JP2022168929A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気路に吸入される大気に含まれる水蒸気量、及びＥＧＲガス量を考慮して、燃焼室に吸入された吸入ガスに含まれる水蒸気量及びＥＧＲガス量を合計した不活性ガス量を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室に吸入される目標不活性ガス量を算出し、目標不活性ガス量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御し、燃焼室に吸入される実ＥＧＲガス量を算出し、燃焼室に吸入される大気に含まれる水蒸気量を検出し、目標不活性ガス量に対して、実ＥＧＲガス量及び水蒸気量を合計した合計不活性ガス量が不足している場合は、不足している不足不活性ガス量に基づいて、水インジェクタを駆動し、吸入空気に水を噴射させる内燃機関の制御装置。【選択図】図２

Description

本願は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関を好適に制御するためには、燃焼室に吸入される吸入空気量を高精度に算出し、吸入空気量に応じた燃料制御及び点火制御を行うことが重要である。内燃機関の燃焼室に吸入される空気量を計測する方法として、スロットルバルブの上流側の吸気路に設けられたエアフローセンサ（以下、ＡＦＳと称す）により空気流量を計測する方法（以下、ＡＦＳ方式と称す）と、スロットルバルブの下流側の吸気路（インテークマニホールド）内の圧力を計測する圧力センサ（以下、吸気路内圧力センサ）を設け、吸気路内圧力センサにより計測される吸気路内圧力と内燃機関の回転速度により燃焼室に吸入される吸入空気量を推定する方法（以下、Ｓ／Ｄ方式と称す）の２種類が一般的である。また、これらのセンサを併置して運転状態に応じてそれぞれの方式を切換えるもの、又はＡＦＳ方式であっても吸気路内圧力を計測して用いているものもある。

燃料制御については、検出した燃焼室の吸入空気量に誤差があっても、空燃比センサによりフィードバック制御を行えば、概ね良好な制御性が得られる。しかし、点火制御については、回転速度と燃焼室の吸入空気量のみならず、他の要因、例えば、内燃機関の温度、ノック発生状況、燃料性状、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量と吸入空気量の比、ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）に応じて出力が最大となる点火進角（以下、ＭＢＴ：Minimum Spark Advance for Best Torque）において制御する必要がある。ＭＢＴに影響のある前記要因の中でも、例えば、内燃機関の温度は、冷却水温度センサにより、ノック発生状況はノックセンサにより検出でき、燃料性状はノック発生状況に応じてレギュラーガソリンかハイオクガソリンかを判断することができる。

ところで、ＥＧＲ率については、排気路と吸気路とを結ぶＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを設け、そのバルブ開度によりＥＧＲ量を制御する方法（以下、外部ＥＧＲ）と、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ開閉タイミングを可変化する可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ：Variable Valve Timing）を設け、そのバルブ開閉タイミングにより吸気バルブと排気バルブが同時に開いている状態であるオーバーラップ期間を変えることで、排気が燃焼室内に残留することによるＥＧＲ量を制御する方法（以下、内部ＥＧＲ）があり、また、これらを同時に用いる場合もある。近年では、更なる低燃費化、高出力化のために、外部ＥＧＲ及び吸排気ＶＶＴを持つ内燃機関が一般的になっている。本出願で単にＥＧＲ、ＥＧＲ率と表記した場合、外部ＥＧＲ、外部ＥＧＲ率を示す。

また、吸気に水を噴射する事により、燃焼室内での気化潜熱により燃焼室内の温度を低下させ、ノッキングの発生を抑制する技術もある。水の噴射位置は吸気ポートに噴射するものと、燃焼室内に直接噴射するものがあり、燃焼室内に直接噴射する方が、吸気ポート及びバルブ表面に付着する水分量を考慮する必要が無いため、より高精度な噴射量の制御が可能となるが、コストは高くなる。

燃焼室内に吸入される乾燥空気及び燃料が、燃焼に直接寄与し、ＥＧＲ及び水蒸気は、燃焼には直接寄与しない。つまり、ＥＧＲ及び水蒸気は燃焼に直接寄与しない不活性ガスであり、それらの成分は異なるものの、燃焼への影響は類似しており、不活性ガス量が増加すると、燃焼速度が遅くなりＭＢＴの位置が変化する。

さらには、水蒸気は、吸気路に吸入される大気にも含まれており、大気中に含まれる水蒸気量は、天候、外気温度、季節等によって大きく変化する。計測される吸入空気量には、大気の水蒸気が含まれ、乾燥空気量に対して誤差が生じ、最適な燃料量及び点火時期に対して誤差が生じる。これらに対する技術として、特許文献１及び特許文献２が知られている。

