JP2010285935A

JP2010285935A - 内燃機関の排気導入制御装置

Info

Publication number: JP2010285935A
Application number: JP2009140355A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Suzuki; 裕介鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP5343719B2

Abstract

【課題】燃焼室吸入ガス温度センサ無しで、燃焼室へ導入される排気ガス量を正確に検出する。
【解決手段】燃焼室２５から排出された排気ガスを燃焼室に導入する排気導入手段を備えた内燃機関の排気導入制御装置において、圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける燃焼室内の圧力に相当する筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける燃焼室の容積に相当する筒内容積と燃焼室に供給される燃料の量に相当する燃料供給量とに基づいて膨張行程中の単位燃料供給量当たりの発熱量に相当する単位筒内発熱量を算出する単位筒内発熱量算出手段と、該単位筒内発熱量算出手段によって算出された単位筒内発熱量に基づいて吸気行程中に燃焼室に導入される排気ガスの量に相当する排気導入量を算出する排気導入量算出手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気導入制御装置に関する。

特許文献１に排気循環装置を備えた内燃機関の制御装置が開示されている。ここに開示されている制御装置は内燃機関の燃焼室から排気通路に排出される排気ガスを排気循環装置の排気循環通路を介して吸気通路に導入することによって燃焼室に排気ガスを供給する。またここに開示されている制御装置は吸気行程中に燃焼室に吸入されるガスの量、すなわち燃焼室に吸入される空気の量と排気ガスの量との総和であるトータルのガス量（以下「吸入ガス量」という）に対する吸気行程中に燃焼室に吸入される排気ガスの量の割合（以下「ＥＧＲ率」という）を求め、このＥＧＲ率が所定のＥＧＲ率になるように排気循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量を制御している。

ところで圧縮行程中の燃焼室内の圧力（以下「筒内圧」という）の変化量は吸入ガスの量に応じて変化する。すなわち吸入ガスの量が多いほど圧縮行程中の筒内圧の変化量が大きい。したがって圧縮行程中の筒内圧の変化量から吸入ガスの量を知ることができる。特許文献１に記載の発明ではこのことを利用して吸入ガスの量を算出するようにしている。

さらに圧縮行程中の筒内圧の変化量は吸気行程中に燃焼室に吸入されるときの吸入ガスの温度に応じても変化する。すなわち吸気行程中に燃焼室に吸入されるときの吸入ガスの温度が高いほど圧縮行程中の筒内圧の変化量が大きい。特許文献１に記載の発明ではこのことを考慮して吸入ガスの量を算出するようにしている。

そして特許文献１に記載の発明では吸入ガスの量を算出するため、ひいてはＥＧＲ率を算出するために筒内圧を検出するための筒内圧センサが燃焼室内に配置されていると共に燃焼室に吸入される吸入ガスの温度を検出するための温度センサが燃焼室近傍の吸気通路に配置されている。

特開平５−１５７００９号公報

上述したように特許文献１では吸入ガスの温度を検出するために燃焼室近傍の吸気通路に温度センサが配置されている。言い換えれば特許文献１に記載の発明ではＥＧＲ率の算出に温度センサが必要となる。

そこで本発明の目的は燃焼室に吸入されるガスの温度を検出するための温度センサを必要とせずにＥＧＲ率、広く言えば燃焼室に導入される排気ガスの量を正確に検出することにある。

１番目の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスを燃焼室に導入する排気導入手段を備えた内燃機関の排気導入制御装置において、圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける燃焼室内の圧力に相当する筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける燃焼室の容積に相当する筒内容積と燃焼室に供給される燃料の量に相当する燃料供給量とに基づいて膨張行程中の単位燃料供給量当たりの発熱量に相当する単位筒内発熱量を算出する単位筒内発熱量算出手段と、該単位筒内発熱量算出手段によって算出された単位筒内発熱量に基づいて吸気行程中に燃焼室に導入される排気ガスの量に相当する排気導入量を算出する排気導入量算出手段とを具備する。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記単位筒内発熱量算出手段が圧縮行程中の前記予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて膨張行程中の単位筒内発熱量を暫定単位筒内発熱量として算出し、該暫定単位筒内発熱量を内燃機関の運転状態に応じて補正することによって単位筒内発熱量を算出する。

３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記内燃機関の運転状態が機関回転数である。

４番目の発明によれば、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、前記排気導入量算出手段が燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零であるときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として記憶し、燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、該補正された単位筒内発熱量に基づいて排気導入量を算出する。

５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記排気導入量算出手段が燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量で除算して単位筒内発熱量比を算出することによって燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、前記単位筒内発熱量比に基づいて排気導入量を算出する。

