JP2003161179A

JP2003161179A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2003161179A
Application number: JP2001361513A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kobayashi; 正明小林; Hisashi Oki; 久大木; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Daisuke Shibata; 大介柴田; Akihiko Negami; 秋彦根上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: JP3741030B2

Abstract

(57)【要約】【課題】背圧の変化に伴うＥＧＲ制御の不具合を回避
できるフィードバック制御技術を提供する。また、パテ
ィキュレートフィルタとの組み合わせにおいても最適な
ＥＧＲ制御を可能にするフィードバック制御技術を提供
する。【解決手段】ＥＧＲ装置２０等を備え、燃焼室２内に
流れ込むＥＧＲガス及び空気の割合をＥＧＲ弁２６のフ
ィードバック制御にて制御可能な内燃機関１であって、
パティキュレートフィルタ５２ｂの通気抵抗増大時等、
排気管９内の背圧が変化するときに、吸気絞り弁１３の
開度操作や、フィードバック制御上のガード値を変更す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に関し、
より詳細には、燃焼室に取り込まれる空気量を制御しな
がらの運転を要求される内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式
内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモークの排出
量を低減するため種々の対策が講じられている。この対
策の一つに、従来では、排気ガス（不活性ガス）の一部
をＥＧＲガスとして燃焼室に導入し、燃焼温度を低下さ
せることで窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減らす所謂
「ＥＧＲ制御」が一般に行われてきた。

【０００３】また、近年では、ＥＧＲ制御に加えて排気
系に排気浄化触媒を設置し、その排気浄化触媒にて排気
ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）や煤の浄化を促す排気浄
化技術も盛んに採用されるつつある。

【０００４】このように近年の排気浄化システムでは、
前処理としてのＥＧＲ制御による排気浄化と、後処理と
しての排気浄化触媒による排気浄化と、を組み合わせる
ことで、可能な限り排気ガス中に含まれる窒素酸化物
（ＮＯｘ）や煤の排出を低減する総合的な排気浄化シス
テムが主流になりつつある。

【０００５】ところで、ＥＧＲ制御は、目標空気量を達
成するための一制御として利用されることもある。すな
わち、燃焼室に取り込まれる空気量をエアフロメータの
出力から推定し、その推定した空気量と目標空気量との
差分（誤差）をＥＧＲ弁のフィードバック制御にて補正
することで、燃焼室に取り込まれる空気量を目標空気量
に収束させる空気量制御として利用されることもある。

【０００６】なお、ここで目標空気量とは、例えば、機
関要求負荷や燃焼噴射量などをパラメータとする制御マ
ップ上から算出され、その時々に要求される最適な燃焼
状態を確保するために必要とされる空気量に相当する。
また、燃焼室に取り込まれる空気量と目標空気量との間
に誤差が生じる理由は、例えば、ＥＧＲ弁や機関本体の
公差（製造誤差）を理由とする。

【０００７】また、排気浄化触媒について説明すれば、
近年では、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の浄化を目的とした
三元触媒やリーンＮＯｘ触媒に替え、新たに煤等の微粒
子をも排気浄化対象とする所謂「パティキュレートフィ
ルタ」の採用が主流となりつつある。

【０００８】このパティキュレートフィルタは、ウォー
ルフロー型に形成されたフィルタ上にＮＯｘ吸収剤を兼
ねる活性化酸素放出剤を担持してなり、フィルタ上に捕
集した微粒子を、その活性化酸素の酸化力にて強制的に
酸化燃焼せしめることで、輝炎を発することなく浄化す
る排気浄化能を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
によれば、上記したＥＧＲ制御とパティキュレートフィ
ルタとの組み合わせについて、種々の改善すべき点が見
出された。すなわち、本発明者等は、排気浄化触媒の設
置に伴う背圧の変化に着目し、その背圧の変化に起因し
たフィードバック制御の不具合の改善に努めた。

【００１０】まず、パティキュレートフィルタと背圧の
関係について考えれば、排気通路内の背圧は、パティキ
ュレートフィルタに対する微粒子の捕集具合に応じて変
化する。すなわち、微粒子の捕集量が多ければパティキ
ュレートフィルタの通気抵抗は増加し、以て背圧は上昇
する。また、微粒子の捕集量が減少すればパティキュレ
ートフィルタの通気抵抗も減り背圧も低下する。

【００１１】一方、ＥＧＲ制御中に処理されるＥＧＲ弁
のフィードバック制御では、単位時間当たりのＥＧＲ弁
の開度補正量が、機関出力への影響等を考慮し最適な値
に制限されているため、背圧の変化が大きくなるに連れ
てフィードバック制御の追従性は低下する。

【００１２】すなわち、図７に示されるように現時点で
の空気量Ｇｎと目標空気量Ｇｎ.tとの差分を要求ゲイン
ΔＧ.tと定義すれば、背圧の変化が許容範囲とされる背
圧適合時には、現時点でのＥＧＲ弁開度に対し数回のフ
ィードバック制御で空気量Ｇｎを目標空気量Ｇｎ.tに収
束させることができる。しかしながら、図８に示される
ように、背圧の変化が許容範囲を超える背圧不適合時に
は、相当の回数に亘るフィードバック制御が必要にな
る。

【００１３】つまり、背圧不適合時には、フィードバッ
ク制御の追従性が低下することから、フィードバック制
御開始当初に設定された目標空気量そのものが、既に別
の値に変化していることもある。

【００１４】また、定常運転時等には、フィードバック
制御にかかる時間を十分に確保できるが、そのフィード
バック制御の処理後におけるＥＧＲ弁の開度は、本来の
ＥＧＲ弁開度から大きく外れてしまう。すなわち、ＥＧ
Ｒガスの導入量が大幅に変化し、燃焼状態そのものを大
きく変化させる虞もある。

【００１５】このようにＥＧＲ制御とパティキュレート
フィルタの組み合わせでは、背圧の変化に起因した種々
の不具合が生じるため、相互の影響を十分に考慮しなが
らＥＧＲ制御による空気量の制御を実施する必要があ
る。

【００１６】なお、上記した種々の問題は、勿論、パテ
ィキュレートフィルタの設置に起因した背圧の変化に限
られず、例えば、排気絞り弁の作動や、消音器の劣化に
伴う背圧の変化に起因して生じることもある。すなわ
ち、上記した種々の問題は、背圧の変化に起因して生じ
る現象といえる。

【００１７】よって本発明は、背圧の変化に伴うＥＧＲ
制御の不具合を回避できるフィードバック制御技術を提
供することを課題とする。また、パティキュレートフィ
ルタとの組み合わせにおいても最適なＥＧＲ制御が可能
になるフィードバック制御技術を提供することを課題と
する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では以下の手段を採用した。すなわ
ち、本発明は、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの
一部をＥＧＲガスとして燃焼室に導き入れるＥＧＲ導入
手段と、要求された燃焼状態に応じて設定され、その燃
焼状態を達成すべく燃焼室に取り込む必要のある目標空
気量を設定する目標空気量設定手段と、その燃焼状態に
おいて燃焼室に取り込まれる空気量を算出する空気量算
出手段と、前記目標空気量設定手段にて設定した目標空
気量と前記空気量算出手段にて算出した空気量とを比較
し、その差分を要求ゲインとして算出する要求ゲイン算
出手段と、前記要求ゲインに基づき、単位時間当たりに
補正すべき空気量を補正ゲインとして算出する補正ゲイ
ン算出手段と、前記補正ゲイン算出手段にて算出する補
正ゲインにガード値を設定し、単位時間当たりの空気量
の補正に制限を加えるガード値設定手段と、前記ガード
値内にて設定した補正ゲインに従いＥＧＲ導入手段を制
御し、燃焼室に対するＥＧＲガスの導入量を調節するこ
とで、その燃焼室に取り込まれる空気量を目標空気量に
収束させる空気量補正手段と、吸気通路を通じて燃焼室
に流れ込む空気の流量を調節する空気流量調節手段と、
前記ガード値を超えての補正ゲインの算出要求がある場
合に、前記要求ゲインを減らすように前記空気流量調節
手段を制御する要求ゲイン補正手段と、を備えることを
特徴とする。