特開２０１８－１３０６８号公報 特許第６２９２２０９号

大気湿度の影響を補正する方法として、特許文献１では、吸気路に湿度センサが設けられており、雨天時の湿度を基準とし、運転時の湿度が雨天時の湿度よりも低い場合には、その差分に基づいて吸入空気に水を噴射するように構成されている。この方法では、低湿度環境の運転時において、燃焼に寄与しない水蒸気が多く供給されることになり、特に低負荷運転において、内燃機関等の機差ばらつきによっては燃焼不良等の問題が発生する可能性がある。

また、ＥＧＲガス量と水噴射量の調整方法として、特許文献２では、加速での目標ＥＧＲ率の過渡増加時に、アクチュエータの応答遅れ等により生じる目標ＥＧＲ率に対する実ＥＧＲ率の偏差に応じて水を噴射するように構成されている。この方法では、ＥＧＲが導入される中負荷の運転領域のみで水噴射が行われ、大気湿度による影響は、考慮されていない。また、特許文献２では噴射する水は超臨界水又は亜臨界水を前提としたものであり、それらの温度及び圧力を実現させるためには大幅なコストの増加が伴う。

そこで、本願は、吸気路に吸入される大気に含まれる水蒸気量、及びＥＧＲガス量を考慮して、燃焼室に吸入された吸入ガスに含まれる水蒸気量及びＥＧＲガス量を合計した不活性ガス量を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本願に係る内燃機関の制御装置は、排気路から吸気路に排気ガスを還流するＥＧＲ流路と、前記ＥＧＲ流路を開閉するＥＧＲバルブと、吸入空気に水を噴射する水インジェクタと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
燃焼室に吸入される目標不活性ガス量を算出する目標不活性ガス量算出部と、
前記目標不活性ガス量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ制御部と、
前記燃焼室に吸入される実ＥＧＲガス量を算出する実ＥＧＲ量算出部と、
前記燃焼室に吸入される大気に含まれる水蒸気量を検出する水蒸気量検出部と、
前記目標不活性ガス量に対して、前記実ＥＧＲガス量及び前記水蒸気量を合計した合計不活性ガス量が不足している場合は、不足している不足不活性ガス量に基づいて、前記水インジェクタを駆動し、吸入空気に水を噴射させる水噴射制御部と、を備えたものである。

本願に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲガスの導入により、目標不活性ガス量を達成できなかった場合に、水インジェクタにより噴射水を供給し、目標不活性ガス量を達成することができる。この際、実ＥＧＲガス量、及び燃焼室に吸入される大気に含まれる水蒸気量が考慮されているので、不足不活性ガス量を精度よく算出でき、不活性ガス量の制御精度を向上できる。よって、不活性ガス量により燃焼状態を精度よく制御できる。例えば、ＥＧＲバルブ制御の応答遅れ、及びＥＧＲバルブから燃焼室までの吸気路による搬送遅れ等により、目標ＥＧＲガス量に対して実ＥＧＲガス量に応答遅れが生じ、不足不活性ガス量が生じた場合に、水噴射により不足分を精度よく補うことができる。或いは、吸気路内圧力が高く、吸気路にＥＧＲガスを十分に還流できず、不足不活性ガス量が生じた場合に、水噴射により不足分を精度よく補うことできる。

本願の実施の形態１に係る内燃機関及び制御装置の概略構成図である。 本願の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。 本願の実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 本願の実施の形態１に係る不活性ガス量の変化による、点火時期に対する内燃機関の出力特性の変化を説明するための図である。 本願の実施の形態１に係る無次元流量定数の算出を説明するための図である。 本願の実施の形態１に係る制御装置の処理を示すフローチャート図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１及び制御装置５０の概略構成図であり、図２は、本実施の形態に係る制御装置５０のブロック図である。内燃機関１及び制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。

１－１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室２５を有している。内燃機関１は、燃焼室２５に空気を供給する吸気路２３と、燃焼室２５で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ６を備えている。スロットルバルブ６は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７が設けられている。

吸気路２３の最上流部には、吸気路２３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ２４が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される空気である吸入空気の流量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３（以下、ＡＦＳ３と称す）と、吸気路２３に吸入される大気の温度である大気温度Ｔａに応じた電気信号を出力する大気温度センサ４と、吸気路２３に吸入される大気の湿度である大気湿度Ｈａに応じた電気信号を出力する大気湿度センサ５と、が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３内の圧力は、大気圧力と等しいとみなすことができる。吸気路２３の外部（例えば、制御装置５０の内部）には、大気圧力Ｐａに応じた電気信号を出力する大気圧力センサ２が設けられている。