１〜５番目の発明によれば、燃焼室内に吸入されるガスの温度を利用せずに排気導入量が算出されるので排気導入量の算出に燃焼室内の吸入されるガスの温度を検出するための温度センサが必要とされない。

２〜５番目の発明によれば、単位筒内発熱量に影響する内燃機関の運転状態に応じて暫定単位筒内発熱量が補正されるのでこの補正された暫定単位筒内発熱量が内燃機関の運転状態に係わらず実際の単位筒内発熱量に一致するか或いは略一致することになる。

３〜５番目の発明によれば、単位筒内発熱量に大きく影響する機関回転数に応じて暫定単位筒内発熱量が補正されるのでこの補正された暫定単位筒内発熱量が機関回転数に係わらず実際の単位筒内発熱量により正確に一致するか或いは略一致することになる。

４および５番目の発明によれば、実際の筒内圧に対する排気導入量の算出に利用される筒内圧の精度に関する誤差を反映している基準単位筒内発熱量が排気導入量の算出に利用される。すなわち実際の筒内圧に対する排気導入量の算出に利用される筒内圧の精度に関する誤差がなければ基準単位筒内発熱量は或る特定の値になるはずである。しかしながら上記精度に関する誤差があると基準単位筒内発熱量は上記或る特定の値にならない。したがって基準単位筒内発熱量は実際の筒内圧に対する排気導入量の算出に利用される筒内圧の精度に関する誤差を反映していると言える。そしてこの基準単位筒内発熱量に応じて燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量が補正され、この補正された単位筒内発熱量は実際の単位筒内発熱量に一致するか或いは略一致することになる。そしてこの補正された単位筒内発熱量に基づいて排気導入量が算出されるのでこの算出される排気導入量が実際の排気導入量に一致するか或いは略一致することになる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。機関回転数ＮＥと機関負荷Ｌとに基づいて目標ＥＧＲ率ＴＲｅを算出するためのマップを示した図である。単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵと機関回転数ＮＥとＥＧＲ率Ｒｅとの関係を示した図である。機関回転数ＮＥと単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵとに基づいてＥＧＲ率Ｒｅを算出するためのマップを示した図である。第１実施形態に従ったＥＧＲ率の算出を実行するフローチャートの一例を示した図である。第１実施形態に従ったＥＧＲ率の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。機関回転数ＮＥと単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）とに基づいてＥＧＲ率Ｒｅを算出するためのマップを示した図である。第２実施形態に従ったＥＧＲ率の算出を実行するフローチャートの一例を示す図である。機関回転数ＮＥに基づいて基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０を算出するためのマップを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１に示されている内燃機関は本発明が適用された内燃機関であって筒内噴射型火花点火式の内燃機関である。なお図１に示されている内燃機関は複数の燃焼室、すなわち複数の気筒を備えた多気筒内燃機関であり、図１には特定の１つの気筒のみの構成が示されているが残りの気筒もこれと同じ構成を備えている。また以下では本発明が筒内噴射型火花点火式の内燃機関に適用された場合を例にとって本発明の実施形態を説明するが本発明は例えば吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート内噴射型火花点火式の内燃機関や圧縮自着火式内燃機関にも適用可能である。

図１において、１０は内燃機関である。内燃機関１０はシリンダブロック、シリンダブロックロワケース、および、オイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、該シリンダブロック部２０上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気通路４０と、シリンダブロック部２０から排気ガスを外部に放出するための排気通路５０とを具備する。

シリンダブロック部２０はシリンダヘッド２１と、ピストン２２と、コンロッド２３と、クランクシャフト２４とを有する。ピストン２２はシリンダ２１内で往復動し、このピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これによってクランクシャフト２４が回転せしめられる。またシリンダ２１の内壁面とピストン２２の上壁面とシリンダヘッド部３０の下壁面とによって燃焼室２５が形成されている。

シリンダヘッド部３０は燃焼室２５に連通する吸気ポート３１と、該吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２と、該吸気弁３２を駆動する吸気弁駆動機構３２ａと、燃焼室２５に連通する排気ポート３３と、該排気ポート３３を開閉する排気弁３４と、該排気弁３４を駆動する排気弁駆動機構３４ａと、点火栓３５と、該点火栓３５に与える高電圧を発生する点火コイルを含むイグナイタ３６と、燃料を燃焼室２５内に噴射する燃料噴射弁３７と、該燃料噴射弁３７に燃料を高圧で供給する蓄圧室３７ａと、該蓄圧室３７ａに燃料を圧送する燃料ポンプ３７ｂとを有する。吸気弁駆動機構３２ａおよび排気弁駆動機構３４ａは駆動回路３８に接続されている。