【００１９】このように構成された本発明によれば、Ｅ
ＧＲ導入手段を介して燃焼室にＥＧＲガスを取り込む。
また、目標空気量設定手段によって、その時々の燃焼状
態に必要とされる目標空気量を設定する。また、空気量
算出手段では、燃焼室に取り込まれる空気量を算出し、
要求ゲイン算出手段では、その空気量と目標空気量との
差分を要求ゲインとして算出する。

【００２０】また、補正ゲイン設定手段では、要求ゲイ
ンに基づき単位時間当たりに補正すべき空気量を補正ゲ
インとして算出する。また、ガード値設定手段では、算
出される補正ゲインにガード値を定め、単位時間当たり
における空気量の補正に制限を加える。また、空気量補
正手段では、ガード値の範囲内で設定した補正ゲインに
従いＥＧＲ導入手段を制御し、燃焼室に取り込む空気量
を目標空気量に収束させる所謂ＥＧＲ制御を実施する。

【００２１】なお、ここでガード値とは、例えば空気量
の補正に伴う機関出力の変化や、ＥＧＲガスの導入量の
変化に伴う燃焼状態の変化を考慮し決定され、当該ガー
ド値内でフィードバック制御を処理すれば、機関出力の
大幅な変化（トルクショック）や、燃焼状態の大幅な変
化等を抑制できる。

【００２２】また、空気流量調節手段は、吸気通路を通
じて燃焼室に流れ込む空気の流量を調節するための手段
である。すなわち、上記した空気量補正手段では、燃焼
室に取りこまれる空気とＥＧＲガスとの割合を変えるこ
とで、空気量を間接的に制御しているが、空気流量調節
手段では、燃焼室に流れ込む空気量を直に調節すること
で、燃焼室に取りこまれる空気量を制御する手段であ
る。なお、具体的には、吸気絞り弁や可変容量式過給装
置などをその空気流量調節手段の好まし例として例示で
きる。

【００２３】また、本構成では、ガード値を超えての補
正ゲインの算出要求がある場合に、前記要求ゲイン補正
手段にて空気流量調節手段を制御し要求ゲインを補正す
る。すなわち、ガード値を超えての補正（フィードバッ
ク）が必要な場合には、先の従来技術に説明した種々の
不具合が発生するため、燃焼室に流れ込む空気量を予め
調節することで要求ゲインを減らし、フィードバック制
御の適正化を図る。

【００２４】また、要求ゲイン補正手段に関し、前記要
求ゲイン補正手段は、前記ガード値を超えての補正ゲイ
ンの算出要求があり、且つその状態で燃焼室に取り込ま
れる空気量が目標空気量に対して少ないときに、前記吸
気通路内の空気流量を増やすように前記空気流量調節手
段を制御する構成としてもよい。また、前記ガード値を
超えての補正ゲインの算出要求があり、且つその状態で
燃焼室に取り込まれる空気量が目標空気量に対して多い
ときには、前記吸気通路内の空気流量を減らすように前
記空気流量調節手段を制御する構成としてもよい。

【００２５】すなわち、目標空気量に対し現時点での空
気量が少ないときには予め吸気通路内の空気流量を増や
して要求ゲインを減らす。逆に目標空気量に対し現時点
での空気量が多いときには予め吸気通路内の空気流量を
減らして要求ゲインを減らす。

【００２６】また、前記ＥＧＲ導入手段に関し、前記Ｅ
ＧＲ導入手段は、排気通路と吸気通路とを相互に接続す
るＥＧＲ通路、及びそのＥＧＲ通路中を流れるＥＧＲガ
スの流量を調節するＥＧＲ弁を備え、前記空気量補正手
段は、前記ＥＧＲ弁の開弁量を制御することで、燃焼室
に流れ込むＥＧＲガスと空気との割合を異ならせ、その
ＥＧＲガスと共に燃焼室に取り込まれる空気量を目標空
気量に収束させる構成としてもよい。すなわち、この構
成ではＥＧＲ通路（排気再循環通路）、ＥＧＲ弁を備え
るＥＧＲ装置でＥＧＲ導入手段を構成している。

【００２７】また、前記の内燃機関の構造について、前
記内燃機関の排気通路には、排気ガス中に含まれる微粒
子を捕集するフィルタを設けてもよい。

【００２８】また、上記した技術的課題を解決するた
め、本発明では以下の手段を採用した。すなわち、本発
明は、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部をＥ
ＧＲガスとして燃焼室に導き入れるＥＧＲ導入手段と、
要求された燃焼状態に応じて設定され、その燃焼状態を
達成すべく燃焼室に取り込む必要のある目標空気量を設
定する目標空気量設定手段と、その燃焼状態において燃
焼室に取り込まれる空気量を算出する空気量算出手段
と、前記目標空気量設定手段にて設定した目標空気量と
前記空気量算出手段にて算出した空気量とを比較し、そ
の差分を要求ゲインとして算出する要求ゲイン算出手段
と、前記要求ゲインに基づき、単位時間当たりに補正す
べき空気量を補正ゲインとして算出する補正ゲイン算出
手段と、前記補正ゲイン算出手段にて算出する補正ゲイ
ンにガード値を設定し、単位時間当たりの空気量の補正
に制限を加えるガード値設定手段と、前記ガード値を超
えての補正ゲインの算出要求がある場合に、前記要求ゲ
インの幅に応じてそのガード値を拡大するガード値補正
手段と、前記ガード値補正手段に従いＥＧＲ導入手段を
制御し、燃焼室に対するＥＧＲガスの導入量を調節する
ことで、その燃焼室に取り込まれる空気量を目標空気量
に収束させる空気量補正手段と、を備えることを特徴と
する。

【００２９】このように構成された本発明によれば、ガ
ード値を超えての補正ゲインの算出要求がある場合に、
そのガード値そのものを要求ゲインに応じて拡大する。
すなわち、ガード値の拡大に伴い補正ゲインも大きくな
るため、フィードバック制御にかかる処理時間の短縮が
図られる。

【００３０】なお、上記した種々の構成は、本発明の課
題を逸脱しない範囲で組み合わせ可能であり、例えば、
要求ゲイン補正手段にて要求ゲインを減らしつつ、ガー
ド値補正手段にてガード値を拡大するなど、本発明の課
題を逸脱しない範囲で上記した種々の構成（手段）は組
み合わせ可能である。

【００３１】また、上述した種々の制御は、ＥＧＲ導入
手段としてＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてのみ適
用可能な技術ではなく、例えば、吸・排気バルブのバル
ブタイミングを変更して燃焼室内のＥＧＲ率すなわち空
気量とＥＧＲガスの割合を制御する装置構成を備えた内
燃機関等においも有用である。すなわち、本発明でＥＧ
Ｒ導入手段とは、ＥＧＲ弁やＥＧＲ通路を備えたＥＧＲ
装置に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の実施の形態】続いて、本発明に係る内燃機関に
関し、その好適な実施形態について説明する。なお、以
下に示す内燃機関の構造は、あくまでも本発明の一実施
形態にすぎず、その詳細は、特許請求の範囲を逸脱しな
い範囲で変更可能である。