なお、大気温度センサ４及び大気湿度センサ５は、ＡＦＳ３と一体化されてもよいし、別体化されてもよい。或いは、大気温度センサ４及び大気湿度センサ５は、大気圧力センサ２と同様に、吸気路２３の外部に設けられてもよいし、大気圧力センサ２は、大気温度センサ４及び大気湿度センサ５と同じ個所に設けられてもよい。

スロットルバルブ６の下流側の吸気路２３の部分は、吸気マニホールド１２とされている。内燃機関１は、排気路１７から吸気路２３（本例では、吸気マニホールド１２）に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を備えている。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電動モータ等の電動アクチュエータより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。ＥＧＲバルブ２２には、ＥＧＲバルブ２２の開度に応じた電気信号を出力するＥＧＲ開度センサ２７が設けられている。吸気マニホールド１２に還流された排気ガス（以下、還流排気ガスと称す）と、吸気マニホールド１２に吸入された吸入空気は、吸気マニホールド１２内で混合され、均一化される。なお、ＥＧＲは、Exhaust Gas Recirculationの頭文字である。

吸気路２３には、吸気路２３（本例では、吸気マニホールド１２）内のガス圧力である吸気路内圧力Ｐｂに応じた電気信号を出力する吸気路内圧力センサ８と、吸気路２３（本例では、吸気マニホールド１２）内のガス温度である吸気路内温度Ｔｂに応じた電気信号を出力する吸気路内温度センサ９と、が設けられている。なお、吸気路内圧力センサ８及び吸気路内温度センサ９は、一体化されてもよいし、別体化されてもよい。

燃焼室２５に直接燃料を噴射する燃料インジェクタ１３が設けられている。なお、燃料インジェクタ１３は、吸気マニホールド１２の下流側の部分に燃料を噴射するように設けられてもよい。また、吸入空気に水を噴射する水インジェクタ２８が設けられている。本実施の形態では、水インジェクタ２８は、燃焼室２５内に直接水を噴射するように設けられている。水インジェクタ２８は、吸気マニホールド１２の下流側の部分に水を噴射するように設けられてもよい。水インジェクタ２８には、水を貯蔵したタンク内の水を、加圧ポンプにより加圧した水が供給される。

燃焼室２５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、燃焼室２５の頂部には、吸気路２３から燃焼室２５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、燃焼室内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。排気バルブ１５には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構が設けられている。可変バルブタイミング機構１４、１５は、電動アクチュエータを有している。内燃機関１のクランク軸には、その回転角に応じた電気信号を出力するクランク角センサ２０が設けられている。なお、可変バルブタイミング機構は、吸気及び排気の一方にのみ設けられてもよく、双方に設けられなくてもよい。

排気路１７には、排気ガス中の空気と燃料との比率である空燃比ＡＦ（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８が設けられている。また、排気路１７には、排気ガスを浄化する触媒１９が設けられている。

１－２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、内燃機関１を制御する制御装置である。図２に示すように、制御装置５０は、運転状態検出部５１、水蒸気量検出部５２、乾燥吸気量算出部５３、目標不活性ガス量算出部５４、ＥＧＲ制御部５５、実ＥＧＲガス量算出部５６、水噴射制御部５７、実不活性ガス量算出部５８、及び点火制御部５９等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１～５９等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０にバス等の信号線を介して接続された記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、および演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の揮発性及び不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置５０が備える各制御部５１～５９等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、および出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１から５６等が用いる変換係数Ｋｅｖ、Ｋｖｅ、目標不活性ガス量ＱＩＮｔ、圧力比上限値、各マップデータ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

本実施の形態では、入力回路９２には、大気圧力センサ２、ＡＦＳ３、大気温度センサ４、大気湿度センサ５、スロットル開度センサ７、吸気路内圧力センサ８、吸気路内温度センサ９、空燃比センサ１８、クランク角センサ２０、アクセルポジションセンサ２６、及びＥＧＲ開度センサ２７等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ６（電気モータ）、燃料インジェクタ１３、水インジェクタ２８、吸気可変バルブタイミング機構１４、排気可変バルブタイミング機構１５、点火コイル１６、及びＥＧＲバルブ２２（電動アクチュエータ）等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。

制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、燃料インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ６等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ６の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、吸気バルブの目標開閉タイミング及び排気バルブの目標開閉タイミングを算出し、各目標開閉タイミングに基づいて、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５を駆動制御する。

＜運転状態検出部５１＞
運転状態検出部５１は、内燃機関１及び車両の運転状態を検出する。運転状態検出部５１は、各種のセンサの出力信号等に基づいて各種の運転状態を検出する。