吸気通路４０は吸気ポート３１に接続された吸気枝管４１と、該吸気枝管４１に接続されたサージタンク４２と、該サージタンク４２に接続された吸気ダクト４３とを有する。吸気ダクト４３にはその上流端から順にエアフィルタ４４と、スロットル弁４８とが配置されている。スロットル弁４８は吸気ダクト４３に回転可能に取り付けられており、スロットル弁駆動用アクチュエータ４８ａによって駆動される。

排気通路５０は排気ポート３３に接続された排気枝管４９と、該排気枝管４９に接続された排気管５１とを有する。排気管５１には排気ガスを浄化するための三元触媒装置５２が配置されている。

また内燃機関１０は排気管５１とスロットル弁４８下流の吸気通路４０、具体的にはサージタンク４２とを接続する排気循環通路５３を具備する。排気循環通路５３は燃焼室２５から排気ポート３３および排気枝管４９を介して排気管５１に排出された排気ガスを吸気通路４０に導入するための通路である。吸気通路４０に導入された排気ガスは吸気行程中に燃焼室２５に吸入される。排気循環通路５３には該排気循環通路５３内を流れる排気ガスの流量を制御するための排気ガス循環量制御弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という）５４と、排気循環通路５３内を流れる排気ガスを冷却するためのインタークーラ５５とが配置されている。

さらに内燃機関１０は吸気ダクト４３内を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ６１と、クランクシャフト２４の回転位相、すなわちクランク角度を検出するクランクポジションセンサ６２と、燃焼室２５内の圧力を検出する筒内圧センサ６３と、アクセルペダル６５の踏込量を検出するアクセル開度センサ６４と、電気制御装置（ＥＣＵ）７０とを具備する。クランクポジションセンサ６２はクランクシャフト２４が１°回転する毎に幅狭のパルスを出力すると共にクランクシャフト２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを出力する。クランクポジションセンサ６２が出力するパルスに基づいて内燃機関の回転数（以下「機関回転数」という）を算出可能である。

電気制御装置（ＥＣＵ）７０はマイクロコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７１と、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７３と、バックアップＲＡＭ７４と、ＡＤ変換器を含むインターフェース７５とを有する。エアフローメータ６１、クランクポジションセンサ６２、筒内圧センサ６３、およびアクセル開度センサ６４はインターフェース７５に接続されている。またイグナイタ３６、燃料噴射弁３７、燃料ポンプ３７ａ、駆動回路３８、スロットル弁駆動用アクチュエータ４８ａ、およびＥＧＲ制御弁５４もインターフェース７５に接続されている。

ところで排気循環通路５３を介して吸気通路４０に導入すべき排気ガスの量、ひいては燃焼室２５に供給すべき排気ガスの量（以下「目標ＥＧＲ量」という）は内燃機関の運転状態、例えば、機関回転数と機関負荷とに応じて決まる。そこで本実施形態では目標ＥＧＲ量に対応するパラメータとして燃焼室２５に供給されるガス中に含まれるべき排気ガスの割合（以下「目標ＥＧＲ率」という）を採用し、機関回転数と機関負荷とに対応する目標ＥＧＲ率を予め実験等によって求め、この目標ＥＧＲ率ＴＲｅを図２に示されているように機関回転数ＮＥと機関負荷Ｌとの関数のマップの形でＲＯＭ７２に記憶させておく。そして内燃機関の運転中に機関回転数ＮＥと機関負荷Ｌとに基づいて図２のマップから目標ＥＧＲ率ＴＲｅを求め、燃焼室２５に供給されるガス中に含まれる排気ガスの割合、すなわちＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＴＲｅとなるようにＥＧＲ制御弁５４の開度が制御される。

また本実施形態では空燃比が内燃機関の運転状態に応じて決定される目標空燃比となるように吸気行程中に燃焼室２５に吸入される空気の量（以下「吸入空気量」という）に応じて燃料噴射弁３７から燃焼室２５内に供給する燃料の量（以下「燃料供給量」という）が決定される。そして吸気行程または圧縮行程において燃料噴射弁３７から燃焼室２５内に燃料が噴射される。

ところで上述したように本実施形態では燃焼室２５に供給される排気ガスの量はＥＧＲ制御弁５４の開度を制御することによって制御される。ここでＥＧＲ率を正確に目標ＥＧＲ率に制御するためには実際のＥＧＲ率を把握し、この実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ制御弁５４の開度を制御することが好ましい。そこで本実施形態では以下のようにして実際のＥＧＲ率を算出する。

