＧＲガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、
【数７】
0004946904.tif 000008
の比率で空気を含み、
【数８】
0004946904.tif 000009
の比率でＬＰＬＥＧＲガスを含むガスであると考える。
【００７２】
従って、過渡期間中におけるシリンダ吸入ガス中の空気比率Ｒａ’及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ’は、
【数９】
0004946904.tif 000010
となる。ここで、過渡期間中の空気比率Ｒａ’とＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ’との比を計算すると、
【数１０】
0004946904.tif 000011
となる。これは、図７の例では、上記過渡期間（ｔ１’〜ｔ２）におけるＨＰＬＥＧＲガス量が０であることから、結局、過渡期間中のシリンダ吸入ガスは全て吸気系領域内のガスによって構成されていることに対応している。
【００７３】
図６で例示したシリンダ吸入空気量の推定方法では、過渡期間中においてシリンダ２に
吸入されるガスのうち、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分に相当する割合のガスは全て空気であると推定するため、それに基づいて設定されるスモーク限界噴射量Ｑｃ’（６）は、実際のシリンダ吸入空気量に対して過大な値となる可能性があり、運転状態によっては許容限度を超える量のスモークが発生する虞があった。
【００７４】
この点、図７で説明した本実施例の推定方法によれば、過渡期間中にシリンダ２に吸入されるガス中の空気量とＬＰＬＥＧＲガス量とを、吸気系領域内の残留ガスの組成に基づいて精度良く推定することができる。従って、過渡期間中のシリンダ吸入空気量を精度良く推定することができ、それに基づいて、図７（Ａ）に示すように、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足のない適切なスモーク限界噴射量Ｑｃ’を設定することができる。これにより、過渡期間中において燃料噴射量がスモーク限界噴射量を超えてスモークの発生量が過剰に多くなったり、逆に過剰に燃料噴射量が制限されて加速性能・ドライバビリティが損なわれたりすることを抑制できる。
【００７５】
次に、本実施例の燃料噴射制御について、図８及び図９に基づいて説明する。図８は、本実施例に係る燃料噴射制御を行うためのルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは、内燃機関１の運転中一定のクランク角度毎にＥＣＵ２０により実行される。
【００７６】
本ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は上述した各種センサによる出力に基づいて内燃機関１の運転状態が取得される。
【００７７】
次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０はステップＳ１０１において取得した内燃機関１の運転状態に基づいて基本要求噴射量Ｑを算出する。基本要求噴射量Ｑは、アクセル開度センサ１５によって測定されるアクセル開度に基づく要求トルクを出力するように、内燃機関１の回転数等を考慮して算出される。
【００７８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は後述するスモーク限界噴射量Ｑｃを算出する。スモーク限界噴射量Ｑｃは、図９のフローチャートに示されるルーチンを実行することによって算出される。スモーク限界噴射量Ｑｃを算出するルーチンについては後述する。
【００７９】
ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で算出した基本要求噴射量Ｑと、ステップＳ１０３で算出したスモーク限界噴射量Ｑｃとを比較する。ステップＳ１０４においてＱ＞Ｑｃであると判定された場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ１０５に進み、最終的な燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎを、ステップＳ１０３で算出したスモーク限界噴射量Ｑｃに設定する。一方、ステップＳ１０４においてＱ≦Ｑｃであると判定された場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６に進み、最終的な燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎを、ステップＳ１０２で算出した基本要求噴射量Ｑに設定する。
【００８０】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０はステップＳ１０５又はステップＳ１０６において設定された燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎの燃料噴射を実行する。
【００８１】
次に、図９に基づいて、スモーク限界噴射量算出ルーチンについて説明する。このルーチンは図８に示した燃料噴射制御ルーチンと同じ周期で、当該燃料噴射制御ルーチンの直前にＥＣＵ２０により実行される。
【００８２】
本ルーチンが実行されると、まずステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は、吸気系領域内の残留ガスの掃気時間Δｔを算出する。具体的には、内燃機関１の回転数・負荷・吸気圧・吸気温度等の運転状態の履歴、吸気系領域の容積、シリンダ２の容積等に基づいて、現時点でシリンダ２に吸入されている吸気系領域内残留ガス由来のガスが吸気系領域を通過するのに要した時間として計算する。