例えば、運転状態検出部５１は、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて内燃機関１のクランク角度θ及び回転速度Ｎｅを検出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、ＥＧＲ開度センサ２７の出力信号に基づいてＥＧＲバルブ２２の開度Ｏｅを検出する。運転状態検出部５１は、空燃比センサ１８の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比ＡＦを検出し、アクセルポジションセンサ２６の出力信号に基づいてアクセル開度を検出する。

運転状態検出部５１は、燃焼室２５に吸入される吸入空気量ＱＷＡｃを検出する。本実施の形態では、運転状態検出部５１は、ＡＦＳ３の出力信号に基づいて、スロットルバルブ６を通過する吸気路吸入空気流量Ｑｗａを検出する。ここで、吸気路吸入空気流量Ｑｗａ及び吸入空気量ＱＷＡｃは、乾燥空気と水蒸気を含んだ湿り空気の空気流量及び空気量である。

運転状態検出部５１は、吸気路吸入空気流量Ｑｗａ［ｇ／ｓ］を、１行程間積分して、１行程間に吸気路２３に吸入される吸気路吸入空気量ＱＷＡ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出し、吸気路吸入空気量ＱＷＡに対して吸気マニホールド１２の遅れを模擬した１次遅れフィルタ処理を行って、１行程間に燃焼室２５に吸入される吸入空気量ＱＷＡｃ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出する。なお、運転状態検出部５１は、ＡＦＳ３の出力信号を用いずに、公知の方法を用い、圧力センサの情報等に基づいて、吸入空気量ＱＷＡｃを算出してもよい。

運転状態検出部５１は、吸気路２３に吸入される大気温度Ｔａを検出し、大気湿度Ｈａを検出し、大気圧力Ｐａを検出する。本実施の形態では、それぞれの検出に、大気温度センサ４、大気湿度センサ５、及び大気圧力センサ２の出力信号が用いられる。なお、運転状態検出部５１は、大気温度Ｔａ、大気湿度Ｈａ、及び大気圧力Ｐａを、エアコンディショナ装置等の外部の装置から、通信を介して取得するように構成されてもよい。

本実施の形態では、大気湿度センサ５には、相対湿度を検出するタイプのものが用いられており、例えば、感湿材料の電気抵抗値により検出する電気抵抗式のもの、センサ素子の静電容量により検出する静電容量式のもの等とされる。そのため、運転状態検出部５１は、大気湿度Ｈａとして相対湿度を検出する。ここで、相対湿度とは、空気の温度により決まる飽和水蒸気圧に対するその空気の水蒸気分圧の比率を示すものであり、空気中の水蒸気分圧が同じであっても、温度により、相対湿度は変化する。

運転状態検出部５１は、吸気路内圧力Ｐｂを検出し、吸気路内温度Ｔｂを検出する。本実施の形態では、それぞれの検出に、吸気路内圧力センサ８、及び吸気路内温度センサ９の出力信号が用いられる。

運転状態検出部５１は、排気路１７内のガス圧力である排気路内圧力Ｐｅｘを検出し、排気路１７内のガス温度である排気路内温度Ｔｅｘを検出する。本実施の形態では、運転状態検出部５１は、回転速度、吸入空気量、ＥＧＲ率、大気圧力Ｐａ、空燃比、及び点火時期などの特定の運転状態に基づいて、排気路内圧力Ｐｅｘ及び排気路内温度Ｔｅｘを算出する。この算出の際、特定の運転状態と排気路内圧力Ｐｅｘとの関係が予めされた排気路内圧力特性データ、及び特定の運転状態と排気路内温度Ｔｅｘとの関係が予めされた排気温度特性データが用いられる。各特性データには、マップデータ、多項式等の数式が用いられる。或いは、排気路１７に温度センサ及び圧力センサが設けられ、各センサの出力信号が用いられてもよい。

＜水蒸気量検出部５２＞
水蒸気量検出部５２は、燃焼室２５に吸入される大気に含まれる水蒸気量ＱＶｃを検出する。本実施の形態では、水蒸気量検出部５２は、運転状態検出部５１により検出された吸入空気量ＱＷＡｃ、大気温度Ｔａ、大気湿度Ｈａ、及び大気圧力Ｐａに基づいて、水蒸気量ＱＶｃを検出する。以下で詳細に説明する。