すなわち燃料供給量を「ＴＡＵ」で表し、膨張行程中に燃焼室２５内で発生する熱量を「筒内発熱量」と称してこれを「Ｑ」で表し、単位燃料供給量当たりの筒内発熱量を「単位筒内発熱量」と称してこれを「Ｑ／ＴＡＵ」で表すとき、図３に示されているようにＥＧＲ率Ｒｅが高くなるほど或いは機関回転数ＮＥが大きくなるほど単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵが大きくなる。このことは以下のように説明することができる。

すなわち機関回転数が一定であればＥＧＲ率が高いほど吸入ガス量が多い。一方、ＥＧＲ率が一定であれば機関回転数が大きいほど吸入ガス量が多い。したがってＥＧＲ率が高いほど或いは機関回転数が大きいほど吸入ガス量が多いと言える。そして吸入ガス量が多いほど圧縮行程における燃焼室２５内のガスに対する圧縮率（以下「筒内圧縮率」という）が高い。したがってＥＧＲ率が高いほど或いは機関回転数が大きいほど筒内圧縮率が高いと言える。そして燃料供給量が一定であれば筒内圧縮率が高いほど筒内発熱量が大きい。言い換えれば筒内圧縮率が高いほど単位筒内発熱量は大きい。したがってＥＧＲ率が高いほど或いは機関回転数が大きいほど単位筒内発熱量が大きくなるのである。

したがってＥＧＲ率は単位筒内発熱量と機関回転数とに基づいて算出することができる。そこで本実施形態では機関回転数と単位筒内発熱量とに対応するＥＧＲ率を予め実験等によって求め、このＥＧＲ率Ｒｅを図４に示されているように筒内発熱量Ｑと機関回転数ＮＥとの関数のマップの形でＲＯＭ７２に記憶させておく。そして内燃機関の運転中、機関回転数ＮＥと単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵとに基づいて図４のマップからＥＧＲ率Ｒｅを算出する。

ところで本実施形態では以下のようにして単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを算出する。すなわち圧縮行程中のクランク角度、特に圧縮行程の開始時点のクランク角度を「基準クランク角度」と称してこれを「θｂ」で表し、基準クランク角度θｂよりも後の同じ圧縮行程中のクランク角度、特に圧縮行程の開始直後のクランク角度を「第１クランク角度」と称してこれを「θ１」で表し、第１クランク角度θ１よりも後の同じ圧縮行程中のクランク角度、特に圧縮行程の終了直前のクランク角度を「第２クランク角度」と称してこれを「θ２」で表し、基準クランク角度θｂにおける筒内圧を「Ｐ（θｂ）」で表し、基準クランク角度θｂにおける燃焼室２５内の容積（以下「筒内容積」という）を「Ｖ（θｂ）」で表し、クランク角度θにおける筒内圧を「Ｐ（θ）」で表し、クランク角度θにおける筒内容積を「Ｖ（θ）」で表し、クランク角度θの変化量を「Δθ」で表すとしたとき、筒内発熱量Ｑは次式１に従って算出可能である。

そして上式１に従って算出される筒内発熱量Ｑを燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを算出する。

なお上式１の代わりに次式２を利用して筒内発熱量を算出するようにしてもよい。
Ｑ＝Ｋ・Ｐ（θ）・（Ｖ（θ）^κ） …（２）
上式２において、Ｋは予め実験等によって求められる係数であり、Ｐ（θ）は圧縮行程中のクランク角度θにおける筒内圧であり、Ｖ（θ）は圧縮行程中のクランク角度θにおける筒内容積である。上式２を利用して筒内発熱量を算出すれば上式１を利用して筒内発熱量を算出するのに比べて筒内発熱量を算出するために検出すべき筒内圧および筒内容積の数が少なくなるので内燃機関のＥＣＵに課される計算負荷が小さくなる。

なお上述した実施形態では機関回転数と単位筒内発熱量との関数のマップを利用してＥＧＲ率を算出しているのでＥＧＲ率を算出するときには機関回転数と単位筒内発熱量とが同時に考慮される。しかしながら単位筒内発熱量に基づいて暫定的なＥＧＲ率を算出し、この暫定的なＥＧＲ率を機関回転数に基づいて補正することによって最終的なＥＧＲ率を算出するようにしてもよい。この場合、機関回転数が大きいほど最終的なＥＧＲ率が小さくなるように暫定的なＥＧＲ率が補正されることになる。

したがって上述した実施形態は圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、該単位筒内発熱量に基づいて暫定的なＥＧＲ率を算出し、この暫定的なＥＧＲ率を機関回転数に応じて補正することによって最終的なＥＧＲ率を算出するものとも言える。

さらにＥＧＲ率は吸気行程中に燃焼室に導入される排気ガスの量（以下「排気導入量」という）に対応するパラメータである。したがって上述した実施形態は圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量に基づいて暫定的な排気導入量を算出し、この暫定的な排気導入量を機関回転数に応じて補正することによって最終的な排気導入量を算出するものとも言える。

