JP2013011270A - 内燃機関の筒内流入ｅｇｒガス流量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のスロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を採用したシステムにおいて筒内流入ＥＧＲガス流量を精度良く推定する。
【解決手段】ＥＧＲガスがＥＧＲ弁を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル４２を用いてＥＧＲ弁通過ガス流量を演算した後、ＥＧＲ弁を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル４３を用いて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する。ＥＧＲガス遅れモデル４３は、ＥＧＲガスがスロットルバルブ上流側の吸気通路に流入する挙動を模擬した合流遅れモデルと、スロットルバルブ上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブを通過するまでの挙動を模擬した移流遅れモデルと、スロットルバルブを通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ下流側の吸気通路に充填される挙動を模擬した充填遅れモデル等から構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の筒内に流入するＥＧＲガス流量（筒内流入ＥＧＲガス流量）を推定する内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置に関する発明である。

特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）では、内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲ通路を通してスロットルバルブの下流側の吸気通路に還流させる流量（ＥＧＲガス流量）を該ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁で制御するＥＧＲ装置付きの内燃機関において、ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデルを用いてＥＧＲ弁通過ガス流量を演算し、定常運転時には、ＥＧＲ弁通過ガス流量をそのまま筒内流入ＥＧＲガス流量とし、過渡運転時には、ＥＧＲ弁を通過したＥＧＲガスが吸気通路に流入して内燃機関の吸気口に到達するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス拡散モデル（無駄時間＋一次遅れ系）を用いてＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値から筒内に流入するＥＧＲガス流量（筒内流入ＥＧＲガス流量）を演算するようにしている。

特開２００８−１０１６２６号公報

ＥＧＲ装置付きの内燃機関で、近年の重要な技術的課題である内燃機関の燃費を低減するためには、内燃機関の運転条件に応じて、ＥＧＲガスを含む筒内流入ガスを最適な燃焼条件で燃焼させるように筒内流入ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）を制御する必要があり、そのためには、筒内流入ＥＧＲガス流量を高精度に推定することが必要となる。

また、ＥＧＲ装置には、スロットルバルブ下流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置と、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置があり、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置では、吸気通路に流入したＥＧＲガスが筒内に流入するまでの配管の容積が比較的大きいため、ＥＧＲ弁の開度変化に対する筒内流入ＥＧＲガス流量の変化の遅れが大きいという特徴がある。

しかし、上記特許文献１の技術は、スロットルバルブ下流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置を採用したシステムにおいて筒内流入ＥＧＲガス流量を推定する技術であるため、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置を採用したシステム（つまりＥＧＲ弁の開度変化に対する筒内流入ＥＧＲガス流量の変化の遅れが大きいシステム）において筒内流入ＥＧＲガス流量を精度良く推定することは困難である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置を採用したシステムにおいて筒内流入ＥＧＲガス流量の推定精度を向上させることができる内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排気通路（１５）からＥＧＲ通路（２９）を通してスロットルバルブ（２１）の上流側の吸気通路（１２）に還流させるＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁（３１）を備えた内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置において、ＥＧＲ通路（２９）内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁（３１）を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル（４２）を用いてＥＧＲ弁通過ガス流量を演算する手段（３８）と、ＥＧＲ弁（３１）を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ（２１）を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル（４３）を用いてＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する手段（３８）とを備えた構成としたものである。

この構成では、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置を採用したシステムにおいて、ＥＧＲ弁を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデルを用いて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算することができるため、ＥＧＲ弁の開度変化に対する筒内流入ＥＧＲガス流量の変化の遅れが大きいという事情があっても、筒内流入ＥＧＲガス流量を精度良く推定することができる。

図１は本発明の実施例１における過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は筒内流入総ガス流量と筒内流入ＥＧＲガス流量の演算方法を説明するブロック図である。 図３は実施例１のＥＧＲ弁モデルを説明する図である。 図４はＥＧＲガス遅れモデルを説明するブロック図である。 図５は吸気管移流遅れモデルを説明する図である。 図６は筒内流入ＥＧＲガス流量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は実施例２のスロットル通過総ガス流量の補正方法を説明するブロック図である。 図８は実施例３のＥＧＲ弁モデルを説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を過給機付きの内燃機関に適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて過給機付きのエンジン制御システムの構成を概略的に説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローメータ１４（新気流量取得手段）が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５（排気通路）には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。

このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。この過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、モータ２０によって開度調節されるスロットルバルブ２１と、このスロットルバルブ２１の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ２２とが設けられている。

更に、スロットルバルブ２１の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ４８が設けられていると共に、吸入空気を冷却するインタークーラがサージタンク２３（吸気通路）と一体的に設けられている。尚、サージタンク２３やスロットルバルブ２１の上流側にインタークーラを配置するようにしても良い。サージタンク２３には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２４（吸気通路）が設けられ、各気筒毎に筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁（図示せず）が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

エンジン１１の各気筒の排気口には排気マニホールド２５が接続され、各気筒の排気マニホールド２５の下流側の集合部が排気タービン１８の上流側の排気管１５に接続されている。また、排気タービン１８の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路２６が設けられ、この排気バイパス通路２６に、排気バイパス通路２６を開閉するウェイストゲートバルブ２７が設けられている。

このエンジン１１には、排気管１５から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２８が搭載されている。このＥＧＲ装置２８は、排気管１５のうちの触媒１６の下流側と吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）との間にＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ通路）が接続され、このＥＧＲ配管２９に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３０と、ＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁３１が設けられている。このＥＧＲ弁３１は、モータ等のアクチュエータ（図示せず）によって開度が調整され、ＥＧＲ弁３１を開弁することで排気管１５のうちの触媒１６の下流側から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）へＥＧＲガスを還流させるようになっている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング機構３２と、排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング機構３３が設けられている。その他、エンジン１１には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３４や、クランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３５等が設けられ、クランク角センサ３５の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３６に入力される。このＥＣＵ３６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３６は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、図示しない排出ガスセンサ（例えば空燃比センサや酸素センサ等）の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比Ｆ／Ｂ補正量を算出し、この空燃比Ｆ／Ｂ補正量を用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。

また、ＥＣＵ３６は、エンジン運転領域がＥＧＲ実行領域である場合には、ＥＧＲ弁３１を開弁してエンジン１１から排出された排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）へ還流させる。この際、ＥＣＵ３６は、後述する図６の筒内流入ＥＧＲガス流量演算ルーチンを実行することで、筒内流入ＥＧＲガス流量（筒内に流入するＥＧＲガス流量）を演算する。そして、演算した筒内流入ＥＧＲガス流量を、エンジン運転状態に応じて設定した目標筒内流入ＥＧＲガス流量に一致させるようにＥＧＲ弁３１の開度をＦ／Ｂ制御等により制御する。又は、演算した筒内流入ＥＧＲガス流量からＥＧＲ率を算出して、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に一致させるようにＥＧＲ弁３１の開度をＦ／Ｂ制御等により制御する。

ＥＧＲ率＝筒内流入ＥＧＲガス流量／筒内流入総ガス流量
＝筒内流入ＥＧＲガス流量／（筒内流入新気流量＋筒内流入ＥＧＲガス流量）

或は、演算した筒内流入ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）に基づいて点火時期の遅角量、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング等を制御するようにしても良い。

また、本実施例では、図２に示すように、筒内流入総ガス流量演算部３７で筒内流入総ガス流量（＝筒内流入新気流量＋筒内流入ＥＧＲガス流量）を演算すると共に、筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８で筒内流入ＥＧＲガス流量を演算し、筒内流入総ガス流量から筒内流入ＥＧＲガス流量を差し引いて筒内流入新気流量を求め、この筒内流入新気流量に基づいて燃料噴射制御等を行う。

以下、筒内流入総ガス流量演算部３７及び筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８の機能を説明する。
筒内流入総ガス流量演算部３７は、まず、吸気管１２内を流れる気体がスロットルバルブ２１を通過する挙動を模擬したスロットルモデル３９を用いて、スロットル通過総ガス流量（スロットルバルブ２１を通過する総ガス流量）を演算する。尚、スロットルモデル３９として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載されたスロットルモデルを使用しても良い。

更に、本実施例１では、エアフローメータ１４で検出した新気流量（吸気管１２内を流れる新気の流量）を用いて、スロットル通過総ガス流量の演算値（スロットルモデル３９を用いて演算したスロットル通過総ガス流量）を補正する。具体的には、所定の補正値学習条件が成立したとき（例えば定常運転状態のとき）に、エアフローメータ１４で検出した新気流量とスロットル通過総ガス流量の演算値との差をガス流量補正値として算出して記憶する。そして、このガス流量補正値を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。これにより、スロットル通過総ガス流量を精度良く求めることができる。