【００３３】本実施の形態に示す内燃機関１は、希薄燃
焼式内燃機関の一種である車両用ディーゼル機関であ
り、図１に示されるように４つの燃焼室２（気筒）の
他、燃料供給系、吸気系、排気系、制御系などをその主
要構成要素として備えている。

【００３４】燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレー
ル（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを
備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴
射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式
の開閉弁であり、各燃料噴射弁３は、燃料の分配管とな
るコモンレール４に接続されている。また、コモンレー
ル４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結され
ている。燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸たるクラ
ンクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動されて
いる。

【００３５】このように構成された燃料供給系では、ま
ず、燃料ポンプ６によって燃料タンク（図示略）内の燃
料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給
管５を介してコモンレール４に供給される。コモンレー
ル４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定燃
圧まで高められ、各燃料噴射弁３に分配される。そし
て、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が
開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁３を介して各燃焼
室２内に噴射される。

【００３６】一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１
３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インター
クーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気を供給す
る吸気通路を形成している。

【００３７】吸気管９は、エアクリーナボックス１０を
介して吸入される空気を吸気枝管８に導く通路を形成し
ている。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する空気を
各気筒２に分配する通路を形成している。また、吸気管
９とエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、
吸入空気の温度を測定する吸気温センサ１２を備えてい
る。

【００３８】また、エアクリーナボックス１０から吸気
絞り弁１３に至る吸気管９には、吸入した空気を圧縮す
るターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５
ａ、及びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮した
空気を冷却するインタークーラ１６を備え、さらに、タ
ーボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａの
上流には、吸気管９を通じて燃焼室２に流れ込む空気の
流量を計測するエアフロメータ１１を備えている。

【００３９】また、吸気枝管８の直上流には、吸気管９
を通じて各気筒２に流れ込む空気量を加減するために吸
気絞り弁１３（空気流量調節手段）が設けられ、吸気絞
り弁１３の開度は、ステッパモータなどにて構成された
アクチュエータ１４によって制御されている。また、吸
気絞り弁１３の直下流には、吸気枝管８内の温度を測定
する吸気温センサ７、及び吸気枝管８内の管内圧力を測
定する吸気圧センサ１７が設けられている。

【００４０】このように構成された吸気系では、まず、
機関運転に伴う負圧の発生により各燃焼室２に供給され
るべき空気がエアクリーナボックス１０内に流入する。
エアクリーナボックス１０内に流入した空気は、エアク
リーナボックス１０内にて塵や埃を除去された後、吸気
管９を経てターボチャージャ１５のコンプレッサハウジ
ング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａ
に流入した空気は、コンプレッサホイール（図示略）に
て圧縮された後、インタークーラ１６によって冷却され
る。そして、必要に応じて吸気絞り弁１３での流量調節
を受けた後、吸気枝管８内に流入する。吸気枝管８に流
入した空気は、各枝管を介して各気筒２に分配され、燃
料噴射弁３から噴射供給された燃料と共に燃焼される。
尚、エアフロメータ１１および吸気圧センサ１７等の出
力は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、
例えば、電子制御ユニット３０にて処理されるＥＧＲ弁
２６のフィードバック制御等に利用される。

【００４１】続いて、制御系について説明する。制御系
は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ
（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセ
スメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御装置）３４、入力ポ
ート３５、出力ポート３６を備えた、いわゆる電子制御
ユニット３０（ＥＣＵ）である。

【００４２】入力ポート３５には、上記した各種センサ
の出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出
する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を
検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速セ
ンサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は
直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応
する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、還元剤添加弁
６１、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ
弁２６、などが接続されている。

【００４３】また、ＲＯＭ３２には、各種装置の制御プ
ログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制
御マップ等が記録されている。また、ＲＡＭ３３では、
入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号、及
び出力ポート３６に出力された制御信号などを内燃機関
の運転履歴として記録している。ＣＰＵ３４では、ＲＡ
Ｍ３３上に記録された各種センサの出力信号およびＲＯ
Ｍ３２上に展開された制御マップを所望のプログラム上
にて比較し、その処理過程で出力された各種制御信号を
前記の出力ポート３６を介して対応する装置に出力し、
各種装置を集中管理する。

【００４４】排気系は、排気枝管１８、排気管１９を備
え、各気筒２から排出される排気ガスを機関本体外部に
排出する排気通路を形成している。また、触媒コンバー
タ５２、還元剤添加装置６０、ＥＧＲ装置２０、などを
備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や微
粒子（例えば、煤）を浄化せしめる排気浄化装置として
の機能を有している。

【００４５】まず、排気枝管１８は、各気筒２毎に設け
られた排気ポート１８ａに接続すると共にその排気ポー
ト１８ａから排出された排気ガスを集合してターボチャ
ージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形
成している。また、排気管１９は、タービンハウジング
１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成してい
る。なお、図中５９は、周知の酸化触媒コンバータであ
る。

【００４６】触媒コンバータ５２は、ケーシング５３、
及びそのケーシング５３内に設けられる各種排気浄化触
媒５２ａ，５２ｂを備え、機関本体１から排出される排
気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄化作用を有す
る。

【００４７】より詳しくは、タービンハウジング１５ｂ
の下流にケーシング５３が配置され、ケーシング５３内
には、上流側から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａ、パティ
キュレートフィルタ５２ｂの順に排気浄化触媒が設けら
れて触媒コンバータ５２が構成されている。なお、以下
の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａを単にリーン
ＮＯｘ触媒５２ａと称することもある。

【００４８】排気浄化触媒の一つであるリーンＮＯｘ触
媒５２ａは、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を主と
して浄化せしめる排気浄化作用を有している。より詳し
くは、リーンＮＯｘ触媒５２ａに流れ込む排気ガスの酸
素濃度が高いときにその排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低いとき、すな
わちリーンＮＯｘ触媒５２ａに流れ込む排気ガスの空燃
比が低いときにその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）
を二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）の形で排
気ガス中に還元・放出し、同時にその二酸化窒素（ＮＯ
₂）や一酸化窒素（ＮＯ）を排気ガス中に含まれている
未燃燃料成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸化反応せしめることで
無害な水蒸気（Ｈ₂Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）に浄化
する排気浄化能を有する。

【００４９】また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃ
ｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カ
ルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌ
ａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持し
てなる。

【００５０】なお、ここで排気浄化作用の補足説明を行
うと、本実施の形態に示す希薄燃焼式内燃機関では、通
常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われている。このため
燃焼に伴い排出される排気ガス中の酸素濃度は、上記の
還元・放出作用を促す迄に低下することは殆どなく、ま
た、排気ガス中に含まれる未燃燃焼成分（ＣＯ，ＨＣ）
の量も極僅かである。

【００５１】このため本実施の形態では、還元剤たる機
関燃料（ＨＣ）を排気ガス中に噴射供給することで、酸
素濃度の低下を促すと共にその未燃燃焼成分たる炭化水
素（ＨＣ）等を補い、排気浄化作用を促進させている。
なお、還元剤の噴射供給は、後述の還元剤添加装置６０
によって行われている。また、その詳細は後に説明す
る。

【００５２】一方のパティキュレートフィルタ５２ｂ
は、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子を酸化燃焼せ
しめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、活性
化酸素放出剤を担持したフィルタ５８を備え、そのフィ
ルタ５８上に捕集した微粒子を活性化酸素にて酸化燃焼
せしめることで除去（浄化）する排気浄化作用を備えて
いる。