また上述した実施形態において単位筒内発熱量に影響を与える内燃機関の運転状態を示すパラメータとして機関回転数以外のパラメータを考慮して単位筒内発熱量に基づいてＥＧＲ率または排気導入量を算出するようにしてもよい。したがって上述した実施形態は圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量に基づいて暫定的なＥＧＲ率または排気導入量を算出し、この暫定的なＥＧＲ率または暫定的な排気導入量を内燃機関の運転状態に応じて補正することによって最終的なＥＧＲ率または排気導入量を算出するものと言える。

さらに上述した実施形態において機関回転数を含む内燃機関の運転状態を示すパラメータが単位筒内発熱量に与える影響が小さいときにはこれらパラメータが単位筒内発熱量に与える影響を考慮せずにＥＧＲ率または排気導入量を算出するようにしてもよい。したがって上述した実施形態は圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量に基づいてＥＧＲ率または排気導入量を算出するものと言える。

次に上述した実施形態（以下「第１実施形態」ともいう）に従ったＥＧＲ率の算出を実行するフローチャートの一例について図５を参照して説明する。図５のルーチンが開始されると始めにステップ１０１において圧縮行程中の予め定められたクランク角度（以下「所定クランク角度」という）θにおける筒内圧Ｐ（θ）が読み込まれる。次いでステップ１０２において同じ所定クランク角度θにおける筒内容積Ｖ（θ）が読み込まれる。次いでステップ１０３において燃料供給量ＴＡＵが読み込まれる。次いでステップ１０４において機関回転数ＮＥが読み込まれる。次いでステップ１０５において上記筒内圧Ｐ（θ）と上記筒内容積Ｖ（θ）とに基づいて上式２に従って筒内発熱量Ｑが算出される。次いでステップ１０６においてこの筒内発熱量Ｑを上記燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０７においてこの単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵと上記機関回転数ＮＥとに基づいて図４のマップからＥＧＲ率Ｒｅが算出され、ルーチンが終了する。

次に第１実施形態に従ったＥＧＲ率の制御を実行するフローチャートの一例について図６を参照して説明する。図６のルーチンが開始されると始めにステップ２０１において内燃機関の運転状態がＥＧＲ率が零（または略零）でない領域（以下「ＥＧＲ領域」という）にあるか否かが判別される。ここで内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域にあると判別されたときにはルーチンはステップ２０２に進んで機関回転数ＮＥが読み込まれる。次いでステップ２０３において機関負荷Ｌが読み込まれる。次いでステップ２０４において上記機関回転数ＮＥと上記機関負荷Ｌとに基づいて図２のマップから目標ＥＧＲ率ＴＲｅが算出される。次いでステップ２０５において図５のルーチンによって算出されたＥＧＲ率Ｒｅが読み込まれる。

次いでステップ２０６において上記ＥＧＲ率Ｒｅが上記目標ＥＧＲ率ＴＲｅよりも大きい（Ｒｅ＞ＴＲｅ）か否かが判別される。ここでＲｅ＞ＴＲｅであると判別されたときにはルーチンはステップ２０７に進んでＥＧＲ制御弁５４の開度が減少せしめられ、ルーチンが終了する。一方、ステップ２０６においてＲｅ≦ＴＲｅであると判別されたときにはルーチンはステップ２０８に進んでＥＧＲ制御弁５４の開度が増大せしめられ、ルーチンが終了する。

ステップ２０１において内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域にないと判別されたときにはルーチンはステップ２０９に進んでＥＧＲ制御弁５４の開度が零とされ、すなわちＥＧＲ制御弁５４が閉弁せしめられ、ルーチンが終了する。

ところで第１実施形態では筒内圧センサ６３によって検出される筒内圧を利用して単位筒内発熱量を算出し、この算出された単位筒内発熱量に基づいてＥＧＲ率を算出している。しかしながらこれによると筒内圧センサ６３に検出誤差があった場合、算出されるＥＧＲ率が実際のＥＧＲ率に一致していないことになる。そこで第１実施形態に従ったＥＧＲ率の算出に代えて以下のようにＥＧＲ率を算出するようにしてもよい。

すなわち吸気通路４０に導入される排気ガスの量が零（または略零）であるとき、すなわちＥＧＲ率が零（または略零）であるときの筒内発熱量を「Ｑ０」で表し、燃料供給量を「ＴＡＵ０」で表し、単位筒内発熱量を「基準単位筒内発熱量」と称してこれを「Ｑ０／ＴＡＵ０」で表し、この基準単位筒内発熱量に対するＥＧＲ率が零（または略零）でないときの単位筒内発熱量の比を「単位筒内発熱量比」と称したとき、機関回転数と単位筒内発熱量比とに対応するＥＧＲ率を予め実験等によって求め、このＥＧＲ率Ｒｅを図７に示されているように機関回転数ＮＥと単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）との関数のマップの形でＲＯＭ７２に記憶させておく。

