JP2016053337A - 内燃機関及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の気筒内への燃料噴射量を正確に推定して、この推定算出した燃料噴射量とＥＧＲ率を基に内燃機関への目標吸入空気量を正確に算出して、吸入空気量または燃料噴射量を正確に制御することができ、より適切なエンジンの運転状態を確保することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】エンジン１を制御する制御装置４０がエンジン本体１０の気筒内に入る吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ2ｉｎｔ、気筒内から出る排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ2ｅｘｈ及び吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）に基づいて、エンジン本体１０に供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを求め、これから気筒内への燃料噴射量を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を正確に推定して、より適切なエンジンの運転状態を確保することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法に関する。

一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関では、気筒内に吸入される吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）に燃料を噴射して、この吸気ガスと燃料の混合気をピストンにより圧縮して燃焼させることで、車両の走行用の動力を発生させている。

この気筒内に噴射される燃料量に応じた酸素量を有する吸気ガスを気筒内に導入することで、気筒内の燃焼状態を良化させることができるので、燃費を向上させることができるとともに、エンジンから排出される排気ガスに含まれる微粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）等の排気ガス中の含有量を適切に維持することができる。従って、実際の燃料噴射量とＥＧＲ率（吸気ガスにおけるＥＧＲガスの割合）を基に気筒内への吸入空気量の目標値（目標吸入空気量）を正確に算出して、この目標値になるように吸入空気量を制御することが重要となる。

しかしながら、燃料噴射弁に対する指令値と実際に噴射される燃料量との差は、燃料噴射弁の個々の機差に基づいて生じるものと、経年変化によって生じるものとがあり、必ずしも、指令値どおりの燃料噴射量になっているとは限らず、精度良く、実際に噴射されている燃料量と気筒内への酸素量との関係を制御目標値に制御することは難しいという問題がある。

しかも、エンジンにおける燃料配管及びその他の補機類のレイアウトの観点から、燃料配管中に高精度の燃料流量計を設置することは困難であるため、車両の走行中に、計測した燃料噴射量で吸入空気量を制御することは難しいという問題がある。つまり、実車に搭載した状態においてエンジンの瞬時の燃料流量を計測し、その情報を基にエンジン吸入空気量を制御することは一般的に容易ではない。

これに関連して、機関排気を排気還流通路を介して機関の吸気系に還流する排気還流装置を備えた内燃機関において、排気還流装置で還流される排気中の酸素量を検出する還流酸素量検出手段と、機関に吸入される新気の量を検出する新気量検出手段と、この新気量検出手段で検出された新気の量と還流酸素検出手段で検出された還流排気中の酸素量とに基づいて機関の制御量を決定する機関制御手段とを含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この内燃機関の制御装置においては、排気還流ガス(ＥＧＲガス)中の酸素濃度と還流排気量とから排気還流に伴って機関に流入する酸素量に対応する基本燃料噴射量とエアフロメータで検出される新気量に対応する基本燃料噴射量との加算値を実際の気筒流入酸素量に対応する噴射量と見做し、これに基づいて最終的な燃料噴射量を算出している。そして、この燃料噴射量に対応するパルス幅の噴射パルス信号を、所定の噴射タイミングにおいて燃料噴射弁に出力して、燃料噴射弁による燃料噴射を制御している。

この内燃機関の制御装置では、燃料噴射量の目標値の算出に排気還流ガスの酸素量を用いているが、燃料噴射弁における燃料噴射量の目標値と実際の噴射量との差異に関しては触れられておらず、この問題の解決はなされていない。

特開平０８−０４２３６９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を正確に推定して、この推定算出した燃料噴射量とＥＧＲ率を基に内燃機関への目標吸入空気量を正確に算出して、吸入空気量または燃料噴射量を正確に制御することができ、より適切なエンジンの運転状態を確保することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、排気通路を通過する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、該内燃機関を制御する制御装置が、気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、前記気筒内から出る排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて、前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出するように構成される。なお、この吸気ガスは、ＥＧＲが行われているときは、新気とＥＧＲガスの混合気となり、ＥＧＲが行われていないときは、新気となる。

