JP2013108449A - 内燃機関の圧力推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路内の圧力を、比較的簡易な手法によって精度良く推定することができる内燃機関の圧力推定装置を提供する。
【解決手段】大気圧センサ２２で大気圧ＰＡを検出し、排気通路７のＥＧＲ通路１２との接続部１５から、接続部１５よりも下流側に設けられたマフラー９を含む排気通路７の下流端までの圧力損失であるマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出する（ステップ１１）とともに、ＥＧＲ通路１２の排気通路７との接続部１５からＥＧＲ通路１２の途中の所定位置までの圧力損失であるＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出する（ステップ１２）。そして、検出された大気圧ＰＡに対し、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを加算し、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを減算することにより、ＥＧＲ通路１２の所定位置における圧力であるＥＧＲ圧ＰＥＧＲを算出する（ステップ１３）。
【選択図】図４

Description

本発明は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を介して、排気通路に排出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる内燃機関において、ＥＧＲ通路内の圧力を推定する内燃機関の圧力推定装置に関する。

従来、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量（以下「ＥＧＲ量」という）を制御する内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関のＥＧＲ通路には、上流側から順に、ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁と、オリフィスが設けられている。また、オリフィスの上流側には、ＥＧＲ通路内の圧力を検出するＥＧＲ圧力センサが設けられている。そして、ＥＧＲ圧力センサで検出された検出値を用いて、ノズル式に基づく所定の計算式により、ＥＧＲ量を算出する。また、従来、ＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられている場合、ＥＧＲ弁の上流側の圧力をＥＧＲ圧力センサで検出し、その検出値を用いて、ＥＧＲ量を算出することも知られている。

特許第２９２２１０３号公報

上述したようにして算出されるＥＧＲ量は、内燃機関の制御、例えば点火時期や燃料噴射の制御に用いられる。したがって、これらの制御を適切に実行するために、ＥＧＲ量を算出する際のパラメータとして用いられるＥＧＲ通路内の圧力を精度良く推定することが求められる。

特許文献１のように、ＥＧＲ通路内の圧力をＥＧＲ圧力センサで検出する場合、その検出値は、内燃機関の吸気および排気の脈動による影響を受けやすく、大きく振動するように変化する。このため、検出値をサンプリングするタイミングによっては、ＥＧＲ通路内の圧力を精度良く検出できないことがある。もちろん、その圧力を精度良く検出するために、吸気および排気によるＥＧＲガスの脈動の周期に合わせて、検出値をサンプリングすることは可能である。しかし、ＥＧＲガスの脈動の周期は、内燃機関の回転数に同期するので、例えば内燃機関が高回転領域にある場合、サンプリングされた多数の検出値をＥＣＵで処理する必要があり、ＥＣＵの負荷が増大してしまう。また、検出値の信号に対し、フィルタリングによるなまし処理を施すことも考えられるが、その場合には、ＥＧＲ圧力センサによる実際の検出のタイミングに対し、ＥＧＲ通路内の圧力を得るまでに遅れが生じ、応答性が低下するという問題がある。以上のように、ＥＧＲ圧力センサでＥＧＲ通路内の圧力を検出する場合、その圧力の精度や応答性の低下により、得られたＥＧＲ量の精度も低下し、その結果、内燃機関においてノッキングや失火などの不具合が生じ、燃費の低下を招いてしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ通路内の圧力を、比較的簡易な手法によって精度良く推定することができる内燃機関の圧力推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排気通路７と吸気通路６とを連通するＥＧＲ通路１２を介して、排気通路に排出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる内燃機関３において、ＥＧＲ通路内の圧力を推定する内燃機関の圧力推定装置１であって、大気圧ＰＡを検出する大気圧検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）大気圧センサ２２）と、排気通路のＥＧＲ通路との接続部１５から、接続部よりも下流側に設けられたマフラー９を含む排気通路の下流端までの圧力損失である排気通路圧損（マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵ）を算出する排気通路圧損算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１１）と、ＥＧＲ通路の排気通路との接続部１５からＥＧＲ通路の途中の所定位置までの圧力損失であるＥＧＲ通路圧損（ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣ）を算出するＥＧＲ通路圧損算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１２）と、検出された大気圧に対し、算出された排気通路圧損を加算し、算出されたＥＧＲ通路圧損を減算することにより、ＥＧＲ通路の所定位置における圧力（ＥＧＲ圧ＰＥＧＲ）を算出するＥＧＲ通路圧力算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１３）と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、大気圧検出手段により、大気圧を検出する。また、排気通路のＥＧＲ通路との接続部から、マフラーを含む排気通路の下流端までの圧力損失（排気通路圧損）を算出するとともに、ＥＧＲ通路の排気通路との接続部からＥＧＲ通路の途中の所定位置までの圧力損失（ＥＧＲ通路圧損）を算出する。そして、検出または算出された上記の大気圧、排気通路圧損およびＥＧＲ通路圧損を用いて、排気通路の下流端の圧力に等しいとみなせる大気圧に対し、排気通路圧損を加算し、ＥＧＲ通路圧損を減算することによって、ＥＧＲ通路の所定位置における圧力を算出する。このように、排気通路の下流端の圧力としての大気圧を基準として、逆算するようにしてＥＧＲ通路内の圧力を算出するので、ＥＧＲ圧力センサでＥＧＲ通路内の圧力を直接、検出する従来と異なり、ＥＧＲガスの脈動による影響を受けることなく、ＥＧＲ通路内の圧力を、比較的簡易な手法によって精度良く推定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の圧力推定装置において、排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側を流れる排ガスの量（目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ）を推定する排ガス量推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２）と、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量であるＥＧＲ量（目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ）を推定するＥＧＲ量推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ３）と、をさらに備え、排気通路圧損算出手段は、推定された排ガス量を用いて、排気通路圧損を算出し（図５のステップ２０）、ＥＧＲ通路圧損算出手段は、推定されたＥＧＲ量を用いて、ＥＧＲ通路圧損を算出する（図６のステップ２１〜２７）ことを特徴とする。