一方、内燃機関の運転中、吸気通路４０に導入される排気ガスの量が零（または略零）であるとき、すなわちＥＧＲ率が零（または略零）であるときに上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑ０を算出し、この筒内発熱量Ｑ０を燃料供給量ＴＡＵ０で除算することによって基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０を算出し、この基準単位筒内発熱量をＲＯＭ７２に機関回転数に対応させた形で記憶させておく。すなわち内燃機関の運転中、ＥＧＲ率が零（または略零）となる毎に基準単位筒内発熱量を学習する。

そして内燃機関の運転中、ＥＧＲ率が零（または略零）ではないときには上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑを算出し、この筒内発熱量Ｑを燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを暫定単位筒内発熱量として算出する。そしてＲＯＭ７２に記憶されている基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０の中からこのときの機関回転数ＮＥに対応する基準単位筒内発熱量を読み出し、この基準単位筒内発熱量で上記暫定単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを除算することによって上記暫定単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを補正して単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）を算出する。そしてこの単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）と機関回転数ＮＥとに基づいて図７のマップからＥＧＲ率Ｒｅを算出する。

これによれば内燃機関の運転中、基準単位筒内発熱量も単位筒内発熱量も同じ筒内圧センサによって検出される筒内圧を利用して算出されるのでこれら基準単位筒内発熱量と単位筒内発熱量とに基づいて単位筒内発熱量比が算出されるときには筒内圧センサに検出誤差があったとしてもこの検出誤差が相殺されることになる。したがってこれによれば筒内圧センサに検出誤差があったとしても実際のＥＧＲ率に一致するＥＧＲ率が算出されることになる。

したがって第２実施形態はＥＧＲ率が零または略零であるときに圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として算出して記憶し、燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量で除算して単位筒内発熱量比とすることによって燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、該単位筒内発熱量比に基づいて排気導入量を算出するものと言える。

次に上述した実施形態（以下「第２実施形態」ともいう）に従ったＥＧＲ率の算出を実行するフローチャートの一例を図８を参照して説明する。図８のルーチンが開始されると始めにステップ３０１において内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域（すなわちＥＧＲ率が零（または略零）でない領域）にあるか否かが判別される。ここで内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域にないと判別されたときにはルーチンはステップ３１１に進んで圧縮行程中の所定クランク角度θにおける筒内圧Ｐ（θ）が読み込まれる。次いでステップ３１２において圧縮行程中の同じ所定クランク角度θにおける筒内容積Ｖ（θ）が読み込まれる。次いでステップ３１３において燃料供給量ＴＡＵ０が読み込まれる。次いでステップ３１４において機関回転数ＮＥが読み込まれる。次いでステップ３１５において上記筒内圧Ｐ（θ）と上記筒内容積Ｖ（θ）とに基づいて上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑ０が算出される。次いでステップ３１６において上記筒内発熱量Ｑ０を上記燃料供給量ＴＡＵ０で除算することによって基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０が算出される。次いでステップ３１７においてこの基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０が上記機関回転数ＮＥに対応した形でＲＯＭ７２に記憶され、ルーチンが終了する。

一方、ステップ３０１において内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域にあると判別されたときにはルーチンはステップ３０２に進んで圧縮行程中の所定クランク角度θにおける筒内圧Ｐ（θ）が読み込まれる。次いでステップ３０３において圧縮行程中の同じ所定クランク角度θにおける筒内容積Ｖ（θ）が読み込まれる。次いでステップ３０４において燃料供給量ＴＡＵが読み込まれる。次いでステップ３０５において機関回転数ＮＥが読み込まれる。次いでステップ３０６において上記筒内圧Ｐ（θ）と上記筒内容積Ｖ（θ）とに基づいて上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑが算出される。次いでステップ３０７において上記筒内発熱量Ｑを上記燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵが算出される。次いでステップ３０８においてＲＯＭ７２に記憶されている基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０の中から上記機関回転数ＮＥに対応する基準単位筒内発熱量が読み込まれる。次いでステップ３０９においてこの基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０で上記単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを除算することによって単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）が算出される。次いでステップ３１０においてこの単位筒内発熱量比（Ｑ／ＴＡＵ）／（Ｑ０／ＴＡＵ０）と上記機関回転数ＮＥとに基づいて図７のマップからＥＧＲ率Ｒｅが算出され、ルーチンが終了する。