この構成によれば、吸気ガスの酸素濃度、排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を正確に推定することができるので、この推定算出した燃料噴射量とＥＧＲ率を基に内燃機関への目標吸入空気量を正確に算出することができる。したがって、車両の走行において、吸入空気量とＥＧＲガス量を正確に制御することにより、または、燃料噴射量の指令値と推定した燃料噴射量の差に応じて燃料噴射の指令値を補正することにより、気筒内の燃焼状態を目標の燃焼状態にして、最適なエンジンの運転状態とすることができ、燃費を向上させることができる。

言い換えれば、自動車用として一般的に用いられる酸素濃度センサを用いて、その情報からＥＧＲ率を算出して、これをコントロールすることに加え、同時に求められる瞬時の燃料噴射量から適切な空気量等を見積もりして制御に用いることで、より適切なエンジンの運転状態を確保することができる。なお、このＥＧＲ率は、吸気ガスの酸素濃度と排気ガスの酸素濃度から算出することができ、この算出したＥＧＲ率を基に、ＥＧＲ率の目標値（目標ＥＧＲ率）との差を算出することができるので、ＥＧＲ率を正確に制御することができる。

また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との合流点より下流側の前記吸気通路に設けた吸気酸素濃度センサで検出された吸気ガスの酸素濃度、前記気筒より下流側の前記排気通路に設けた排気酸素濃度センサで検出された排気ガスの酸素濃度、及び、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との合流点より上流側の前記吸気通路に設けた空気流量センサで検出された吸入空気量から算出される吸気ガスの吸気モル数を

上記の（１）式に代入して、燃料流量のモル数を算出した後に、
この燃料流量のモル数を

上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量を求め、これから前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出するように構成される。

ここで、上記の（１）式において、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿ｉｎｔは吸気ガスの吸気モル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスの酸素濃度（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスの酸素濃度（単位：％）、ｎ、ｍ及びｒはそれぞれ燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子、Ｈ（水素）原子及びＯ（酸素）原子の係数であり、また、上記の（２）式において、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル分子量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である。

この構成によれば、（１）式、（２）式を用いてエンジンに供給される燃料流量を算出することにより、内燃機関の気筒内への燃料噴射量をより正確に推定することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、排気通路を通過する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、前記気筒内から出る排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量を用いて内燃機関を制御することを特徴とする方法である。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、前記気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、排気ガスの酸素濃度及び吸気ガスの吸気モル数を

上記の（１）式に代入して、燃料流量のモル数を算出した後に、この燃料流量のモル数を

上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量を求め、これから前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出することを特徴とする方法である。

ここで、上記の（１）式において、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿ｉｎｔは吸気ガスの吸気モル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスの酸素濃度（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスの酸素濃度（単位：％）、ｎ、ｍ及びｒはそれぞれ燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子、Ｈ（水素）原子及びＯ（酸素）原子の係数であり、また、上記の（２）式において、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル分子量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である。

これらの方法によれば、上記の内燃機関と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、吸気ガスの酸素濃度、排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を正確に推定することができるので、この推定算出した燃料噴射量とＥＧＲ率を基に内燃機関への目標吸入空気量を正確に算出することができる。したがって、吸入空気量とＥＧＲガス量を正確に制御することにより、または、燃料噴射量の指令値と推定した燃料噴射量の差に応じて燃料噴射の指令値を補正することにより、気筒内の燃焼状態を目標の燃焼状態にして、最適なエンジンの運転状態を実現することができ、燃費を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関の制御方法について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１０と吸気通路１２と排気通路１３を備えており、さらに、ターボ式過給システムのターボチャージャ（ターボ式過給器）１５と、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路１２に還流させるＥＧＲシステムを備えている。

図１のエンジン１では、ＥＧＲシステムとして高圧ＥＧＲシステムを備えており、ＥＧＲガスＧｅを高圧ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させている。なお、図示しないが、ＥＧＲシステムとして、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムの両方を備えてもよいし、低圧ＥＧＲシステムのみ備えてもよい。