この構成によれば、排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側を流れる排ガス量を推定し、この排ガス量を用いて、排気通路圧損を算出する。また、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を推定し、このＥＧＲ量を用いて、ＥＧＲ通路圧損を算出する。通常、流体が通路を流れる際に、その圧力損失は、流体の流量に応じて変化する。したがって、上記のように、推定した排ガス量およびＥＧＲ量を用いて、排気通路圧損およびＥＧＲ通路圧損をそれぞれ算出することにより、これらの算出を精度良く行うことができる。その結果、精度の高い排気通路圧損およびＥＧＲ通路圧損を用いて、ＥＧＲ通路内の圧力を、より精度良く推定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の圧力推定装置において、ＥＧＲ通路の所定位置よりも上流側に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４と、このＥＧＲクーラの劣化度合（劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲ）を推定する劣化度合推定手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２１〜２４）と、をさらに備え、ＥＧＲ通路圧損算出手段は、推定されたＥＧＲクーラの劣化度合が高いほど、ＥＧＲ通路圧損をより大きくなるように算出する（図６のステップ２７）ことを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲ通路の所定位置よりも上流側に設けられたＥＧＲクーラにより、ＥＧＲガスが冷却される。また、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲクーラの内側の壁面や熱交換用のフィンの表面に、ＥＧＲガス中のススが付着・堆積すると、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下するとともに、ＥＧＲクーラのＥＧＲガスの通路が狭くなることによってＥＧＲ通路圧損が増大する。このように、ＥＧＲクーラの劣化度合が高くなるほど、ＥＧＲ通路圧損も大きくなり、両者は互いに密接な相関関係を有する。したがって、劣化度合推定手段で推定されたＥＧＲクーラの劣化度合が高いほど、ＥＧＲ通路圧損をより大きくなるように算出することにより、ＥＧＲ通路圧損をより精度良く算出することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の圧力推定装置において、内燃機関の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２１）と、検出された内燃機関の運転状態に応じて、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを設定する目標ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ３）と、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度ＴＥＧＲを取得するＥＧＲ温度取得手段（ＥＧＲ温度センサ２５）と、をさらに備え、劣化度合推定手段は、設定された目標ＥＧＲ量および取得されたＥＧＲ温度を用いて、劣化度合を推定する（図６のステップ２１〜２４）ことを特徴とする。