【００８３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は、現時点ｔよりΔｔ以前のエアフローメータ７による新気量の測定値Ｇａ＿ｂａｓｓ（ｔ−Δｔ）を読み込む。
【００８４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、現時点ｔよりΔｔ以前のＬＰＬＥＧＲガス量の制御目標値Ｇｌ（ｔ−Δｔ）を読み込む。
【００８５】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２０は、現時点ｔにおいてシリンダ２に吸入されている吸気系領域内残留ガス由来のガス組成を算出する。すなわち、当該残留ガス中の新気の比率Ｒａ＿ｉｃ（ｔ）及びＬＰＬＥＧＲガスの比率Ｒｌ＿ｉｃ（ｔ）を、上述した式（３）及び式（４）に従って計算する。
【００８６】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２０は、シリンダ吸入ガスのＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈを計算する。
【００８７】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２０は、シリンダ吸入ガスの空気比率Ｒａ’を、上述した式（５）に従って計算する。
【００８８】
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ２０は、全シリンダ吸入ガス量Ｇｃｙｌ’を算出する。
【００８９】
ステップＳ２０８において、ＥＣＵ２０は、シリンダ吸入空気量Ｇａ’を、上述した式（７）に従って計算する。
【００９０】
ステップＳ２０９において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０８で算出したシリンダ吸入空気量Ｇａ’に基づいてスモーク限界噴射量Ｑｃ’を算出する。
【００９１】
以上説明したルーチンを実行することにより、シリンダ吸入ガス中の空気量を精度良く推定することができ、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足のない適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。従って、スモークの発生量が許容限度を超えて増加したり、燃料噴射量が過剰に制限されて加速性能やドライバビリティが低下することを抑制できる。
【実施例２】
【００９２】
実施例１では、ＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率の目標値が減少する過渡状態であって、且つ、第２運転状態に応じた目標ＨＰＬＥＧＲ率及び目標ＬＰＬＥＧＲ率が共に０であるという比較的特別な場合について例示的に説明したが、本発明の思想は、より一般の過渡状態におけるシリンダ吸入空気量の推定に対しても適用することができることは論を俟たない。
【００９３】
本実施例では、ＨＰＬＥＧＲ率の目標値が、第１運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ１から第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２（＞０、Ｒｈ２＜Ｒｈ１）に変化し、ＬＰＬＥＧＲ率の目標値が、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１から第２運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２（＞０、Ｒｌ２＜Ｒｌ１）に変化する過渡状態において、シリンダ吸入空気量の推定する例について、図１０を用いて説明する。
【００９４】
図１０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１’においてＨＰＬＥＧＲ率の第２運転状態に対応する目標値Ｒｈ２への変化が完了してから、時刻ｔ２においてＬＰＬＥＧＲ率の第２運転状態に対応する目標値Ｒｌ２への変化が完了するまでの過渡期間中においては、シリンダ吸入ガスは、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１の空気と、第１運転状態に対応する
ＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１のＬＰＬＥＧＲガスと、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈ＝Ｒｈ１−Ｒｈ２に相当する割合の吸気系領域内残留ガスと、から構成されていると考える。
【００９５】
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、第１運転状態に対応する空気比率Ｒ１及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１によって決まる混合比率で新気及びＬＰＬＥＧＲガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、Ｒａ１／（Ｒａ１＋Ｒｌ１）の比率で空気を含み、Ｒｌ１／（Ｒａ１＋Ｒｌ１）の比率でＬＰＬＥＧＲガスを含むガスであると考える。
【００９６】
従って、過渡期間中のシリンダ吸入ガス中の空気比率Ｒａ’及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ’は、
【数１１】
0004946904.tif 000012
となる。ここで、上記Ｒａ’の式を変形すると、
【数１２】
0004946904.tif 000013
となる。同様に、