水蒸気量検出部５２は、次式を用い、大気温度Ｔａに基づいて、大気温度Ｔａ［℃］における飽和水蒸気圧Ｐｓ［ｈＰａ］を算出する。

上述したように、大気湿度Ｈａは相対湿度であり、飽和水蒸気圧Ｐｓに対する水蒸気分圧Ｐｖの比率を示している。よって、水蒸気量検出部５２は、次式を用い、式（１）により算出した飽和水蒸気圧Ｐｓ［ｈＰａ］及び大気湿度Ｈａ［％ＲＨ］に基づいて、水蒸気分圧Ｐｖ［ｈＰａ］を算出する。

ドルトンの法則より、物質量の比は、圧力の比と等しくなるため、大気中における水蒸気の物質量の比、つまり水蒸気のモル分率χｖは、次式により示される。なお、水蒸気のモル分率χｖは、大気に対する水蒸気の体積比と考える事もできる。

一般的に、検出した吸入空気量ＱＷＡｃを目標空燃比で除算して、燃料噴射量が算出される。しかし、検出した吸入空気量ＱＷＡｃには水蒸気量が含まれるため、正確な空気量を得るためには、吸入空気量ＱＷＡｃから水蒸気量を減算する必要がある。そのためには、湿り空気に含まれる水蒸気の質量比が必要となる。湿り空気における水蒸気の割合を一般的には比湿ｑという。比湿ｑは、湿り空気の密度ρｗ、乾燥空気の密度ρｄ、水蒸気の密度ρｖを用い、次式で表される。

一般に知られる理想気体の状態方程式より、気体の密度ρは、気体の圧力Ｐ、気体の温度Ｔ、気体のガス定数Ｒを用い、式（５）で表され、気体のガス定数Ｒは、一般ガス定数Ｒ０、気体の分子量Ｍを用い、式（６）で表される。

式（７）及び式（８）は、式（５）及び式（６）を用いて、水蒸気の密度ρｖと乾燥空気の密度ρｄを表したものである。ここで、Ｍｖは水蒸気の分子量、Ｍｄは乾燥空気の分子量である。

式（９）は、式（７）及び式（８）を、式（４）に代入し、水蒸気の分子量Ｍｖに１８．０１５、乾燥空気の分子量Ｍｄに２８．９６６を代入したものである。水蒸気量検出部５２は、式（９）を用い、大気圧力Ｐａ、及び式（２）により算出した水蒸気分圧Ｐｖに基づいて、比湿ｑを算出する。

ＡＦＳ３が熱式の場合、吸入空気の湿度により、湿り空気量の検出誤差が生じる可能性もあり、その誤差についても湿度情報を用いて補正を行う必要がある。しかし、その補正方法は本願の範囲には含まれないため、湿度によるＡＦＳ３の検出誤差は生じない、もしくは、誤差が補正された湿り空気量がＡＦＳ３から出力されるものとする。ＡＦＳ３は熱式検出を例としているため、湿り空気の質量流量［ｇ／ｓ］が検出されるものとする。

ＡＦＳ３により検出される湿り空気流量Ｑｗａに対する水蒸気分の流量Ｑｖの割合は、比湿ｑで示される。よって、水蒸気量検出部５２は、式（１０）に示すように、湿り空気の吸入空気量ＱＷＡｃ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］に、式（９）により算出した比湿ｑを乗算して、燃焼室２５に吸入される水蒸気量ＱＶｃ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出する。

＜乾燥吸気量算出部５３＞
乾燥吸気量算出部５３は、式（１１）に示すように、吸入空気量ＱＷＡｃから水蒸気量ＱＶｃを減算して、燃焼室２５に吸入される乾燥吸入空気量ＱＤＡｃを算出する。

また、乾燥吸気量算出部５３は、乾燥吸入空気量ＱＤＡｃを、標準大気状態（例えば、一気圧、２５℃）の空気密度ρ０とシリンダ容積Ｖｃとを乗算した値で除算して、乾燥充填効率Ｅｃｄａを算出する。乾燥充填効率Ｅｃｄａは、シリンダ容積Ｖｃを満たす標準大気状態の空気質量(ρ０×Ｖｃ)に対する乾燥吸入空気量ＱＤＡｃの比率である。

＜目標不活性ガス量算出部５４＞
目標不活性ガス量算出部５４は、燃焼室に吸入される目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する。目標不活性ガス量算出部５４は、回転速度Ｎｅ、吸入空気量情報等の運転状態に基づいて、目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する。例えば、運転状態と目標不活性ガス量ＱＩＮｔとの関係が予め設定された目標ガス量設定マップデータを参照して算出される。吸入空気量情報として、乾燥吸入空気量ＱＤＡｃ、又は乾燥吸入空気量ＱＤＡｃに基づいて算出された乾燥充填効率Ｅｃｄａが用いられる。これにより、燃焼する乾燥吸入空気量ＱＤＡｃと、燃焼に影響する目標不活性ガス量ＱＩＮｔとの比を精度よく制御することができ、燃焼状態の制御精度を向上させることができる。なお、湿り空気の吸入空気量ＱＷＡｃが用いられてもよい。