この後、スロットルバルブ２１を通過した気体がスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）内に充填される挙動を模擬したインマニモデル４０を用いて、スロットル通過総ガス流量と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいてインマニ圧力（スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路内の圧力）を演算する。尚、インマニモデル４０として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気管モデルを使用しても良い。

この後、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填された気体が筒内に吸入される挙動を模擬した吸気弁モデル４１を用いて、インマニ圧力に基づいて筒内流入総ガス流量（＝筒内流入新気流量＋筒内流入ＥＧＲガス流量）を演算する。尚、吸気弁モデル４１として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気弁モデルを使用しても良い。

一方、筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８は、まず、ＥＧＲ配管２９内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁３１を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル４２を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量（ＥＧＲ弁３１を通過するＥＧＲガス流量）を演算する。

本実施例１では、図３に示すように、ＥＧＲ弁モデル４２は、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップにより構築され、このＥＧＲ弁通過ガス流量のマップを用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とに応じたＥＧＲ弁通過ガス流量を演算する。ＥＧＲ弁通過ガス流量のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。このようにすれば、マップを用いてＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とに基づいてＥＧＲ弁通過ガス流量を精度良く演算することができる。

この後、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル４３（図２参照）を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する。

図４に示すように、ＥＧＲガス遅れモデル４３は、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路（吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側）に流入する挙動を模擬した新気合流遅れモデル４４と、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの挙動を模擬した吸気管移流遅れモデル４５と、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填される挙動を模擬したインマニ充填遅れモデル４６と、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬した吸気ポート移流遅れモデル４７とから構成されている。

これにより、ＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入する際の遅れと、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの移流遅れと、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填される際の充填遅れと、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの移流遅れを、筒内流入ＥＧＲガス流量の演算に反映させることができ、筒内流入ＥＧＲガス流量の推定精度を高めることができる。

筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する場合には、まず、新気合流遅れモデル４４を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr(a)に基づいてスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)を演算する。

新気合流遅れモデルは、下記（１）式で近似されている。
Ｍegr(b)＝｛Ｋ1 ／（τ1 ＋１）｝×Ｍegr(a) ……（１）

上記（１）式の係数Ｋ1 と時定数τ1 は、それぞれＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ弁３１から吸気管１２との合流部までの部分）の配管径と長さ、吸気管１２の配管径等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、吸気管移流遅れモデル４５を用いて、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)とスロットル通過総ガス流量Ｍthとに基づいてスロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)を演算する。

図５に示すように、吸気管移流遅れモデル４５は、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列（例えばサンプル時間１６ｍｓ毎に離散化した３２個の行列）により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。一般に、吸気管１２内のＥＧＲガスの移送速度は、ＥＣＵ３６の演算処理速度と比較して十分に遅いため、任意時間で離散化した行列により吸気管移流遅れモデル４５を構築することができる。この吸気管移流遅れモデル４５で用いる各種の係数は、それぞれ吸気管１２（ＥＧＲ配管２９との合流部からスロットルバルブ２１までの部分）の配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、図４に示すように、インマニ充填遅れモデル４６を用いて、スロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)に基づいてスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)を演算する。

インマニ充填遅れモデル４６は、下記（２）式で近似されている。
Ｍegr(d)＝｛Ｋ2 ／（τ2 ＋１）｝×Ｍegr(c) ……（２）

上記（２）式の係数Ｋ2 とインマニ充填遅れ時定数τ2 は、それぞれスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（吸気管１２のうちのスロットルバルブ２１の下流側の部分、サージタンク２３、吸気マニホールド２４等）の配管径と長さと容積等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。尚、インマニモデル４０でインマニ充填遅れ時定数を用いる場合には、インマニモデル４０で用いたインマニ充填遅れ時定数をインマニ充填遅れモデル４６で使用するようにしても良い。

この後、吸気ポート移流遅れモデル４７を用いて、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量Ｍegr(e)を演算する。

吸気ポート移流遅れモデル４７は、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。この吸気ポート移流遅れモデル４７で用いる各種の係数は、それぞれ吸気ポートの配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