【００５３】フィルタ５８単体は、図２に示されるよう
にコージライトのような多孔質材料から形成されたハニ
カム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流
路５５，５６を具備している。より具体的には、下流端
が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５と、
上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通路５
６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガス流
出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ５８に
おける縦方向及び横方向に並んで配置されている。

【００５４】また、隔壁５７の表面および内部の細孔に
は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等によって形成された担体の
層が設けられており、その担体上には、白金（Ｐｔ）等
の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過
剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵
した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担
持されている。

【００５５】なお、活性酸素放出剤としては、カリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシ
ウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金
属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロン
チウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン
（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、および
セリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選
ばれた少なくとも一つを用いることができる。

【００５６】また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウ
ム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、
ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いるとよい。

【００５７】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ５２ｂでは、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁
５７→排気ガス流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図
２矢印ａ）、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子は、
その隔壁５７を通過する過程で、その隔壁５７の表面及
び内部に捕集される。そして、隔壁５７に捕集された微
粒子は、隔壁５７（フィルタ）に流れ込む排気ガスの酸
素濃度を複数回に亘り変化させることで増加する活性化
酸素によって酸化せしめられ、ついには輝炎を発するこ
となく燃え尽きてフィルタ５８上から除去される。

【００５８】このように本実施の形態では、排気通路に
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａおよびパティキュレートフ
ィルタ５２ｂを配置することで排気ガス中に含まれるＮ
Ｏｘおよび煤などの微粒子を浄化している。

【００５９】なお、本実施の形態では、上記したように
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａとパティキュレートフィル
タ５２ｂとを直列に配置している。この理由としては、
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａでの酸化・還元反応に伴う
反応熱を利用してパティキュレートフィルタ５２ｂを昇
温させる、および吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａにおける
酸化・還元反応に起因して放出される吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒５２ａからの活性化酸素をパティキュレートフィル
タ５２ｂの排気浄化作用に利用する、などの理由に基づ
く。なお、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａは、上記でも明
らかなように、活性化酸素放出剤と略同様の物質を担持
してなる。したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａ
は、活性化酸素放出剤としての機能を有すると言える。

【００６０】還元剤添加装置６０は、還元剤添加弁６
１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、燃圧セン
サ６３、緊急遮断弁６６、などを備え、必要に応じて適
切量の還元剤（機関燃料）を触媒コンバータ５２上流の
排気通路内に添加している。

【００６１】還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合
部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する
電気式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料
ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添
加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６
４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤
供給路６２内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧セ
ンサ６３は、還元剤供給路６２内の燃圧を検出してい
る。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異
常が生じたとき、その還元剤供給路６２内への燃料供給
を停止する。

【００６２】このように構成された還元剤添加装置６０
では、燃料ポンプ６から吐出された燃料が、燃圧制御バ
ルブ６４によって所定燃圧に維持された後、還元剤供給
路６２を通じて還元剤添加弁６１に供給される。そし
て、還元剤添加弁６１に所定電圧が印可され開弁状態に
なると、その還元剤供給路６２内の燃料は還元剤添加弁
６１を通じて排気枝管１８内に噴射供給される。排気枝
管１８に供給された燃料（還元剤）は、タービンハウジ
ング１５ｂ内にて撹拌された後、排気管１９を経て触媒
コンバータ５２に流入する。よって、触媒コンバータ５
２には、酸素濃度が低く、また、未燃燃焼成分たる炭化
水素（ＨＣ）混じりの排気ガスが流れ込むこととなり、
その結果、上記の排気浄化作用が促進されることとな
る。

【００６３】続いて、ＥＧＲ装置２０について説明す
る。ＥＧＲ装置２０は、本発明で言うＥＧＲ導入手段に
相当し、ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲ弁２６、ＥＧＲ装置２
０用の酸化触媒２８、ＥＧＲクーラ２７等を備える。

【００６４】ＥＧＲ通路２５は、排気枝管１８と吸気枝
管８とを接続する通路を形成している。ＥＧＲ弁２６
は、ＥＧＲ通路２５と吸気枝管８との接続部分に設けら
れた電気式の開閉弁であり、電子制御ユニット３０内に
て処理されるＥＧＲ制御等に基づき、ＥＧＲ通路２５内
を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）量の調節を行ってい
る。ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８は、排気枝管１８
とＥＧＲクーラ２７とを接続するＥＧＲ通路２５中に配
置され、排気枝管１８から周り込むＥＧＲガスたる排気
ガス中の未燃燃料成分の浄化する。ＥＧＲクーラ２７
は、機関冷却水を熱媒体として、ＥＧＲ通路２５内を流
れる排気ガスの冷却を行っている。なお、以下の説明で
は、ＥＧＲ通路２５を流れる排気ガスをＥＧＲガスと称
することもある。

【００６５】このように構成されたＥＧＲ装置２０によ
れば、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部が、ＥＧ
Ｒ弁２６の開弁量に即した流量でＥＧＲ通路２５内に流
入する。また、ＥＧＲ通路２５内に流入したＥＧＲガス
（排気ガス）は、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８を経
てＥＧＲクーラ２７に流入する。ＥＧＲクーラ２７に流
入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７を通過する際に
冷却されて吸気枝管８に流れ込む。そして、吸気枝管８
内に流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８上流から流れ込
む空気と混ざり合いつつ各燃焼室２に流れ込み、燃料噴
射弁３から噴射された機関燃料と共に燃焼される。

【００６６】なお、ＥＧＲガスとなる排気ガス中には、
水蒸気（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）などの不活性ガ
スが含まれている。このためその不活性ガスたる排気ガ
スが燃焼室２内に流入すると、その排気ガスの混入に起
因して燃焼温度は低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成
が抑制される。また、ＥＧＲガスの導入に伴い、燃焼室
２内の酸素量は減少するため、この点においても窒素酸
化物（ＮＯｘ）と酸素（Ｏ₂）との結びつきが抑制さ
れ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出抑制に寄与する。

【００６７】ところで、上記した内燃機関１では、機関
要求出力を満たすため、また、安定した燃焼状態を確保
するなど、その時々に要求される燃焼状態を達成するた
めに目標空気量が設定される。この目標空気量は、例え
ば、機関要求負荷や燃料噴射量などをパラメータとする
制御マップ上から算出され、この例では目標空気量に相
当する空気量（吸気量）と適切量の燃焼噴射とがあっ
て、その機関要求負荷を満たす燃焼状態が成立する。な
お、ここで説明した目標空気量の設定は、あくまでも一
例であり、例えば、触媒コンバータ５２を急速に昇温さ
せる所謂「低温燃焼」時においても、目標空気量の設定
は実施される。

【００６８】また、上記したＥＧＲ装置２０の説明に絡
み、ＥＧＲガスの導入量と、燃焼室２内に取り込まれる
空気量とは、そのそれぞれが相互に混合した状態で燃焼
室２内に流れ込むため相関関係にある。換言すれば、Ｅ
ＧＲガスの導入量を調節することで、燃焼室２に流れ込
む空気量を制御できる。また、ＥＧＲガスの導入量は、
ＥＧＲ弁２６の開度に略比例するため、ＥＧＲ制御にて
ＥＧＲ弁２６の開度制御を行えば燃焼室２内に流れ込む
空気量を制御できる。

【００６９】したがって、本実施形態では、ＥＧＲ弁２
６の開度と目標空気量とをパラメータにする空気量制御
マップを準備し、その空気量制御マップから読み出した
ＥＧＲ弁開度に従いＥＧＲ弁２６を制御し目標空気量に
相当する空気を各燃焼室２に取り込んでいる。