この構成によれば、運転状態検出手段で検出された内燃機関の運転状態に応じて、目標ＥＧＲ量を設定する。また、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの温度（ＥＧＲ温度）を取得する。そして、劣化度合推定手段は、目標ＥＧＲ量およびＥＧＲ温度を用いて、ＥＧＲクーラの劣化度合を推定する。前述したように、ＥＧＲクーラの劣化度合が高くなるほど、ＥＧＲ温度が低下しにくくなる。また、そのＥＧＲ温度は、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲ量に応じて変化する。したがって、目標ＥＧＲ量およびＥＧＲ温度を用いて、ＥＧＲクーラの劣化度合を比較的簡易に精度良く推定することができる。

本発明の一実施形態による圧力推定装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 圧力推定装置の概略構成を示すブロック図である。 目標新気量および目標ＥＧＲ量の設定処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ通路内におけるＥＧＲ弁前圧力の推定処理を示すフローチャートである。 マフラー圧損の算出処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ圧損の算出処理を示すフローチャートである。 マフラー圧損を算出するためのマップである。 新品時ＥＧＲ温度および劣化時ＥＧＲ温度を算出するためのマップである。 ＥＧＲ温度と、新品時ＥＧＲ温度および劣化時ＥＧＲ温度との関係を説明するための図である。 新品時ＥＧＲ圧損および劣化時ＥＧＲ圧損を算出するためのマップである。 スロットル弁の制御処理を示すフローチャートである。 スロットル弁の目標開度を算出するためのマップである。 ＥＧＲ弁の制御処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ弁の目標開度を算出するためのマップである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による圧力推定装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示している。このエンジン３は、車両（図示せず）に搭載されたガソリンエンジンであり、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有している。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄが形成されている。

各気筒３ａには、吸気コレクタ部６ａを有する吸気マニホルド６ｂを介して、吸気通路６が接続されるとともに、排気マニホルド（図示せず）を介して、排気通路７が接続されている。吸気マニホルド６ｂには燃料噴射弁４（図２参照）が、シリンダヘッド３ｃには点火プラグ５（図２参照）が、それぞれ気筒３ａごとに設けられている。燃料噴射弁４による燃料の噴射量・噴射時期、および点火プラグ５の点火時期は、後述するＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

吸気通路６の吸気コレクタ部６ａよりも上流側には、スロットル弁機構１０が設けられている。このスロットル弁機構１０は、吸気通路６内に配置されたバタフライ式のスロットル弁１０ａと、スロットル弁１０ａを駆動するＴＨアクチュエータ１０ｂを有している。スロットル弁１０ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）θＴＨは、ＴＨアクチュエータ１０ｂに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｄに吸入される新気量ＧＡＩＲが調整される。

排気通路７には、燃焼室３ｄから排出された排ガスを浄化するための三元触媒（図示せず）などから成る排ガス浄化装置８が設けられるとともに、その下流側に排気音を低減するためのマフラー９が設けられている。

また、エンジン３には、排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気通路６に還流させるためのＥＧＲ装置１１が設けられている。ＥＧＲ装置１１は、ＥＧＲ通路１２と、ＥＧＲ通路１２の途中に設けられたＥＧＲ弁機構１３およびＥＧＲクーラ１４などで構成されている。ＥＧＲ通路１２は、排気通路７の排ガス浄化装置８とマフラー９との間と、吸気通路６のスロットル弁１０ａよりも下流側の吸気コレクタ部６ａとに接続されている。

ＥＧＲ弁機構１３は、ＥＧＲ通路１２内に配置されたポペット式のＥＧＲ弁１３ａと、ＥＧＲ弁１３ａを駆動するＥＧＲアクチュエータ１３ｂを有している。ＥＧＲ弁１３ａのリフト量（以下「ＥＧＲ弁開度」という）ＬＥＧＲは、ＥＧＲアクチュエータ１３ｂに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、吸気通路６に還流するＥＧＲ量ＧＥＧＲが調整される。ＥＧＲクーラ１４は、ＥＧＲ弁１３ａの上流側に配置されており、エンジン３の冷却水を利用し、高温のＥＧＲガスを冷却する。

エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２０（図２参照）が設けられている。クランク角センサ２０は、クランクシャフトの回転に伴い、所定クランク角（例えば３０°）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２１（図２参照）から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が入力される。

また、吸気通路６のスロットル弁１０ａよりも上流側には、大気圧センサ２２および吸気温センサ２３が設けられている。大気圧センサ２２は大気圧ＰＡを検出し、吸気温センサ２３は吸気通路６を流れる新気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気コレクタ部６ａには、吸気圧センサ２４が設けられている。吸気圧センサ２４は、スロットル弁１０ａの下流側における吸気の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢを絶対圧として検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、ＥＧＲ通路１２には、ＥＧＲ弁１３ａのすぐ上流側に、ＥＧＲ温度センサ２５が設けられている。ＥＧＲ温度センサ２５は、ＥＧＲクーラ１４で冷却され、ＥＧＲ弁１３ａを通過するＥＧＲガスの温度（以下「ＥＧＲ温度」という）ＴＥＧＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２５の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３への燃料噴射制御や、ＥＧＲ通路１２内の圧力推定処理を実行し、また、スロットル弁１０ａおよびＥＧＲ弁１３ａをそれぞれ介した新気量制御およびＥＧＲ量制御を含む吸気制御処理などを実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ２が、排気通路圧損算出手段、ＥＧＲ通路圧損算出手段、ＥＧＲ通路圧力算出手段、排ガス量推定手段、ＥＧＲ量推定手段、劣化度合推定手段、運転状態検出手段、および目標ＥＧＲ量設定手段に相当する。

図３は、ＥＣＵ２で実行される目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤおよび目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤの設定処理を示している。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、運転者が要求する要求トルクＴＲＱを、検出されたアクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出する。

次に、算出された要求トルクＴＲＱおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、目標新気量用の所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する（ステップ２）。また、要求トルクＴＲＱおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、目標ＥＧＲ量用の所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを算出し（ステップ３）、本処理を終了する。

図４は、ＥＧＲ通路１２内におけるＥＧＲ弁１３ａのすぐ上流側の圧力（以下「ＥＧＲ圧」という）ＰＥＧＲを推定する処理を示している。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。本処理ではまず、ステップ１１において、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出する。このマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、排気通路７のＥＧＲ通路１２との接続部１５から、その下流側のマフラー９を含む排気通路７の下流端までの圧力損失である。

このマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵの算出は、図５に示すサブルーチンに従って行われる。この処理では、エンジン回転数ＮＥおよび前記ステップ２で算出した目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じ、図７に示すマップを検索することによって、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出する（ステップ２０）。なお、このようにマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵの算出に目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いるのは、エンジン３の運転時における吸気および排気の関係から、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを排ガス量と等しいと推定したためである。

上記のマップでは、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、３つのエンジン回転数ＮＥ１〜ＮＥ３（ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３）に対し、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥが上記の３つの値以外のときには、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、補間計算により算出される。

図４に戻り、ステップ１１に続くステップ１２では、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出する。このＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣは、ＥＧＲ通路１２の排気通路７との接続部１５から、ＥＧＲ通路１２の途中の所定位置、具体的にはＥＧＲクーラ１４の下流側でかつＥＧＲ弁１３ａのすぐ上流側の位置までの圧力損失である。

図６に示すように、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣの算出処理では、まず、前記ステップ３で算出した目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、図８に示すマップを検索することによって、ＥＧＲクーラ１４が新品でまったく劣化していないときのＥＧＲ温度（以下「新品時ＥＧＲ温度」という）ＴＦＲＳＨを算出する（ステップ２１）とともに、ＥＧＲクーラ１４が完全に劣化したときのＥＧＲ温度（以下「劣化時ＥＧＲ温度」という）ＴＤＥＴを算出する（ステップ２２）。