以上説明した筒内流入総ガス流量演算部３７及び筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８の機能は、ＥＣＵ３６によって図６の筒内流入ＥＧＲガス流量演算ルーチンを実行することで実現される。図６の筒内流入ＥＧＲガス流量演算ルーチンは、エンジン運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、スロットルモデル３９を用いてスロットル通過総ガス流量を演算し、エアフローメータ１４で検出した新気流量を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。この後、ステップ１０２に進み、インマニモデル４０を用いて、スロットル通過総ガス流量と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいてインマニ圧力を演算した後、ステップ１０３に進み、吸気弁モデル４１を用いて、インマニ圧力に基づいて筒内流入総ガス流量を演算する。

この後、ステップ１０４に進み、ＥＧＲ弁モデル３１（ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップ）を用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とに応じたＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr(a)を演算する。

この後、ステップ１０５に進み、新気合流遅れモデル４４を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr(a)に基づいてスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)を演算した後、ステップ１０６に進み、吸気管移流遅れモデル４５を用いて、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)とスロットル通過総ガス流量とに基づいてスロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)を演算する。

この後、ステップ１０７に進み、インマニ充填遅れモデル４６を用いて、スロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)に基づいてスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)を演算した後、ステップ１０８に進み、吸気ポート移流遅れモデル４７を用いて、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量Ｍegr(e)を演算する。

以上説明した本実施例１では、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）にＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ方式のＥＧＲ装置２８を採用したシステムにおいて、ＥＧＲ配管２９内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁３１を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル４２を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量を演算した後、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル４３を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する。その際、ＥＧＲガス遅れモデル４３は、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入する挙動を模擬した新気合流遅れモデル４４と、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの挙動を模擬した吸気管移流遅れモデル４５と、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填される挙動を模擬したインマニ充填遅れモデル４６と、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬した吸気ポート移流遅れモデル４７とから構成する。これにより、ＥＧＲ弁３１の開度変化に対する筒内流入ＥＧＲガス流量の変化の遅れが大きいという事情があっても、筒内流入ＥＧＲガス流量を精度良く推定することができる。

また、本実施例１では、吸気管移流遅れモデル４５を、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの挙動を任意時間で離散化した行列により構築するようにしたので、ＥＣＵ３６のメモリ使用量を低減しながら、ＥＧＲガス流量の推定精度を高めることができる。しかも、行列を参照することにより筒内流入前のＥＧＲガス流量を推定（予測）することができる。

次に、図７を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

前記実施例１では、筒内流入総ガス流量演算部３７は、エアフローメータ１４で検出した新気流量を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正するようにしたが、エアフローメータ１４を備えていないシステムの場合には、図７に示す本実施例２のように、筒内流入総ガス流量演算部３７は、吸気管圧力センサ４８で検出した吸気管圧力に基づいて新気流量を推定（演算）する新気流量推定部４９（新気流量取得手段）を備え、この新気流量推定部４９で推定した新気流量を用いて、スロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。

具体的には、新気流量推定部４９は、所定の補正値学習条件が成立したとき（例えば定常運転状態のとき）に、吸気管圧力センサ４８で検出した吸気管圧力に基づいて新気流量をマップ又は数式等により推定（演算）すると共に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて新気流量の補正値をマップ又は数式等により演算し、この補正値を用いて、吸気管圧力から推定した新気流量を補正する。

システムの個体差（製造ばらつき）や経時変化等によって吸気管圧力と新気流量との関係が変化するため、その影響を受けて、吸気管圧力から推定した新気流量の誤差が増加する可能性があるが、システムの個体差や経時変化等を反映した空燃比Ｆ／Ｂ補正量から求めた補正値を用いて、吸気管圧力から推定した新気流量を補正することで、新気流量を精度良く求めることができる。

この後、吸気管圧力から推定した新気流量（補正後の新気流量）とスロットル通過総ガス流量の演算値との差をガス流量補正値として算出して記憶する。そして、このガス流量補正値を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。これにより、エアフローメータ１４を備えていないシステムの場合でも、スロットル通過総ガス流量を精度良く求めることができる。

以上説明した本実施例２においても、前記実施例１とほぼ同じ効果を得ることができる。

次に、図８を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

前記実施例１では、ＥＧＲ弁モデル４２を、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップにより構築するようにしたが、本実施例３では、図８に示すように、ＥＧＲ弁モデル４２を、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr との関係を規定する物理式により構築するようにしている。