【００７０】しかしながら、実際には公差（機差）の影
響を受けるため、上記の空気量制御マップのみでは対応
できないのが現状である。なお、ここで公差とは、機関
本体１やターボチャージャ１５、及びＥＧＲ弁２６の製
造時期や製造工場などの違いによって生じる製造誤差を
意味する。

【００７１】そこで本実施の形態では、燃焼室２に取り
込まれた空気量と目標空気量との差分に基づきＥＧＲ弁
２６のフィードバック制御を実施することで、その空気
量の誤差（差分）の吸収に努めている。すなわち、ＥＧ
Ｒ弁２６の開度を補正し、燃焼室２に取り込まれる空気
量を目標空気量に収束させる空気量制御としてのＥＧＲ
制御を実施する。

【００７２】なお、図３は、縦軸に空気量（Ｇｎ）、横
軸にＥＧＲ弁開度をとるＧｎ−ＥＧＲ弁開度特性図であ
る。また、図中の曲線Ｉ，II，IIIは、その時々におけ
るＥＧＲ弁２６の開度に対応した空気量Ｇｎを示すＧｎ
−ＥＧＲ弁開度曲線であり、上から、Ｉ：理論上のＧｎ
−ＥＧＲ弁開度曲線、II：公差影響時のＧｎ−ＥＧＲ弁
開度曲線、III：背圧上昇時のＧｎ−ＥＧＲ弁開度曲線
になっている。なお、IIIに示す背圧上昇時のＧｎ−Ｅ
ＧＲ弁開度曲線については、後に詳述する。

【００７３】また、Ｇｎ−ＥＧＲ弁開度曲線の利用方法
について説明すれば、縦軸上に目標空気量Ｇｎ.tを設定
し、その目標空気量Ｇｎ.tとＧｎ−ＥＧＲ弁開度曲線と
の交点を辿ることで、目標空気量Ｇｎ.tの確保に必要と
されるＥＧＲ弁開度を算出できる。また、逆を言えば、
ＥＧＲ弁２６の開度を定め、そのＥＧＲ弁開度とＧｎ−
ＥＧＲ弁開度曲線との交点を辿れば、ＥＧＲ弁２６の開
度に対応した現時点での空気量を推定できる。なお、Ｇ
ｎ−ＥＧＲ弁開度曲線は、各種予備実験等にて把握可能
である。

【００７４】なお、以下の説明では、理論上のＧｎ−Ｅ
ＧＲ弁開度曲線を曲線Ｉ、公差影響時のＧｎ−ＥＧＲ弁
開度曲線を曲線II、背圧上昇時のＧｎ−ＥＧＲ弁開度曲
線を曲線IIIと称することもある。

【００７５】まず、曲線Ｉについて説明する。曲線Ｉ
は、ＥＧＲ弁開度の設定変更のみで目標空気量Ｇｎ.tに
相当する空気量を確保できる状態であり、この状態で
は、ＥＧＲ弁２６のフィードバック制御を実施すること
なく、目標空気量Ｇｎ.tに相当する空気量が得られる。

【００７６】より詳しくは、図中Ｇｎ₁に目標空気量Ｇ
ｎ.tを設定すれば、ＥＧＲ弁開度Ｅ₁で目標空気量Ｇｎ.
tに相当する空気量Ｇｎ₁が得られる。なお、曲線Ｉとの
関係で言えばＥＧＲ弁開度Ｅ₁と曲線Ｉとの交点ａから
目標空気量Ｇｎ.tに相当する空気量Ｇｎ₁が導かれる。

【００７７】しかしながら、実際に上述の如く公差の影
響を受けるため、事実上、曲線II上でＧｎ−ＥＧＲ弁開
度曲線が成り立つ。すなわち、公差の影響を受けた場
合、空気量Ｇｎは、同ＥＧＲ弁開度Ｅ₁において目標空
気量Ｇｎ.tに対して小さい値、若しくは大きい値にな
る。

【００７８】なお、図３の曲線IIは、目標空気量Ｇｎ.t
に対して空気量Ｇｎが少なく方向に公差の影響が生じた
場合を想定したものであり、ＥＧＲ弁開度Ｅ₁において
の空気量は、図３に示すように空気量Ｇｎ₂になる（Ｇ
ｎ.t＞Ｇｎ₂）。なお、曲線IIとの関係で言えばＥＧＲ
弁開度Ｅ₁と曲線IIとの交点ｂから空気量Ｇｎ₂が導かれ
る。

【００７９】そこで、本実施の形態では、曲線II上でＥ
ＧＲ弁２６のフィードバック制御を実施し、空気量Ｇｎ
₂を目標空気量Ｇｎ.tに収束させている。すなわち、Ｅ
ＧＲ弁開度Ｅ₁をＥＧＲ弁開度Ｅ₂に補正し（図中矢印
Ｆ）、空気量Ｇｎ₂を目標空気量Ｇｎ.tに持ち上げる。
なお、図３との対応で言えば、図中Ｃ点がフィードバッ
ク制御後の空気量Ｇｎに相当する。

【００８０】なお、図４には、ＥＧＲ弁２６のフィード
バック制御において処理される処理ルーチンを示してい
る。また、図４に示す処理ルーチンは、電子制御ユニッ
ト３０内にて処理され、本発明でいう目標空気量設定手
段、空気量算出手段、要求ゲイン算出手段、補正ゲイン
算出手段、空気量補正手段の制御系を構成している。す
なわち、上記した種々の手段は、図４に示す処理ルーチ
ンを処理するための制御プログラム、また、その制御プ
ログラムを処理する上で必要とされる各種ハード構成か
ら成り立っている。

【００８１】以下、図４を参照し、上記各種手段を踏ま
えながら曲線II上で処理されるＥＧＲ弁２６の基本フィ
ードバック制御について説明する。

【００８２】まず、電子制御ユニット３０では、内燃機
関の始動を受け（ステップ１０１）、ＥＧＲガスを導入
すべき燃焼状態か否かを判定する（ステップ１０２）。
なお、ステップ１０２での判定基準について一例を示す
と、電子制御ユニット３０では、比較的酸素濃度が高く
ＥＧＲガスの導入に起因したスモークの発生量が少ない
中負荷運転領域や、先に説明した低温燃焼の要求時など
にＥＧＲガスを導入すべき燃焼状態と判定している。な
お、ここで例示した判定基準は、勿論、一例である。

【００８３】続いて、電子制御ユニット３０では、要求
された燃焼状態を達成すべく燃焼室２に取り込む目標空
気量Ｇｎ.tを設定し（ステップ１０３）、その設定した
目標空気量Ｇｎ.tに対応する開度でＥＧＲ弁２６を開弁
する（ステップ１０４）。すなわち、ステップ１０３で
本発明に係る目標空気量設定手段が構成されている。ま
た、目標空気量Ｇｎ.tに対応したＥＧＲ弁２６の開度
は、図３に示すＥＧＲ弁開度と目標空気量Ｇｎ.tとの相
関関係をマップ化したＥＧＲ弁開度算出マップ等にて算
出可能である。

【００８４】続いて、電子制御ユニット３０では、エア
フロメータ１１の出力を読み込み、その出力から現時点
でのＥＧＲ弁開度に対応した空気量Ｇｎを算出する（ス
テップ１０５）。続いて、上記ステップ１０３にて設定
した目標空気量Ｇｎ.tと上記ステップ１０５にて算出し
た空気量Ｇｎとを比較し、その差分（目標空気量Ｇｎ.t
−空気量Ｇｎ）を、要求ゲインΔＧ.tとして算出する
（ステップ１０６）。すなわち、ステップ１０５で本発
明に係る空気量算出手段が構成され、ステップ１０６
で、要求ゲイン算出手段が構成される。