図８に示す２つのマップはそれぞれ、新品のＥＧＲクーラおよび完全に劣化したＥＧＲクーラについて、ＥＧＲ量とＥＧＲ温度（ＥＧＲクーラで冷却された後の温度）との関係を実験により求め、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ−新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨ、劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴの関係として表したものである。これらのマップでは、新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨおよび劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴはいずれも、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、より高い値に設定されている。また、劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴは、新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨよりも高く、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨとの差がより大きくなるように設定されている。

上記のように、劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴが新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨよりも高くなるのは、次の理由による。すなわち、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過する際に、ＥＧＲガス中のススが未燃燃料などをバインダーとして、ＥＧＲクーラの内側の壁面や熱交換用のフィンの表面に付着し、その付着量が大きくなるほど、フィンによる熱交換の効率が低下することで、ＥＧＲクーラの冷却性能がより低下するためである。

次に、ＥＧＲ温度センサ２５で検出されたＥＧＲ温度ＴＥＧＲと、前記ステップ２１および２２でそれぞれ算出した新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨおよび劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴを用い、次式（１）により、暫定的な劣化係数Ｋを算出する（ステップ２３）。

図９にも示すように、この劣化係数Ｋは、劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴと新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨとの差に対する、検出されたＥＧＲ温度ＴＥＧＲと新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨとの差の比である。このため、劣化係数Ｋは、ＥＧＲクーラ１４の劣化度合を表し、その値が大きいほど、ＥＧＲクーラ１４の劣化度合がより高いことを示し、０〜１の値をとる。

次に、劣化係数Ｋに、ローパスフィルタリング処理を施すことにより、最終的な劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲを算出する（ステップ２４）。

次に、前記ステップ３で算出した目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、図１０に示すマップを検索することによって、ＥＧＲクーラ１４が新品のときのＥＧＲ圧損（以下「新品時ＥＧＲ圧損」という）ＰＦＲＳＨを算出する（ステップ２５）とともに、ＥＧＲクーラ１４が完全に劣化したときのＥＧＲ圧損（以下「劣化時ＥＧＲ圧損」という）ＰＤＥＴを算出する（ステップ２６）。

図１０に示す２つのマップはそれぞれ、新品のＥＧＲクーラおよび完全に劣化したＥＧＲクーラについて、ＥＧＲ量と圧力損失との関係を実験により求め、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ−新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨ、劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴの関係として表したものである。これらのマップでは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨおよび劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴはいずれも、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、より大きい値に設定されている。また、劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨよりも大きく、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨとの差がより大きくなるように設定されている。

上記のように、劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴが新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨよりも大きくなるのは、前述したように、ＥＧＲガス中のススがＥＧＲクーラ１４の内側の壁面などに付着・堆積すると、ＥＧＲクーラ１４の通路が狭くなり、それにより、ＥＧＲ圧損が大きくなるからである。

また、図示しないが、上記の２つのマップはそれぞれ、互いに異なる複数のエンジン回転数ＮＥに対して作成された複数のマップで構成され、実際のエンジン回転数ＮＥに対応するものが用いられるとともに、エンジン回転数ＮＥがいずれのマップにも一致しない場合には、補間計算が用いられる。

次に、前記ステップ２４、２５および２６でそれぞれ算出した劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲ、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨおよび劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴを用い、次式（２）により、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出し（ステップ２７）、本処理を終了する。

この式（２）から明らかなように、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨおよび劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴを、劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲを用いて重み付け演算することによって、算出される。これにより、劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲが大きいほど、すなわちＥＧＲクーラ１４の劣化度合が高いほど、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣに対する劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴの反映度合が高くなる。

図４に戻り、前記ステップ１２に続くステップ１３では、大気圧センサ２２で検出された大気圧ＰＡ、ならびにステップ１１および１２でそれぞれ算出したマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵおよびＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを用い、次式（３）により、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲを算出し、本処理を終了する。

この式（３）から明らかなように、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲは、排気通路７の下流端の圧力に等しいとみなされる大気圧ＰＡに対し、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを加算し、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを減算することによって、算出される。