具体的には、次の絞りの式（オリフィスの式）でＥＧＲ弁モデル４２を近似する。

ここで、Ｃは流量係数で、ＡはＥＧＲ弁３１の開度に応じて変化するＥＧＲ配管２９の開口断面積である。また、Ｒは気体定数で、Ｔegr はＥＧＲ弁３１の上流側のＥＧＲガスの温度であり、Φ（Ｐout ／Ｐin）は（Ｐout ／Ｐin）を変数とする関数である。

本実施例３では、上記の絞りの式（オリフィスの式）を用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲガスの温度とに基づいてＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr を演算する。このようにすれば、物理式を用いてＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とに基づいてＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr を精度良く演算することができる。
以上説明した本実施例３においても、前記実施例１とほぼ同じ効果を得ることができる。

尚、上記各実施例１〜３では、ＥＧＲガス遅れモデル４３を、新気合流遅れモデル４４と吸気管移流遅れモデル４５とインマニ充填遅れモデル４６と吸気ポート移流遅れモデル４７とから構成するようにしたが、これに限定されず、例えば、ＥＧＲガスが吸気ポートを通過する際の移流遅れの影響が小さいシステムの場合には、吸気ポート移流遅れモデル４７を省略するようにしても良い。

また、本発明は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したエンジンに限定されず、機械駆動式の過給機（いわゆるスーパーチャージャ）や電動式の過給機を搭載したエンジンに適用しても良い。

その他、本発明は、過給機付きエンジンに限定されず、スロットルバルブ上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させる方式のＥＧＲ装置を採用したシステムであれば、過給機を搭載していない自然吸気エンジン（ＮＡエンジン）に適用しても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１５…排気管（排気通路）、２１…スロットルバルブ、２９…ＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）、３１…ＥＧＲ弁、３８…筒内流入ＥＧＲガス流量演算部、４２…ＥＧＲ弁モデル、４３…ＥＧＲガス遅れモデル

Claims (6)

1. 内燃機関（１１）の排気通路（１５）からＥＧＲ通路（２９）を通してスロットルバルブ（２１）の上流側の吸気通路（１２）に還流させるＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁（３１）を備えた内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置において、
   前記ＥＧＲ通路（２９）内を流れるＥＧＲガスが前記ＥＧＲ弁（３１）を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル（４２）を用いてＥＧＲ弁通過ガス流量を演算する手段（３８）と、
   前記ＥＧＲ弁（３１）を通過したＥＧＲガスが前記スロットルバルブ（２１）を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル（４３）を用いて前記ＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する手段（３８）と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。
2. 前記ＥＧＲガス遅れモデル（４３）は、前記ＥＧＲ弁（３１）を通過したＥＧＲガスが前記スロットルバルブ（２１）の上流側の吸気通路（１２）に流入する挙動を模擬した合流遅れモデル（４４）と、前記スロットルバルブ（２１）の上流側の吸気通路（１２）に流入したＥＧＲガスが前記スロットルバルブ（２１）を通過するまでの挙動を模擬した移流遅れモデル（４５）と、前記スロットルバルブ（２１）を通過したＥＧＲガスが前記スロットルバルブ（２１）の下流側の吸気通路（２３，２４）に充填される挙動を模擬した充填遅れモデル（４６）とからなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。
3. 前記移流遅れモデル（４５）は、前記スロットルバルブ（２１）の上流側の吸気通路（１２）に流入したＥＧＲガスが前記スロットルバルブ（２１）を通過するまでの挙動を任意時間で離散化した行列により構築されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。
4. 前記ＥＧＲ弁モデル（４２）は、前記ＥＧＲ弁（３１）の開度と前記スロットルバルブ（２１）を通過する総ガス流量と前記ＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップにより構築されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。
5. 前記吸気通路（１２）内を流れるガスが前記スロットルバルブ（２１）を通過する挙動を模擬したスロットルモデル（３９）を用いて前記スロットルバルブ（２１）を通過する総ガス流量を演算する手段（３７）と、
   前記吸気通路（１２）内を流れる新気の流量を検出又は推定する新気流量取得手段（１４，４９）と、
   前記新気流量取得手段（１４，４９）で検出又は推定した新気の流量を用いて前記スロットルバルブ（２１）を通過する総ガス流量の演算値を補正する手段（３７）と
   を備えていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。
6. 前記ＥＧＲ弁モデル（４２）は、前記ＥＧＲ弁（３１）の開度と前記ＥＧＲ弁（３１）の上流側の圧力及び下流側の圧力と前記ＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定する物理式により構築されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の筒内流入ＥＧＲガス流量推定装置。

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