吸気通路１２は、吸気マニホールド１１ａに接続し、上流側より順に、空気流量（ＭＡＦ：Mass Air Flow）センサ（図示しない）、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂ、インタークーラー１６が設けられている。また、排気通路１３は、排気マニホールド１１ｂに接続し、上流側より順に、ターボチャージャ１５のタービン１５ａ、排気ガス浄化処理装置（図示しない）が設けられている。そして、高圧ＥＧＲ通路１４は、タービン１５ａの上流側の排気通路１３とコンプレッサ１５ｂの下流側の吸気通路１２とを接続して設けられ、上流側より順に、ＥＧＲクーラー１７、ＥＧＲバルブ１８が設けられている。

大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、高圧ＥＧＲ通路１４から吸気通路１２に流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、インタークーラー１６を経由して、吸気マニホールド１１ａに送られて、気筒（シリンダ）内に噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１に動力を発生させる。

そして、エンジン１での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気通路１３に流出し、その一部は高圧ＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、タービン１５ａを経由して、排気ガス浄化処理装置（図示しない）により浄化された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。

また、図１に示すように、エンジン１全般の運転状態を制御する制御装置４０が設けられる。この制御装置４０は、エンジン本体１０の気筒内に入る吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ（単位：％）、気筒内から出る排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ（単位：％）及び吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）（単位：ｋｇ／ｓ）に基づいて、エンジンに供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌ（単位：ｋｇ／ｓ）を求め、これから気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出するように構成される。なお、この吸気ガスＡ＋Ｇｅは、ＥＧＲが行われているときは、新気ＡとＥＧＲガスＧｅの混合気Ａ＋Ｇｅとなり、ＥＧＲが行われていないときは、新気Ａとなる。

ここで、この吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは、吸気酸素濃度センサ１９により検出され、排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは、排気通路１３に設けた排気酸素濃度センサ２０により検出される。なお、吸気酸素濃度センサ１９は、吸気通路１２と高圧ＥＧＲ通路１４の合流点より下流側の吸気通路１２に設けるが、低圧ＥＧＲシステムの場合はターボ過給システムより下流側の吸気通路１２に設けられることになる。また、排気酸素濃度センサ２０は、気筒より下流側の排気マニホールド１１ｂや排気通路１３等に設ければよいが、通常は、ターボ過給システム及びＥＧＲシステムより上流側の排気通路１３に設ける。

この両センサともに図１に示す配設位置に限定されないが、吸気酸素濃度センサ１９は吸気マニホールド１１ａに近い位置に、排気酸素濃度センサ２０は排気マニホールド１１ｂに近い位置にそれぞれ設けることが好ましく、これにより、吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈをより正確に検出することができるようになる。

また、この吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）は新気Ａの空気量であり、吸気通路１２に設けた空気流量（ＭＡＦ）センサ（図示しない）等により検出される。なお、この吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）とＥＧＲガス量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ｇｅ）（単位：ｋｇ／ｓ）を合算して、吸気ガスＡ＋Ｇｅの吸気流量ＭＦ＿ｉｎｔ（単位：ｋｇ／ｓ）が得られ（ＭＦ＿ｉｎｔ＝ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）＋ＭＦ＿ｉｎｔ（Ｇｅ））、この吸気流量ＭＦ＿ｉｎｔと吸気ガスＡ＋Ｇｅのモル分子量ＭＷ＿ｉｎｔ（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）より吸気ガスＡ＋Ｇｅの吸気モル数ＭＮ＿ｉｎｔ（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）が得られる（ＭＮ＿ｉｎｔ＝ＭＦ＿ｉｎｔ／ＭＷ＿ｉｎｔ）。

なお、ＥＧＲ率は、吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ及び排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈから算出することができる。また、この算出したＥＧＲ率を基に、ＥＧＲ率の目標値（目標ＥＧＲ率）を算出することができ、ＥＧＲ率を正確に制御することができる。

また、上記の内燃機関１において、制御装置４０が、吸気酸素濃度センサ１９で検出された吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、排気酸素濃度センサ２０で検出された排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ、及び、空気流量センサで検出された吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）から算出される吸気ガスＡ＋Ｇｅの吸気モル数ＭＮ＿ｉｎｔを