【００８５】続いて、電子制御ユニット３０では、次式
１の如く、前記ステップ１０６にて算出した要求ゲイン
ΔＧ.tに基づき、単位時間当たりに補正すべき補正ゲイ
ンΔＧを算出する（ステップ１０７）。

【００８６】

【数１】補正ゲインΔＧ＝要求ゲインΔＧ.t × 補正定数Ｋ・・・［式１］

【００８７】なお、ここで補正定数Ｋは、ＥＧＲ弁２６
の開度補正に伴うオーバーシュート特性やアンダーシュ
ート特性を考慮し、適切な値で設定されている。

【００８８】また、本実施の形態では、空気量Ｇｎの大
幅な変化に起因した機関出力の変動（トルクショック）
を回避するため、補正ゲインΔＧにガード値ΔＧ.limit
を設定している。なお、ガード値ΔＧ.limitは、各種予
備実験などにて求められる数値であり、電子制御ユニッ
ト３０では、当該ガード値ΔＧ.limitの範囲内で空気量
Ｇｎの補正ゲインΔＧを決定する（補正ゲインΔＧ＜ガ
ード値ΔＧ.limit）。また、ステップ１０７で本発明に
係る補正ゲイン算出手段およびガード値設定手段を構成
している。

【００８９】続いて、電子制御ユニット３０では、ステ
ップ１０７にて算出した補正ゲインΔＧに従いＥＧＲ弁
２６の開度補正を行い、空気量Ｇｎを目標空気量Ｇｎ.t
に近づける（ステップ１０８）。また、ステップ１０８
の処理後、未だ目標空気量Ｇｎ.tに到達していないと判
断したときには（ステップ１０９）、再度ステップ１０
５からステップ１０８に至る処理ルーチンを繰り替え
し、最終的に空気量Ｇｎを目標空気量Ｇｎ.tに収束させ
る。すなわち、ＥＧＲ弁２６のフィードバック制御を実
施し、目標空気量Ｇｎ.tに対する空気量Ｇｎの誤差を吸
収している。また、ステップ１０８、ステップ１０９、
及びＥＧＲ弁２６で本発明に係る空気量補正手段が構成
される。

【００９０】ところで、本実施の形態に示す内燃機関
は、その排気系にパティキュレートフィルタ５２ｂを備
えている。したがって、パティキュレートフィルタ５２
ｂに対する微粒子の捕集量（付着量）に応じて排気管１
９（排気通路）内の背圧は大きく変化する。また、パテ
ィキュレートフィルタ５２ｂの設置に起因した背圧の変
化は、上記した公差の影響に対して遙かに大きい影響を
ＥＧＲ制御に及ぼす。したがって、本実施の形態に示す
内燃機関では、図３に示されるように曲線Ｉから大きく
ズレた位置にＧｎ−ＥＧＲ弁開度曲線（曲線III）が成
立し、このような状況では、大幅なＥＧＲ弁２６の開度
補正が必要になる。

【００９１】すなわち、図３を参照して説明すれば、背
圧の上昇時には、図中交点ｄで導かれるようにＥＧＲ弁
開度Ｅ₁において空気量Ｇｎ₃になる（Ｇｎ.t＞Ｇｎ₂＞
Ｇｎ₃）。したがって、空気量Ｇｎ₃を目標空気量Ｇｎ.t
に補正するには、ＥＧＲ弁２６の開度を大幅に減らして
空気量を増やす必要がある（図３中矢印Ｆ'参照）。

【００９２】しかしながら、上述の如くＥＧＲ弁２６の
フィードバック制御では、ガード値ΔＧ.limitの範囲内
にて補正ゲインΔＧを設定するため、要求ゲインΔＧ.t
が広がるに連れてフィードバック制御の追従性も低くな
る（図７及び図８参照）。また、ＥＧＲ弁２６の大幅な
開度補正に伴い、ＥＧＲガスと空気の割合が変化し、燃
焼状態（燃焼形態）そのものを変える虞もある。すなわ
ち、ＥＧＲ弁２６のフィードバック制御にて処理可能な
空気量の補正には限界がある。

【００９３】なお、目標空気量Ｇｎ.tを基準にした場合
において、機関出力の変動や、燃焼状態の変化が許容さ
れるＥＧＲ弁２６の開度補正領域は、図３中領域Ｘとな
る。また、図３中領域Ｘの幅は各種予備実験にて把握可
能であり、電子制御ユニット３０では、領域Ｘに相当す
る要求ゲインを最大許容要求ゲインΔＧ.maxとして記録
している。

【００９４】そこで本実施の形態では、背圧の変化を考
慮し、以下に示すフィードバック制御補正プログラム
（以下、単に、補正プログラムと称す）を上記フィード
バック制御と共に処理することで、フィードバック制御
の適性化を図っている。

【００９５】なお、図５に示すフローチャートは、本補
正プログラムで処理する処理ルーチンの一例である。

【００９６】まず、本補正プログラムでは、上記したス
テップ１０７の処理後、そのステップ１０７にて本来算
出すべき補正ゲインΔＧが、ガード値ΔＧ.limitを超え
ての補正ゲインであるか否かを判定する（ステップ２０
１）。すなわち、ガード値ΔＧ.limitを超えての補正要
求であるか否かを判定する。

【００９７】続いて、電子制御ユニット３０では、ガー
ド値ΔＧ.limitを超えての補正要求であると判断したと
きには、上記ステップ１０８に従いガード値ΔＧ.limit
内での開度補正を処理する。なお、ここでいうＥＧＲ弁
２６の開度補正は、図４に示す処理ルーチン上にて処理
するため、本処理ルーチンでは、ステップ１０８の処理
に要する時間（所定時間）をカウントした後（ステップ
２０２）、次なるステップ２０３に移行する。また、ス
テップ２０１にて否定判定したときには、基本のフィー
ドバック制御にて空気量Ｇｎの補正が可能と判断し、本
処理ルーチンを一旦終了する。

【００９８】続く、ステップ２０３では、ＥＧＲ弁２６
の開度補正後に出力されたエアフロメータ１１の出力か
ら開度補正後の空気量Ｇｎ'を算出し、当該空気量Ｇｎ'
と目標空気量Ｇｎ.tとを比較して要求ゲインΔＧ.t'を
算出する（ステップ２０３）。なお、本ステップ２０３
では、要求ゲインΔＧ.t'の大きさのみの判定で足り、
絶対値にて要求ゲインΔＧ.t'を把握している（|目標空
気量Ｇｎ.t−空気量Ｇｎ'|＝要求ゲインΔＧ.t'）。

【００９９】続いて、電子制御ユニット３０では、上記
した最大許容要求ゲインΔＧ.maxと、ステップ２０３に
て算出した要求ゲインΔＧ.t'とを比較し（ステップ２
０４）、要求ゲインΔＧ.t'が最大許容要求ゲインΔＧ.
maxを超えていると判定したときには、本補正プログラ
ムによるフィードバック制御の適性化が必要であると判
断し、補正要求フラグを成立させる（ステップ２０
５）。また、最大許容要求ゲインΔＧ.maxに達していな
いと判定したときには、通常のフィードバック制御の継
続にて要求ゲインΔＧ.t'の補正が可能と判断し、本処
理ルーチンを一旦終了する。

【０１００】続いて、電子制御ユニット３０では、クラ
ンク角センサの出力や単位時間あたりの燃料噴射量を読
み込み、現在の運転状態が定常運転にあるか否かを判定
する（ステップ２０６）。そして、定常運転である判断
したときには、フィードバック制御の適正化を図るべく
吸気絞り弁１３の開度制御を開始する。すなわちフィー
ドバック制御の補正を開始する。