なお第２実施形態に従ったＥＧＲ率の算出に代えて以下のようにＥＧＲ率を算出するようにしてもよい。すなわち筒内圧センサ６３に検出誤差がない場合の基準単位筒内発熱量を機関回転数に対応して予め実験等によって求め、この基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０を図９に示されているように機関回転数ＮＥの関数のマップの形でＲＯＭ７２に記憶させておく。

そして内燃機関の運転中、ＥＧＲ率が零（または略零）であるときに上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑを算出し、この筒内発熱量Ｑを燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを暫定基準単位筒内発熱量として算出する。一方、このときの機関回転数ＮＥに基づいて図９のマップから基準単位筒内発熱量Ｑ０／ＴＡＵ０を算出する。そしてこの基準単位筒内発熱量を上記暫定基準単位筒内発熱量から差し引くことによって差を算出し、この差を単位筒内発熱量差としてＲＯＭ７２に機関回転数ＮＥに対応させた形で記憶させておく。すなわち内燃機関の運転中、ＥＧＲ率が零（または略零）となる毎に単位筒内発熱量差を学習する。

そして内燃機関の運転中、ＥＧＲ率が零（または略零）ではないときには上式１または上式２に従って筒内発熱量Ｑを算出し、この筒内発熱量Ｑを燃料供給量ＴＡＵで除算することによって単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを暫定単位筒内発熱量として算出する。そしてＲＯＭ７２に記憶されている単位筒内発熱量差の中からこのときの機関回転数ＮＥに対応する単位筒内発熱量差を読み出し、この単位筒内発熱量誤差を上記暫定単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵから差し引くことによって上記暫定単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵを補正して単位筒内発熱量を算出する。そしてこの単位筒内発熱量Ｑ／ＴＡＵと機関回転数ＮＥとに基づいて図４のマップからＥＧＲ率Ｒｅを算出する。

これによっても筒内圧センサに検出誤差があったとしても実際のＥＧＲ率に一致するＥＧＲ率が算出されることになる。すなわち筒内圧センサに検出誤差がないときに算出される単位筒内発熱量と筒内圧センサに検出誤差があるときに算出される単位筒内発熱量との差は筒内圧センサの検出誤差に起因して生じる差である。すなわちこの算出される単位筒内発熱量に差がある場合にこの差分だけ算出される単位筒内発熱量を補正すれば補正後の単位筒内発熱量は実際の単位筒内発熱量に一致することになるのでこの補正後の単位筒内発熱量を利用して算出されるＥＧＲ率は実際のＥＧＲ率に一致することになる。

したがってこの実施形態（以下「第３実施形態」という）および上述した第２実施形態は広くはＥＧＲ率が零または略零であるときに圧縮行程中の予め定められたタイミング（すなわち予め定められたクランク角度）における筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として算出し、ＥＧＲ率が零または略零でないときに圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、この補正された単位筒内発熱量に基づいて排気導入量を算出するものと言える。

なお上述した第１実施形態〜第３実施形態は燃焼室に導入された排気ガスの量に応じて変化する単位筒内発熱量に基づいてＥＧＲ率を算出するものであることから排気ガスが排気循環通路を介して燃焼室に導入されようと排気循環通路を介さずに燃焼室に導入されようと等しくＥＧＲ率を算出することができる。したがってこれら第１実施形態〜第３実施形態は排気ガスを排気循環通路を介して吸気通路に導入することによって燃焼室に排気ガスを導入するタイプの内燃機関においてＥＧＲ率を算出するものであるがこのように燃焼室に排気ガスを導入するのに加えて排気弁の閉弁タイミングを吸気行程中のタイミングに設定したり吸気弁の開弁タイミングを排気行程中のタイミングに設定したりすることによって燃焼室から排気通路にいったん排出された排気ガスがそのまま燃焼室に吸入されるようにしたタイプの内燃機関においても同様にＥＧＲ率を算出することができる。

なおこの場合、ＥＧＲ率が零（または略零）であるときの単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として利用してＥＧＲ率を算出する第２実施形態および第３実施形態では基準単位筒内発熱量としてＥＧＲ率が零（または略零）であって且つ燃焼室から排気通路にいったん排出されてそのまま燃焼室に吸入される排気ガスの量が零（または略零）であるときの単位筒内発熱量を利用する必要がある。

もちろん同様の理由から上述した第１実施形態〜第３実施形態は排気ガスを排気循環通路を介して吸気通路に導入することによって燃焼室に排気ガスを導入するのに代えて排気弁の閉弁タイミングを吸気行程中のタイミングに設定したり吸気弁の開弁タイミングを排気行程中のタイミングに設定したりすることによって燃焼室から排気通路にいったん排出された排気ガスがそのまま燃焼室に吸入されるようにしたタイプの内燃機関においてもＥＧＲ率を算出することができる。