一般に中負荷域にて導入される不活性ガスはＥＧＲに代表され、ポンピングロス低減等による燃費向上等の効果が知られている。また高負荷域にて導入される不活性ガスは水に代表され、点火時期のノック限界拡大の効果、又は燃料冷却を水の潜熱に担わせてＡ／Ｆリッチ化を抑制する効果等が知られている。それら各種効果を考慮した最適な不活性ガス量がマップデータに設定され、目標不活性ガス量ＱＩＮｔとして算出される。

＜ＥＧＲガスと水蒸気との相関性＞
しかし、ＥＧＲガスと水蒸気とでは、物質が異なるため、単位質量当たりの燃焼に与える影響度合いが異なる。そこで、ＥＧＲガスと水蒸気とを共通の指標で管理する必要がある。本実施の形態では、目標不活性ガス量算出部５４は、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する。すなわち、目標不活性ガス量算出部５４は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔとして目標ＥＧＲガス量を算出する。なお、目標不活性ガス量算出部５４は、不活性ガス量を水蒸気相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出してもよい。

以下で詳細に説明する。不活性ガス量は、例えばＥＧＲではＥＧＲ率Ｒｅｇｒにより示されることがある。ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、一般的に吸入空気量に対するＥＧＲ流路から循環された排気ガス量の比とされており、ＣＯ２濃度を用いた式（１２）にて示されている。なお、式（１２）において、ＣＯ２＿ｉｎは、吸入ガスのＣＯ２濃度［ｖｏｌ％］を示し、ＣＯ２＿ｅｘは、排気路から循環される外気ガスのＣＯ２濃度［ｖｏｌ％］を示し、ＣＯ２＿ａは、大気中のＣＯ２濃度［ｖｏｌ％］を示す。一般的に大気中のＣＯ２濃度は、０．０３８［ｖｏｌ％］程度である。

燃料を例えばガソリンとした場合の炭化水素の燃焼反応式は、一般的に式（１３）により表される。

ガソリンの平均分子式をＣ_７Ｈ_１４、空気の組成を「酸素(Ｏ_２)：窒素(Ｎ_２)＝２１：７９」と仮定し、ガソリンと空気が理論空燃比で完全燃焼した場合の燃焼反応式は、式（１４）により表され、燃焼により生成される二酸化炭素（ＣＯ_２）の量と水分（Ｈ_２Ｏ）の量が等しい事が示されている。

図４は、所定の乾燥吸入空気量及び燃料噴射量の運転条件において、点火時期ＳＡをＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）の前後に変化させた場合の内燃機関の出力特性と、同じ乾燥吸入空気量及び燃料噴射量の運転条件において、外部ＥＧＲの導入量又は水噴射量を変化させた場合の点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性を示したものである。ＥＧＲ率を増加させた場合も、水噴射量を増加させた場合も、ＭＢＴは進角側に変化する傾向を示し、点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性は、同様の傾向で変化することが確認された。図４に示すように、ＥＧＲ率＝約１５％の内燃機関の出力特性と、水噴射パルス幅＝３ｍｓの内燃機関の出力特性は、ほぼ同じ特性になっている。

これは、ともに不活性ガスであるＥＧＲガス量と水蒸気量との間に、点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性について、相関性がある事を示している。その相関性は回転速度及び充填効率等の運転状態により影響を受ける。そのため、水蒸気量からＥＧＲガス相当量への換算係数Ｋｖｅ、及びＥＧＲガス量から水蒸気相当量への換算係数Ｋｅｖは、回転速度及び充填効率等の運転状態ごとに予め設定されている。例えば、各換算係数と運転状態との関係が予め設定されたマップデータ又は数式が用いられる。

＜ＥＧＲ制御部５５＞
ＥＧＲ制御部５５は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔに基づいて、ＥＧＲバルブを制御する。

本実施の形態では、ＥＧＲ制御部５５は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔから水蒸気量ＱＶｃを除外した水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔを演算し、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔに基づいてＥＧＲバルブを制御する。

目標不活性ガス量ＱＩＮｔから水蒸気量ＱＶｃを除外することにより、ＥＧＲガス及び水蒸気を合計した目標不活性ガス量ＱＩＮｔが達成されるように、ＥＧＲガス量を制御することができる。よって、目標不活性ガス量ＱＩＮｔの制御精度を向上させることができる。