上記の（１）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを算出した後に、この燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを

上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを求め、これから燃料噴射量を算出するように構成される。

ここで、上記の（１）式において、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿ｉｎｔは吸気ガスの吸気モル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスの酸素濃度（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスの酸素濃度（単位：％）、ｎ、ｍ及びｒはそれぞれ燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子、Ｈ（水素）原子及びＯ（酸素）原子の係数である。

また、上記の（２）式において、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル分子量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である。

この構成によれば、（１）式、（２）式を用いることにより、エンジン本体１０に供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌが求まり、これから気筒内への燃料噴射量をより正確に推定算出することができる。

ここで、上記の（１）式の算出方法を示す。まず、任意の燃料（Ｃ_nＨ_mＯ_r）の１モル分がエンジン本体１０への吸気ガスＡ＋Ｇｅに含まれる酸素（Ｏ₂）と過不足なく反応したと仮定する場合の反応式は、

上記の（３）式のように表される。すなわち、１モル分の燃料が燃焼するとき、エンジン本体１０への吸気ガスＡ＋Ｇｅに含まれる酸素がｎ＋ｍ／４−ｒ／２モル分消費され、ｎモル分の二酸化炭素（ＣＯ₂）とｍ／２モル分の水（Ｈ₂Ｏ）が生成される。

したがって、モル数ＭＮ＿ｆｕｅｌの燃料が燃焼したとき、排気ガスＧのモル数ＭＮ＿ｅｘｈは、吸気ガスＡ＋Ｇｅのモル数ＭＮ＿ｉｎｔ、燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを用いて、

上記の（４）式のように表される。

さらに、エンジン本体１０での燃焼前後における、エンジン本体１０への吸気ガスＡ＋Ｇｅに含まれる酸素、燃焼により消費される酸素及び排気ガスＧに含まれる酸素のそれぞれのモル数の関係は、

上記の（５）式のように表される。ここで、ＭＮ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスＡ＋Ｇｅに含まれる酸素の単位時間当たりのモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿Ｏ₂ｅｑｉｖは燃料により消費される酸素の単位時間当たりのモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスＧに含まれる酸素の単位時間当たりのモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）である。

この（５）式の各モル数を酸素濃度に換算すると、

上記の（６）式のように表される。ここで、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度（体積分率又はモル分率）（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスＧの酸素濃度（体積分率又はモル分率）（単位：％）とする。

上記の（４）式、（６）式から、燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌについて解くと、

上記の（１）式を得ることができる。すなわち、上記の（１）式は、燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌが、吸気酸素濃度センサ１９で検出される吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、排気酸素濃度センサ２０で検出される排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ及び吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）から算出される吸気ガスＡ＋Ｇｅの吸気モル数ＭＮ＿ｉｎｔから算出できることを示している。

したがって、（１）式により算出した燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを、

上記の（２）式に代入することで、燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを算出することができる。ここで、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル質量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である。なお、この燃料のモル質量ＭＷ＿ｆｕｅｌについては別途実験等により予め算出しておく。

以上より、上記の内燃機関を用いた内燃機関の制御方法は、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、エンジン本体１０の気筒内に入る吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、気筒内から出る排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ及び吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）に基づいてエンジンに供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを求め、これから気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量を用いてエンジン１を制御することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関を用いた内燃機関の制御方法は、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、エンジン本体１０への吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ及び吸気ガスＡ＋Ｇｅの吸気モル数ＭＮ＿ｉｎｔを

上記の（１）式に代入して、エンジン本体１０に供給される燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを算出した後に、この燃料流量のモル数ＭＮ＿ｆｕｅｌを

上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを求め、これから燃料噴射量を算出することを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、吸気ガスＡ＋Ｇｅの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ、排気ガスＧの酸素濃度ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ及び吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）に基づいて、エンジン本体１０へ供給される燃料流量ＭＦ＿ｆｕｅｌを求め、これから気筒内への燃料噴射量を正確に推定することができるので、この推定した燃料噴射量とＥＧＲ率を基にエンジン本体１０への目標吸入空気量を正確に算出することができる。