本実施形態では、前述したようにして算出された目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤおよびＥＧＲ圧ＰＥＧＲを用いて、スロットル弁１０ａの目標開度θＴＨＣＭＤおよびＥＧＲ弁１３ａの目標開度ＬＥＧＲＣＭＤが算出される。以下、これらの算出に用いられるノズル式について、まず説明する。

このノズル式は、ノズルを通過する流体を圧縮性流体と見なし、ノズルの上下流の圧力とノズルを通過する流体の流量との関係をモデル化したものであり、その一般式は次式（４）で表される。

ここで、左辺のＧは流体の流量である。右辺のＫは、ノズルの構成および開度に応じて定まる開度関数、Ｐ１はノズルの上流側圧力、Ｒは流体の気体定数、Ｔは流体の温度である。また、Ψは、次式（５）によって定義される圧力関数である。

ここで、Ｐ２はノズルの下流側圧力、κは流体の比熱比である。圧力関数Ψは、ノズルの構成や開度にかかわらず、その下流側圧力Ｐ２と上流側圧力Ｐ１との圧力比Ｐ２／Ｐ１のみによって一義的に定まるとともに、圧力比Ｐ２／Ｐ１が音速に相当する所定値以下のときには、一定の最大値Ψｍａｘをとる。

また、式（４）を開度関数Ｋについて表すと、次式（６）が得られる。

以上のノズル式をスロットル弁１０ａに適用する場合には、式（４）〜（６）中の流体流量Ｇを目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに、開度関数Ｋをスロットル弁１０ａの開度関数ＫＴＨに、上流側圧力Ｐ１を大気圧ＰＡに、下流側圧力Ｐ２を吸気圧ＰＢに、流体温度Ｔを吸気温ＴＡに、圧力関数Ψをスロットル弁１０ａ用の圧力関数ΨＴＨに、それぞれ置き換える。これにより、式（４）〜（６）は、次の式（７）〜（９）にそれぞれ書き換えられる。

また、ノズル式をＥＧＲ弁１３ａに適用する場合には、式（４）〜（６）中の流体流量Ｇを目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに、開度関数ＫをＥＧＲ弁１３ａの開度関数ＫＥＧＲに、上流側圧力Ｐ１を前記図４のステップ１３で算出したＥＧＲ圧ＰＥＧＲに、下流側圧力Ｐ２を吸気圧ＰＢに、流体温度ＴをＥＧＲ温度ＴＥＧＲに、圧力関数ΨをＥＧＲ弁１３ａ用の圧力関数ΨＥＧＲに、それぞれ置き換える。これにより、式（４）〜（６）は、次の式（１０）〜（１２）にそれぞれ書き換えられる。

次に、図１１を参照しながら、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに基づいて実行されるスロットル弁１０ａの制御処理について説明する。本処理では、まずステップ３１において、大気圧ＰＡおよび吸気圧ＰＢに応じ、前記式（８）によって、スロットル弁１０ａ用の圧力関数ΨＴＨを算出する。次に、算出された圧力関数ΨＴＨを用い、式（９）によってスロットル弁１０ａの開度関数ＫＴＨを算出する（ステップ３２）。

次に、開度関数ＫＴＨに応じ、図１２に示すマップを検索することによって、スロットル弁１０ａの目標開度θＴＨＣＭＤを算出する（ステップ３３）。このマップは、開度関数ＫＴＨとスロットル弁開度θＴＨとの関係を実験などによって求め、開度関数ＫＴＨ−目標開度θＴＨＣＭＤの関係としてマップ化したものであり、開度関数ＫＴＨが大きいほど、目標開度θＴＨＣＭＤはより大きな値に設定されている。

次に、算出された目標開度θＴＨＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、制御入力Ｕ＿ＴＨを算出する（ステップ３４）。そして、この制御入力Ｕ＿ＴＨに基づく駆動信号をＴＨアクチュエータ１０ｂに出力し、スロットル弁１０ａを駆動する（ステップ３５）ことによって、スロットル弁開度θＴＨを目標開度θＴＨＣＭＤに制御し、本処理を終了する。