【数１３】
0004946904.tif 000014
となる。これは、過渡期間中においてシリンダ２に吸入されるガスのうち、第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率のＨＰＬＥＧＲガス以外のガスは、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１によって決まる混合比率で空気及びＬＰＬＥＧＲガスに分配されるとしてシリンダ吸入ガスの組成を推定していることに対応する。
【００９７】
このように推定された過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ｒａ’と、シリンダ吸入全ガス量Ｇｃｙｌ’（内燃機関１の運転状態に基づいて算出される）と、に基づいて、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量Ｇａ’を算出し、当該算出されたシリンダ吸入空気量Ｇａ’に基づいて、図１０（Ａ）に示すように過渡期間中におけるスモーク限界噴射量Ｑｃ’を設定することにより、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量に対して適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。これにより、過渡期間中における燃料噴射量が過多となってスモーク発生量が許容限度を超えて増大することや、逆に燃料噴射量に無用な制限が課せられて加速性能やドライバビリティが低下することを、抑制することができる。
【実施例３】
【００９８】
実施例１及び実施例２では、ＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率が減少する過渡状態について例示したが、本発明の思想は、ＨＰＬＥＧＲ率及びＬＰＬＥＧＲ率が増加する過渡状態におけるシリンダ吸入空気量の推定に対しても適用することができる。
【００９９】
本実施例では、ＨＰＬＥＧＲ率の目標値が、第１運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ１から第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２（＞Ｒｈ１）に変化し、ＬＰＬＥＧＲ率の目標値が、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１から第２運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ２（＞Ｒｌ１）に変化する過渡状態において、シリンダ吸入空気量を推定する例について、図１１を用いて説明する。
【０１００】
図１１（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１’においてＨＰＬＥＧＲ率の第２運転状態に対応する目標値Ｒｈ２への変化が完了してから、時刻ｔ２においてＬＰＬＥＧＲ率の第２運転状態に対応する目標値Ｒｌ２への変化が完了するまでの過渡期間中においては、シリンダ吸入ガスは、第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率Ｒｈ２の割合で含まれるＨＰＬＥＧＲガスと、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１の割合の空気から、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈ＝Ｒｈ２−Ｒｈ１に相当する割合の吸気系領域内残留ガス中に含まれる空気の分が減少した空気と、第１運転状態に対応するＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１の割合のＬＰＬＥＧＲガスから、ＨＰＬＥＧＲ率の変化分ΔＲｈに相当する割合の吸気系領域内残留ガス中に含まれるＬＰＬＥＧＲガスの分が減少したＬＰＬＥＧＲガスと、から構成されていると考える。
【０１０１】
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、第１運転状態に対応する空気比率Ｒ１及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１によって決まる混合比率で新気及びＬＰＬＥＧＲガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、
【数１４】
0004946904.tif 000015
の比率で空気を含み、
【数１５】
0004946904.tif 000016
の比率でＬＰＬＥＧＲガスを含むガスであると考える。
【０１０２】
従って、過渡期間中の空気比率Ｒａ’及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ’は、
【数１６】
0004946904.tif 000017
となる。実施例２と同様にＲａ’、Ｒｌ’の式を変形すると、
【数１７】
0004946904.tif 000018
となり、実施例２と同様の式が得られる。つまり、過渡期間中においてシリンダ２に吸入されるガスのうち、第２運転状態に対応するＨＰＬＥＧＲ率のＨＰＬＥＧＲガス以外のガスは、第１運転状態に対応する空気比率Ｒａ１及びＬＰＬＥＧＲ率Ｒｌ１によって決まる混合比率で空気及びＬＰＬＥＧＲガスに分配されるとしてシリンダ吸入ガスの組成を推定していることに対応する。
【０１０３】