そしてこの場合、ＥＧＲ率が零（または略零）であるときの単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として利用してＥＧＲ率を算出する第２実施形態および第３実施形態では基準単位筒内発熱量として燃焼室から排気通路にいったん排出されてそのまま燃焼室に吸入される排気ガスの量が零（または略零）であるときの単位筒内発熱量を利用する必要がある。

したがって上述した第２実施形態および第３実施形態は広くは燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零であるときに圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として算出し、燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零であるときに圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて単位筒内発熱量を算出し、この単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、この補正された単位筒内発熱量に基づいて排気導入量を算出するものと言える。

また上述した第１実施形態〜第３実施形態は複数の燃焼室を有するタイプの内燃機関においてＥＧＲ率を算出するものであるが１つの燃焼室のみを有するタイプの内燃機関においても同様にＥＧＲ率を算出することができる。

また上述した第１実施形態〜第３実施形態は複数の燃焼室を有し且つ各燃焼室に筒内圧センサを備えたタイプの内燃機関においてＥＧＲ率を算出するものであるがいずれか１つの燃焼室にのみ筒内圧センサを備えたタイプの内燃機関においてもＥＧＲ率を算出することができる。

なおこの場合、筒内圧センサを備えた燃焼室において算出されるＥＧＲ率と筒内圧を備えていない燃焼室におけるＥＧＲ率との関係を予め実験等によって求めておき、筒内圧センサを備えた燃焼室において算出されるＥＧＲ率に基づいて上記予め求めておいた関係から筒内圧を備えていない燃焼室におけるＥＧＲ率を算出すればよい。

また上述した第１実施形態〜第３実施形態は単位筒内発熱量を算出するために燃料供給量を利用している。この燃料供給量は燃料噴射弁から燃料を噴射するために燃料噴射弁を開弁させておく期間から算出することができる。なお燃料噴射弁から燃料を噴射させるために燃料噴射弁を開弁させようとしたときに即座に燃料噴射弁から燃料が噴射されないことがある。そしてこの燃料噴射弁から燃料が噴射されない期間にバラツキがあったりその期間が長かったりすると燃料噴射弁を開弁させておく期間から算出される燃料供給量が実際の燃料供給量に一致しないことがある。そこで燃料噴射弁を開弁させておく期間の代わりに吸入空気量と機関回転数と目標空燃比とに基づいて燃料供給量を算出するようにしてもよい。また目標空燃比が一定である場合には吸入空気量と機関回転数とに基づいて燃料供給量を算出するようにしてもよい。

１０…内燃機関、２５…燃焼室、３７…燃料噴射弁、４０…吸気通路、５０…排気通路、５３…排気循環通路、５４…ＥＧＲ制御弁、６３…筒内圧センサ

Claims

燃焼室から排出された排気ガスを燃焼室に導入する排気導入手段を備えた内燃機関の排気導入制御装置において、圧縮行程中の予め定められたタイミングにおける燃焼室内の圧力に相当する筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける燃焼室の容積に相当する筒内容積と燃焼室に供給される燃料の量に相当する燃料供給量とに基づいて膨張行程中の単位燃料供給量当たりの発熱量に相当する単位筒内発熱量を算出する単位筒内発熱量算出手段と、該単位筒内発熱量算出手段によって算出された単位筒内発熱量に基づいて吸気行程中に燃焼室に導入される排気ガスの量に相当する排気導入量を算出する排気導入量算出手段とを具備することを特徴とする内燃機関の排気導入制御装置。
前記単位筒内発熱量算出手段が圧縮行程中の前記予め定められたタイミングにおける筒内圧と圧縮行程中の同じ予め定められたタイミングにおける筒内容積と燃料供給量とに基づいて膨張行程中の単位筒内発熱量を暫定単位筒内発熱量として算出し、該暫定単位筒内発熱量を内燃機関の運転状態に応じて補正することによって単位筒内発熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気導入制御装置。
前記内燃機関の運転状態が機関回転数であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気導入制御装置。
前記排気導入量算出手段が燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零であるときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を基準単位筒内発熱量として記憶し、燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、該補正された単位筒内発熱量に基づいて排気導入量を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気導入制御装置。
前記排気導入量算出手段が燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量で除算して単位筒内発熱量比を算出することによって燃焼室に導入される排気ガスの量が零または略零でないときに前記単位筒内発熱量算出手段によって算出される単位筒内発熱量を前記基準単位筒内発熱量に応じて補正し、前記単位筒内発熱量比に基づいて排気導入量を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気導入制御装置。