したがって、吸入空気量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ａ）とＥＧＲガス量ＭＦ＿ｉｎｔ（Ｇｅ）を正確に制御して、または、燃料噴射量の指令値と推定した燃料噴射量の差に応じて燃料噴射の指令値を補正することにより、気筒内の燃焼状態を目標の燃焼状態にして、最適なエンジンの運転状態とすることができ、燃費を向上させることができる。

１ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド
１１ｂ 排気マニホールド
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ 高圧ＥＧＲ通路
１５ ターボチャージャ（ターボ式過給器）
１５ａ タービン
１５ｂ コンプレッサ
１６ インタークーラー
１７ ＥＧＲクーラー
１８ ＥＧＲバルブ
１９ 吸気酸素濃度センサ
２０ 排気酸素濃度センサ
４０ 制御装置
ＭＦ＿ｆｕｅｌ 燃料流量
ＭＷ＿ｆｕｅｌ 燃料のモル分子量
ＭＮ＿ｆｕｅｌ 燃料流量のモル数
ＭＮ＿ｉｎｔ 吸気ガスの吸気モル数
ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔ 吸気ガスの酸素濃度
ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈ 排気ガスの酸素濃度
ｎ 燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子の係数
ｍ 燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＨ（水素）原子の係数
ｒ 燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＯ（酸素）原子の係数
Ａ 新気
Ａ＋Ｇｅ 吸気ガス
Ｇ 発生した排気ガス
Ｇａ ターボチャージャのタービンに流入する排気ガス（Ｇ−Ｇｅ）
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス

Claims (4)

1. 排気通路を通過する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、
   該内燃機関を制御する制御装置が、
   気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、前記気筒内から出る排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて、前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出するように構成されることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御装置が、
   前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との合流点より下流側の前記吸気通路に設けた吸気酸素濃度センサで検出された吸気ガスの酸素濃度、前記気筒より下流側の前記排気通路に設けた排気酸素濃度センサで検出された排気ガスの酸素濃度、及び、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との合流点より上流側の前記吸気通路に設けた空気流量センサで検出された吸入空気量から算出される吸気ガスの吸気モル数を
   

   

   上記の（１）式に代入して、燃料流量のモル数を算出した後に、
   この燃料流量のモル数を
   

   

   上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量を求め、これから前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出するように構成され、
   ここで、上記の（１）式において、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿ｉｎｔは吸気ガスの吸気モル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスの酸素濃度（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスの酸素濃度（単位：％）、ｎ、ｍ及びｒはそれぞれ燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子、Ｈ（水素）原子及びＯ（酸素）原子の係数であり、
   また、上記の（２）式において、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル分子量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 排気通路を通過する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備えた内燃機関の制御方法において、
   気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、前記気筒内から出る排気ガスの酸素濃度及び吸入空気量に基づいて前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量を用いて内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
4. 前記気筒内に入る吸気ガスの酸素濃度、排気ガスの酸素濃度及び吸気ガスの吸気モル数を
   

   

   上記の（１）式に代入して、燃料流量のモル数を算出した後に、
   この燃料流量のモル数を
   

   

   上記の（２）式に代入して、エンジンに供給される燃料流量を求め、これから前記気筒内へ噴射された燃料噴射量を算出し、
   ここで、上記の（１）式において、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＮ＿ｉｎｔは吸気ガスの吸気モル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＶＰ＿Ｏ₂ｉｎｔは吸気ガスの酸素濃度（単位：％）、ＶＰ＿Ｏ₂ｅｘｈは排気ガスの酸素濃度（単位：％）、ｎ、ｍ及びｒはそれぞれ燃料（軽油）の分子式ＣｎＨｍＯｒのＣ（炭素）原子、Ｈ（水素）原子及びＯ（酸素）原子の係数であり、
   また、上記の（２）式において、ＭＦ＿ｆｕｅｌは燃料流量（単位：ｋｇ／ｓ）、ＭＮ＿ｆｕｅｌは燃料流量のモル数（単位：ｋｍｏｌ／ｓ）、ＭＷ＿ｆｕｅｌは燃料のモル分子量（単位：ｋｇ／ｋｍｏｌ）である
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御方法。

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