次に、図１３を参照しながら、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに基づいて実行されるＥＧＲ弁１３ａの制御処理について説明する。本処理では、まずステップ４１において、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲおよび吸気圧ＰＢに応じ、式（１１）によって、ＥＧＲ弁１３ａ用の圧力関数ΨＥＧＲを算出する。次に、算出された圧力関数ΨＥＧＲを用い、式（１２）によってＥＧＲ弁１３ａの開度関数ＫＥＧＲを算出する（ステップ４２）。

次に、開度関数ＫＥＧＲに応じ、図１４に示すマップを検索することによっって、ＥＧＲ弁１３ａの目標開度ＬＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ４３）。このマップは、開度関数ＫＥＧＲとＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲとの関係を実験などによって求め、開度関数ＫＥＧＲ−目標開度ＬＥＧＲＣＭＤの関係としてマップ化したものであり、開度関数ＫＥＧＲが大きいほど、目標開度ＬＥＧＲＣＭＤはより大きな値に設定されている。また、前述したように、スロットル弁１０ａがバタフライ式であるのに対し、ＥＧＲ弁１３ａはポペット式であるという弁の形式の相違から、図１４のマップの形状は、図１２のスロットル弁１０ａ用のマップとは異なっている。

次に、算出された目標開度ＬＥＧＲＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、制御入力Ｕ＿ＥＧＲを算出する（ステップ４４）。そして、この制御入力Ｕ＿ＥＧＲに基づく駆動信号をＥＧＲアクチュエータ１３ｂに出力し、ＥＧＲ弁１３ａを駆動する（ステップ４５）ことによって、ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲを目標開度ＬＥＧＲＣＭＤに制御し、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、検出された大気圧ＰＡに対し、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを加算し、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを減算することにより、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲを算出する。このように、排気通路７の下流端の圧力としての大気圧ＰＡを基準として、逆算するようにしてＥＧＲ圧ＰＥＧＲを算出するので、ＥＧＲ圧力センサでＥＧＲ通路内の圧力を直接、検出する従来と異なり、ＥＧＲガスの脈動による影響を受けることなく、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲを、比較的簡易な手法によって精度良く推定することができる。

また、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、排気通路７を流れる排ガス量とほぼ等しいと推定される目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて算出され、一方、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣは、エンジン３の運転状態に応じた目標ＥＧＲＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを用いて算出される。通常、流体が通路を流れる際に、その圧力損失は、流体の流量に応じて変化するので、上記のように、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤおよび目標ＥＧＲＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを用いて、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵおよびＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣをそれぞれ算出することにより、これらの算出を精度良く行うことができる。その結果、精度の高いマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵおよびＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを用いて、ＥＧＲ圧ＰＥＧＲを、より精度良く推定することができる。

さらに、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤおよびＥＧＲ温度ＴＥＧＲを用いて、ＥＧＲクーラ１４の劣化度合を表す劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲを算出するので、ＥＧＲクーラ１４の劣化度合を比較的簡易に精度良く推定することができる。そして、その劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲを用いて、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出するので、ＥＧＲクーラ１４の劣化度合を反映したＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを、より精度良く算出することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＥＧＲ温度ＴＥＧＲを、ＥＧＲ弁１３ａのすぐ上流側に設けられたＥＧＲ温度センサ２５によって検出したが、これを推定によって求めてもよい。例えば、吸気通路６の吸気コレクタ部６ａに温度センサを設け、この温度センサで検出された温度を用い、吸気コレクタ部６ａにおけるガスエネルギが、新気のエネルギとＥＧＲガスのエネルギとの和に等しいとするエネルギ保存側を利用して、ＥＧＲ温度ＴＥＧＲを推定することが可能である。

また、実施形態では、排気通路７のＥＧＲ通路１２との接続部１５の下流側に、圧力損失が大きい構成部品としてのマフラー９を設けた例について説明したが、そのマフラー９に加えて、例えば前記排ガス浄化装置８以外の排ガス浄化装置などを設けるようにしてもよい。その場合には、その排ガス浄化装置による圧力損失が含まれるように、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出する。また、排気通路７の形状などを考慮して、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出してもよい。