本実施の形態では、上述したように、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔが算出される。ＥＧＲ制御部５５は、水蒸気量ＱＶｃをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量ＱＶＩＮｃを算出する。例えば、次式に示すように、ＥＧＲ制御部５５は、水蒸気量ＱＶｃに、水蒸気量をＥＧＲガス相当量に換算する換算係数Ｋｖｅを乗算して、水蒸気換算量ＱＶＩＮｃを算出する。上述したように、換算係数Ｋｖｅは、換算前後のガス量に対応する、点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性が同等になるように、運転状態ごとに設定されている。

ＥＧＲ制御部５５は、次式に示すように、目標不活性ガス量ＱＩＮｔから、水蒸気量ＱＶｃをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量ＱＶＩＮｃを減算して、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔを算出する。

ＥＧＲ制御部５５は、ＥＧＲガス量が、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔに一致するようにＥＧＲバルブを制御する。

本実施の形態では、ＥＧＲガス量の制御精度を向上させるため、ＥＧＲバルブ２２近傍の流れを絞り弁前後の流れと考えた、圧縮性流体における流体力学の理論式であるオリフィスの流量算出式が用いられ、吸気路内圧力Ｐｂ、排気路内圧力Ｐｅｘ、及び排気路内温度Ｔｅｘも考慮される。すなわち、ＥＧＲ制御部５５は、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔ、吸気路内圧力Ｐｂ、排気路内圧力Ｐｅｘ、及び排気路内温度Ｔｅｘに基づいて、ＥＧＲバルブの目標開度を算出し、目標開度に基づいて、ＥＧＲバルブを制御する。

具体的には、ＥＧＲ制御部５５は、次式に示すように、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を１行程の周期Ｔｓｔ［ｓ／ｓｔｒｏｋｅ］で除算して、ＥＧＲバルブを通過する目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒｔ［ｇ／ｓ］を算出する。

ＥＧＲ制御部５５は、式（１８）を用い、排気路内温度Ｔｅｘに基づいて、排気ガスの音速αｅｘを算出し、式（１９）を用い、排気路内温度Ｔｅｘ及び排気路内圧力Ｐｅｘに基づいて、排気ガスの密度ρｅｘを算出する。ここで、Ｒは、排気ガスのガス定数であり、予め設定された値が用いられる。κは、排気ガスの比熱比であり、予め設定された値が用いられる。また、ＥＧＲ制御部５５は、式（２０）を用い、排気路内圧力Ｐｅｘに対する吸気路内圧力Ｐｂの圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘに基づいて、無次元流量定数σｅｘを算出する。ここで、Ｒｐ０は、臨界圧力比であり、空気の場合は、約０．５２８になり、排気ガスに合わせて予め設定された値が用いられる。図５に示すように、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、臨界圧力比Ｒｐ０以下の場合は、無次元流量定数σｅｘは一定値σｅｘ０になり、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、臨界圧力比Ｒｐ０より大きい場合は、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが増加するに従って、無次元流量定数σｅｘは減少し、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘ＝１で、無次元流量定数σｅｘ＝０になる。なお、演算負荷の低減のために、式（１８）から式（２０）をマップデータ化したものが用いられてもよい。

そして、ＥＧＲ制御部５５は、次式に示すように、目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒｔを、排気ガスの音速αｅｘ、排気ガスの密度ρｅｘ、及び無次元流量定数σｅｘで除算して、ＥＧＲバルブの目標開口面積Ｓｅｇｒｔを算出する。

ＥＧＲ制御部５５は、ＥＧＲバルブの目標開口面積Ｓｅｇｒｔを、変換マップデータ又は数式を用いて、ＥＧＲバルブの目標開度に変換する。ＥＧＲ制御部５５は、実開度Ｏｅが目標開度に近づくように、ＥＧＲバルブの電動アクチュエータを駆動制御する。

＜吸気路内圧力Ｐｂが高い場合の、開度増加の制限＞
また、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが１に近くなると、無次元流量定数σｅｘが０に近くなり、圧力脈動により、目標開口面積Ｓｅｇｒｔが大きく変動し、また、目標開口面積Ｓｅｇｒｔを増加させても、ＥＧＲガス流量を増加させることができない。

そこで、ＥＧＲ制御部５５は、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、予め設定された圧力比上限値よりも大きい場合は、ＥＧＲバルブの開度の増加を制限する。例えば、圧力比上限値は、０．９５に設定される。例えば、ＥＧＲ制御部５５は、圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘを、圧力比上限値で上限制限する。上限制限前の圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、圧力比上限値よりも大きい場合は、上限制限後の圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘは、圧力比上限値に設定される。そして、上限制限された圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘに基づいて、式（２０）の無次元流量定数σｅｘの算出処理が行われる。