【０１０１】まず、フィードバック制御の補正において
電子制御ユニット３０では、ステップ２０６の処理後、
要求ゲインΔＧ.t'に基づき吸気絞り弁１３の制御方向
を決定する（ステップ２０７）。なお、制御方向の決定
とは、吸気絞り弁１３を開弁させる方向に制御するか、
逆に閉弁する方向に制御するかを決定するものであり、
要求ゲインΔＧ.t'の正負を判定することで、その制御
方向が決定される。

【０１０２】すなわち、本ステップ２０７では、背圧の
中央値（標準値）に対して現時点での背圧がどのように
変化しているかを要求ゲインΔＧ.t'の正負から判定し
（要求ゲインΔＧ.t'＞０）、その判定結果に応じて吸
気絞り弁１３の制御方向を決定する。

【０１０３】続いて、電子制御ユニット３０では、ステ
ップ２０７の処理において、目標空気量Ｇｎ.tに対して
空気量Ｇｎ'が少なすぎると判定したときには（要求ゲ
インΔＧ.t＞０）、吸気絞り弁１３の開弁し、吸気管９
（吸気通路）内を流れる空気の流量を予め増大させるこ
とで要求ゲインΔＧ.t'を減らす（ステップ２０８）。
また、ステップ２０７の処理において、目標空気量Ｇ
ｎ.tに対して実際の空気量Ｇｎが多すぎると判定したと
きには（要求ゲインΔＧ.t＜０）、吸気絞り弁１３を閉
弁し、吸気管９内を流れる空気の流量を予め減らしてお
くことで要求ゲインΔＧ.t'を減らす（ステップ２０
９）。そして、電子制御ユニット３０では、前記ステッ
プ１０８以降の処理ルーチンにてフィードバック制御を
継続させる。

【０１０４】なお、吸気絞り弁１３の開度操作量は、定
常運転時等に学習された単位開度操作量当たりの空気変
化量から算出されている。すなわち、要求ゲインΔＧ.
t'が最大許容要求ゲインΔＧ.max以下になるように吸気
絞り弁１３の開度操作量を設定し、その設定した開度操
作量に基づき吸気絞り弁１３の開度操作を行う。つま
り、ステップ２０７以降の処理ルーチンでは、要求ゲイ
ンΔＧ.t'が最大許容要求ゲインΔＧ.max以下となるよ
うに吸気絞り弁１３（空気流量調節手段）を制御する。

【０１０５】このように本補正プログラムでは、吸気絞
り弁１３の開度を操作し、燃焼室２に流れ込む空気の絶
対量を予め変化させておくことで、要求ゲインΔＧ.t’
を減らし、フィードバック制御の追従性を高めている。
また、このように本補正プログラム、及び補正プログラ
ムを処理するために必要なハード構成で本発明に係る要
求ゲイン補正手段が構成される。

【０１０６】なお、図３を参照して説明すれば、本補正
プログラムの処理後には、曲線IIIが、吸気絞り弁１３
の開弁により全体的にかさ上げされるため、曲線II及び
曲線Ｉに寄る。また、曲線IIが、曲線IIや曲線Ｉの上方
に成立する場合には、吸気絞り弁１３の閉弁により曲線
IIIが全体的に下がるため曲線IIや曲線Ｉに寄る。

【０１０７】よって、ＥＧＲ弁２６の開度補正領域Ｘ内
にてフィードバック制御が処理されるため、以て、ＥＧ
Ｒ弁２６のフィードバック制御に伴う機関出力の変動や
燃焼状態の変化等が抑制される。

【０１０８】なお、上記した処理ルーチンは、本発明の
一実施形態であり、その詳細は所望に応じて変更可能で
ある。例えば、補正要求フラグの成立条件の一つに要求
ゲインΔＧ.t'が最大許容要求ゲインΔＧ.maxを超える
ことを挙げているが（ステップ２０４参照）、前記ステ
ップ２０４に替え、再度、補正ゲインΔＧを算出し、そ
の補正ゲインΔＧがガード値ΔＧ.limitを超える要求で
あるときにおいても補正要求フラグの成立要件を満たす
ことができる。

【０１０９】また、単に、ステップ２０１の処理にてガ
ード値ΔＧ.limitを超えての補正ゲインΔＧの算出要求
があったことのみを条件として補正要求フラグを成立さ
せることも可能である。また、先のステップ１０６にて
算出した要求ゲインΔＧ.tが最大許容要求ゲインΔＧ.m
axを超えたことを条件として補正要求フラグを成立させ
ることも可能である。

【０１１０】また、上記した補正プログラムのステップ
２０８及びステップ２０９の処理後、要求ゲインΔＧ.
t'が最大許容要求ゲインΔＧ.maxより少なくなったこと
を確認して、本処理ルーチンを終了させるようにしても
よい。この場合、未だ要求ゲインΔＧ.t'が最大許容要
求ゲインΔＧ.maxに至らない時には、引き続きステップ
２０８若しくはステップ２０９を処理し、要求ゲインΔ
Ｇ.t'を最大許容要求ゲインΔＧ.maxに抑えるようにす
る。

【０１１１】また、上記した補正プログラムでは、吸気
絞り弁１３の開度操作でフィードバック制御の適性化を
図るが、以下に示す補正制御においてもフィードバック
制御の適性化を図れる。以下、図６を参照し、そのフィ
ードバック制御の適性化について説明する。

【０１１２】まず、電子制御ユニット３０では、補正要
求フラグの成立後（ステップ２０５）、要求ゲインΔ
Ｇ.t'の幅に応じてガード値ΔＧ.limitを拡大し（ステ
ップ３０１）、その拡大したガード値ΔＧ.limit'内で
補正ゲインΔＧ’を算出する（ステップ３０２）。そし
て、電子制御ユニット３０では、補正ゲインΔＧ'に従
い、ステップ１０８以降のＥＧＲ弁２６のフィードバッ
ク制御を処理させる（ステップ３０３）。

【０１１３】この補正方法によれば、ガード値ΔＧ.lim
itを超えての補正ゲインΔＧの算出要求がある場合に、
ガード値ΔＧ.limitを拡大し、その拡大したガード値Δ
Ｇ.limit'内にて補正ゲインΔＧ'を算出するため、算出
した補正ゲインΔＧ'は先の補正ゲインΔＧに対して大
きくなる（ΔＧ’＞ΔＧ）。なお、ガード値ΔＧ.limit
の拡大は、その数値そのもを大きくする他、上記した数
式１において補正定数Ｋを大きくすることによっても達
成される。

【０１１４】このように新たに算出した補正ゲインΔ
Ｇ'に従い空気量Ｇｎを補正すれば、単位時間当たりの
空気量変化は大きくなり、空気量Ｇｎを早期に目標空気
量Ｇｎ.tに収束させることができる。また、ガード値Δ
Ｇ.limit'は、要求ゲインΔＧ.t'の幅（広さ）に応じて
拡大されるため、フィードバック制御上のオーバーシュ
ート（過応答）も回避される。

【０１１５】なお、ガード値ΔＧ.limitの拡大に伴い、
そのフィードバック制御期間中における機関出力の変化
量は大きくなるが、例えば、急加速時など、目標空気量
Ｇｎ,tの確保が優先されるような状況では、制御上の数
値変更のみでフィードバック制御の適性化を図れる本制
御が有用である。したがって、上記した吸気絞り弁１３
の開度制御を処理する補正プログラムと、ガード値Δ
Ｇ.limitを拡大する補正プログラムの双方を準備してお
き、その時々に要求される運転条件に応じて補正プログ
ラムを切り換えれば、さらに最適なフィードバック制御
が実施され、以て、ドライバビィリティーの向上、及び
排気浄化率の向上等が図られる。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、上記した
種々のフィードバック制御補正プログラムを有するた
め、背圧の変化に伴うＥＧＲ制御（フィードバック制
御）の不具合を回避できる。また、背圧の変化に伴うＥ
ＧＲ制御の不具合を回避できるため、パティキュレート
フィルタとの組み合わせにおいても最適なＥＧＲ制御が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る内燃機関の概略構成図。