このように推定された過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ｒａ’と、シリンダ吸入全ガス量Ｇｃｙｌ’（内燃機関１の運転状態に基づいて算出される）と、に基づいて、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量Ｇａ’を算出し、当該算出されたシリンダ吸入空気量Ｇａ’に基づいて、図１１（Ａ）に示すように過渡期間中におけるスモーク限界噴射量Ｑｃ’を設定することにより、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量に対して適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。これにより、過渡期間中における燃料噴射量が過多となってスモーク発生量が許容限度を超えて増大することや、逆に燃料噴射量に無用な制限が課せられて加速性能やドライバビリティが低下することを、抑制することができる。
【０１０４】
ところで、ＨＰＬＥＧＲガス及びＬＰＬＥＧＲガス中には空気が残存している場合がある。特に空気過剰率が１より大きい値に制御されることが多いディーゼルエンジンでは、排気中に残存している空気量は無視できない量になる。このような排気中の残存空気量、従ってＥＧＲガス中の空気量をも考慮してシリンダ吸入空気量の推定を行うようにすれば、シリンダ吸入空気量の推定精度をより一層高めることができる。
【０１０５】
上記各実施例によれば、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量を精度良く推定できるが、ここでいうシリンダ吸入空気量は大気から吸気通路３内に流入した新気量に対応するものである。上記各実施例によれば、シリンダ吸入新気量だけでなく、シリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガス量及びＬＰＬＥＧＲガス量も精度良く推定することができる。従って、シリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガスやＬＰＬＥＧＲガス中に含まれる残存空気量を、空気過剰率の制御値や、ＨＰＬＥＧＲ通路容積、ＬＰＬＥＧＲ通路容積、吸気系領域の容積等に基づいて推定される遅れ時間等に基づいて推定し、シリンダに吸入されるＨＰＬＥＧＲガスやＬＰＬＥＧＲガス中の残存空気量をも考慮して、シリンダ吸入空気量の推定を行うようにすれば、シリンダ吸入空気量の推定精度をより一層向上させることができる。
【０１０６】
また、上記各実施例では、吸気系領域内の残留ガス中の新気及びＬＰＬＥＧＲガスの比率を推定し、ＨＰＬＥＧＲガス量の変化分が当該比率で新気及びＬＰＬＥＧＲガスを含有する残留ガスによって置換されるという考え方に基づいて過渡状態におけるシリンダ吸入空気量を推定するようにしたが、吸気系領域内の残留ガス中に含まれる空気量を推定し、当該推定された残留ガス中の空気量に基づいてシリンダ吸入空気量を推定するどのような推定モデルを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】実施例における内燃機関、その吸気系、排気系、ＥＧＲ系、及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例におけるＥＧＲ率の制御目標値マップの一例を示す図である。
【図３】実施例におけるＨＰＬＥＧＲ装置及びＬＰＬＥＧＲ装置の切り替え制御マップの一例を示す図である。
【図４】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【図５】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【図６】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【図７】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【図８】実施例における燃料噴射制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図９】実施例におけるスモーク限界噴射量算出ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【図１１】シリンダ吸入ＥＧＲガス量の目標値が変化する過渡状態においてシリンダに吸入されるガスの組成及びスモーク限界噴射量の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     ノズルベーン
６     第１スロットル弁
７     エアフローメータ
８     インタークーラ
９     第２スロットル弁
１０   排気浄化装置
１１   コンプレッサ
１２   タービン
１３   ターボチャージャ
１４   水温センサ
１５   アクセル開度センサ
１６   クランク角度センサ
１７   吸気マニホールド
１８   排気マニホールド
１９   排気絞り弁
２０   ＥＣＵ
３０   ＬＰＬＥＧＲ装置
３１   ＬＰＬＥＧＲ通路
３２   ＬＰＬＥＧＲ弁
３３   ＬＰＬＥＧＲクーラ
４０   ＨＰＬＥＧＲ装置
４１   ＨＰＬＥＧＲ通路
４２   ＨＰＬＥＧＲ弁
４３   ＨＰＬＥＧＲクーラ
【図１】
0004946904.tif 000019
【図２】
0004946904.tif 000020
【図３】
0004946904.tif 000021
【図４】
0004946904.tif 000022
【図５】
0004946904.tif 000023
【図６】
0004946904.tif 000024
【図７】
0004946904.tif 000025
【図８】
0004946904.tif 000026
【図９】
0004946904.tif 000027
【図１０】
0004946904.tif 000028
【図１１】
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