さらに、実施形態では、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出する際に、推定されたＥＧＲ量として、ステップ３で設定した目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを用いたが、これに代えて、例えば式（１０）で示されるノズル式などのモデルを用いて算出されたＥＧＲ量を用いてもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 圧力推定装置
２ ＥＣＵ（排気通路圧損算出手段、ＥＧＲ通路圧損算出手段、ＥＧＲ通路圧力
算出手段、排ガス量推定手段、ＥＧＲ量推定手段、劣化度合推定手段、
運転状態検出手段、および目標ＥＧＲ量設定手段）
３ 内燃機関
６ 吸気通路
７ 排気通路
９ マフラー
１１ ＥＧＲ装置
１２ ＥＧＲ通路
１３ａ ＥＧＲ弁
１４ ＥＧＲクーラ
１５ 排気通路とＥＧＲ通路の接続部
２０ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２１ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
２２ 大気圧センサ（大気圧検出手段）
２４ 吸気圧センサ
２５ ＥＧＲ温度センサ（ＥＧＲ温度取得手段）
ＧＡＩＲ 新気量
ＬＥＧＲ ＥＧＲ弁開度
ＧＥＧＲ ＥＧＲ量
ＧＧＡＳ 排ガス量
ＮＥ エンジン回転数
ＡＰ アクセル開度
ＰＡ 大気圧
ＴＡ 吸気温
ＰＢ 吸気圧
ＴＥＧＲ ＥＧＲ温度
ＧＡＩＲＣＭＤ 目標新気量
ＧＥＧＲＣＭＤ 目標ＥＧＲ量
ＰＥＧＲ ＥＧＲ圧
ΔＰ＿ＭＵ マフラー圧損（排気通路圧損）
ΔＰ＿ＥＣ ＥＧＲ圧損（ＥＧＲ通路圧損）
ＫＣＯＯＬＥＲ 劣化係数

Claims (4)

1. 排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を介して、前記排気通路に排出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させる内燃機関において、前記ＥＧＲ通路内の圧力を推定する内燃機関の圧力推定装置であって、
   大気圧を検出する大気圧検出手段と、
   前記排気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部から、当該接続部よりも下流側に設けられたマフラーを含む当該排気通路の下流端までの圧力損失である排気通路圧損を算出する排気通路圧損算出手段と、
   前記ＥＧＲ通路の前記排気通路との接続部から当該ＥＧＲ通路の途中の所定位置までの圧力損失であるＥＧＲ通路圧損を算出するＥＧＲ通路圧損算出手段と、
   前記検出された大気圧に対し、前記算出された排気通路圧損を加算し、前記算出されたＥＧＲ通路圧損を減算することにより、前記ＥＧＲ通路の前記所定位置における圧力を算出するＥＧＲ通路圧力算出手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の圧力推定装置。
2. 前記排気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側を流れる排ガスの量を推定する排ガス量推定手段と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量であるＥＧＲ量を推定するＥＧＲ量推定手段と、をさらに備え、
   前記排気通路圧損算出手段は、前記推定された排ガス量を用いて、前記排気通路圧損を算出し、
   前記ＥＧＲ通路圧損算出手段は、前記推定されたＥＧＲ量を用いて、前記ＥＧＲ通路圧損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圧力推定装置。
3. 前記ＥＧＲ通路の前記所定位置よりも上流側に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラと、
   このＥＧＲクーラの劣化度合を推定する劣化度合推定手段と、をさらに備え、
   前記ＥＧＲ通路圧損算出手段は、前記推定されたＥＧＲクーラの劣化度合が高いほど、前記ＥＧＲ通路圧損をより大きくなるように算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の圧力推定装置。
4. 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段と、
   前記ＥＧＲ通路の前記ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度を取得するＥＧＲ温度取得手段と、をさらに備え、
   前記劣化度合推定手段は、前記設定された目標ＥＧＲ量および前記取得されたＥＧＲ温度を用いて、前記劣化度合を推定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の圧力推定装置。

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