【図２】排気通路に設置されたパティキュレートフィル
タの断面構造を示す図。

【図３】本実施形態に示す内燃機関のＧｎ−ＥＧＲ弁開
度曲線図。

【図４】本実施形態に係るＥＧＲ制御の基本フィードバ
ック制御を説明するためのフローチャート。

【図５】本実施形態に係るフィードバック制御補正プロ
グラムの一実施例を説明するためのフローチャート。

【図６】図５に示すフィードバック制御補正プログラム
の変更例を示すフローチャート。

【図７】背圧適合時のフィードバック制御による空気量
の経時変化を示す図。

【図８】背圧不適合時のフィードバック制御による空気
量の経時変化を示す図。

【符号の説明】

１内燃機関（機関本体）１ａクランクシャフト２燃焼室（気筒）３燃料噴射弁４コモンレール５燃料供給管６燃料ポンプ８吸気枝管７吸気温センサ９吸気管（吸気通路））１０エアクリーナボックス１１エアフロメータ１２吸気温センサ１３吸気絞り弁１４アクチュエータ１５ターボチャージャ１５ａコンプレッサハウジング１５ｂタービンハウジング１６インタークーラ１７吸気圧センサ１８排気枝管１８ａ排気ポート１９排気管（排気通路）２０ＥＧＲ装置２５ＥＧＲ通路２６ＥＧＲ弁２７ＥＧＲクーラ２８ＥＧＲ装置用の酸化触媒３０電子制御ユニット３１双方向性バス３５入力ポート３６出力ポート３７Ａ／Ｄ変換器３８駆動回路４０アクセルペダル４１負荷センサ４２クランク角センサ４３車速センサ５２触媒コンバータ５２ａ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ｂパティキュレートフィルタ５３ケーシング５５排気ガス流入通路５５ａ栓５６排気ガス流出通路５６ａ栓５７隔壁５８フィルタ５９酸化触媒コンバータ６０還元剤添加装置６１還元剤添加弁６２還元剤供給路６３燃圧センサ６４燃圧制御バルブ６６緊急遮断弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３６０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３６０Ｃ４Ｄ０５８ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｋ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ５５０Ｒ５７０５７０Ｊ // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ (72)発明者林孝太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者曲田尚史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者石山忍愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者柴田大介愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者根上秋彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA05 BA04 BA06 CA06 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA13 FA23 GA01 GA02 GA04 GA06 GA12 GA25 3G084 AA01 AA03 BA05 BA20 CA03 CA04 DA10 EA04 EA11 EB08 EB13 EC01 EC03 FA02 FA05 FA07 FA10 FA11 FA33 3G090 AA02 BA01 DA01 DA09 DA15 DA18 DA19 DA20 EA02 EA05 EA06 EA07 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 BA01 DC03 DC08 DG07 DG08 EA01 EA02 EB05 EC02 FA15 GA03 HA01X HA01Z HA04Z HA05Z HB03X HB03Z HE01Z HE03Z HF08Z HF21Z 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 JA21 KA06 LA03 LB11 LB13 LC03 NA06 NA08 NB03 NB13 NC02 ND02 ND05 NE01 NE02 PA01A PA01Z PA07Z PA10Z PE01Z PE03Z PF01Z PF03Z 4D058 JA32 MA44 MA51 SA08 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一
部をＥＧＲガスとして燃焼室に導き入れるＥＧＲ導入手
段と、要求された燃焼状態に応じて設定され、その燃焼状態を
達成すべく燃焼室に取り込む必要のある目標空気量を設
定する目標空気量設定手段と、その燃焼状態において燃焼室に取り込まれる空気量を算
出する空気量算出手段と、前記目標空気量設定手段にて設定した目標空気量と前記
空気量算出手段にて算出した空気量とを比較し、その差
分を要求ゲインとして算出する要求ゲイン算出手段と、前記要求ゲインに基づき、単位時間当たりに補正すべき
空気量を補正ゲインとして算出する補正ゲイン算出手段
と、前記補正ゲイン算出手段にて算出する補正ゲインにガー
ド値を設定し、単位時間当たりの空気量の補正に制限を
加えるガード値設定手段と、前記ガード値内にて設定した補正ゲインに従いＥＧＲ導
入手段を制御し、燃焼室に対するＥＧＲガスの導入量を
調節することで、その燃焼室に取り込まれる空気量を目
標空気量に収束させる空気量補正手段と、吸気通路を通じて燃焼室に流れ込む空気の流量を調節す
る空気流量調節手段と、前記ガード値を超えての補正ゲインの算出要求がある場
合に、前記要求ゲインを減らすように前記空気流量調節
手段を制御する要求ゲイン補正手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】前記要求ゲイン補正手段は、前記ガード値
を超えての補正ゲインの算出要求があり、且つその状態
で燃焼室に取り込まれる空気量が目標空気量に対して少
ないときに、前記吸気通路内の空気流量を増やすように
前記空気流量調節手段を制御することを特徴とする請求
項１に記載の内燃機関。
【請求項３】前記要求ゲイン補正手段は、前記ガード値
を超えての補正ゲインの算出要求があり、且つその状態
で燃焼室に取り込まれる空気量が目標空気量に対して多
いときに、前記吸気通路内の空気流量を減らすように前
記空気流量調節手段を制御することを特徴とする請求項
１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】前記ＥＧＲ導入手段は、排気通路と吸気通
路とを相互に接続するＥＧＲ通路、及びそのＥＧＲ通路
中を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁を備
え、前記空気量補正手段は、前記ＥＧＲ弁の開弁量を制御す
ることで、燃焼室に流れ込むＥＧＲガスと空気との割合
を異ならせ、そのＥＧＲガスと共に燃焼室に取り込まれ
る空気量を目標空気量に収束させることを特徴とする請
求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項５】前記内燃機関の排気通路には、排気ガス中
に含まれる微粒子を捕集するフィルタが設けられている
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃
機関。
【請求項６】内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一
部をＥＧＲガスとして燃焼室に導き入れるＥＧＲ導入手
段と、要求された燃焼状態に応じて設定され、その燃焼状態を
達成すべく燃焼室に取り込む必要のある目標空気量を設
定する目標空気量設定手段と、その燃焼状態において燃焼室に取り込まれる空気量を算
出する空気量算出手段と、前記目標空気量設定手段にて設定した目標空気量と前記
空気量算出手段にて算出した空気量とを比較し、その差
分を要求ゲインとして算出する要求ゲイン算出手段と、前記要求ゲインに基づき、単位時間当たりに補正すべき
空気量を補正ゲインとして算出する補正ゲイン算出手段
と、前記補正ゲイン算出手段にて算出する補正ゲインにガー
ド値を設定し、単位時間当たりの空気量の補正に制限を
加えるガード値設定手段と、前記ガード値を超えての補正ゲインの算出要求がある場
合に、前記要求ゲインの幅に応じてそのガード値を拡大
するガード値補正手段と、前記ガード値補正手段に従いＥＧＲ導入手段を制御し、
燃焼室に対するＥＧＲガスの導入量を調節することで、
その燃焼室に取り込まれる空気量を目標空気量に収束さ
せる空気量補正手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。