上限制限前の圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、圧力比上限値よりも大きい場合は、無次元流量定数σｅｘは、圧力比上限値に対応する、０よりも大きい所定値になり、目標開口面積Ｓｅｇｒｔは、無次元流量定数σｅｘの所定値に対応する所定値になり、開度の増加が制限される。開度の上限制限が行われている場合は、公知のＥＧＲバルブの開度の学習制御が停止されてもよい。

ＥＧＲバルブの開度の上限制限が行われることにより、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔに対して実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃが不足しても、後述するように、不足分は、水噴射による水蒸気により補われるので、精度よく目標不活性ガス量ＱＩＮｔを達成することができると共に、ＥＧＲバルブの開度が不必要に大きくなったり、変動したりすることを防止できる。

＜実ＥＧＲガス量算出部５６＞
実ＥＧＲガス量算出部５６は、燃焼室に吸入される実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃを算出する。実ＥＧＲガス量算出部５６は、ＥＧＲバルブの開度Ｏｅ、及び吸気路内圧力Ｐｂに基づいて、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃを算出する。

本実施の形態では、実ＥＧＲガス量の算出精度を向上させるため、ＥＧＲバルブのオリフィスの流量算出式が用いられ、排気路内圧力Ｐｅｘ及び排気路内温度Ｔｅｘも考慮される。すなわち、実ＥＧＲガス量算出部５６は、ＥＧＲバルブの開度Ｏｅ及び吸気路内圧力Ｐｂに加えて、排気路内圧力Ｐｅｘ、及び排気路内温度Ｔｅｘに基づいて、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃを算出する。

実ＥＧＲガス量算出部５６は、ＥＧＲ開度センサ２７により検出された実開度Ｏｅを、変換マップデータ又は数式を用いて、ＥＧＲバルブの実開口面積Ｓｅｇｒｒに変換する。そして、実ＥＧＲガス量算出部５６は、次式に示すように、実開口面積Ｓｅｇｒｒに、排気ガスの音速αｅｘ、排気ガスの密度ρｅｘ、及び無次元流量定数σｅｘを乗算して、実ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒｒを算出する。

実ＥＧＲガス量算出部５６は、実ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒｒ［ｇ／ｓ］を、１行程間積分して、１行程間に吸気路２３に還流される還流ＥＧＲガス量ＱＥＧＲ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出し、還流ＥＧＲガス量ＱＥＧＲに対して吸気マニホールド１２の遅れを模擬した１次遅れフィルタ処理を行って、１行程間に燃焼室２５に吸入される実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出する。

＜水噴射制御部５７＞
水噴射制御部５７は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔに対して、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ及び水蒸気量ＱＶｃを合計した合計不活性ガス量ＱＩＮｓｕｍが不足している場合は、不足している不足不活性ガス量ＱＩＮｌａｃｋに基づいて、水インジェクタを駆動し、吸入空気に水を噴射させる。

この構成によれば、ＥＧＲガスの導入により、目標不活性ガス量ＱＩＮｔを達成できなかった場合に、水インジェクタにより噴射水を供給し、目標不活性ガス量ＱＩＮｔを達成することができる。この際、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ及び水蒸気量ＱＶｃが考慮されているので、不足不活性ガス量を精度よく算出でき、不活性ガス量の制御精度を向上できる。よって、不活性ガス量により燃焼状態を精度よく制御できる。例えば、ＥＧＲバルブ制御の応答遅れ、及びＥＧＲバルブから燃焼室までの吸気路による搬送遅れ等により、目標ＥＧＲガス量に対して実ＥＧＲガス量に応答遅れが生じ、不足不活性ガス量が生じた場合に、水噴射により不足分を精度よく補うことができる。或いは、吸気路内圧力Ｐｂが高く、吸気路にＥＧＲガスを十分に還流できず、不足不活性ガス量が生じた場合に、水噴射により不足分を精度よく補うことできる。

本実施の形態では、水噴射制御部５７は、次式に示すように、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃと、水蒸気量ＱＶｃをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量ＱＶＩＮｃとを合計して、合計不活性ガス量ＱＩＮｓｕｍを算出する。水蒸気換算量ＱＶＩＮｃの算出は、上記の式（１５）と同様に算出される。水噴射制御部５７は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔから合計不活性ガス量ＱＩＮｓｕｍを減算して、不足不活性ガス量ＱＩＮｌａｃｋを算出する。水噴射制御部５７は、不足不活性ガス量ＱＩＮｌａｃｋに、ＥＧＲガス量を水蒸気相当量に換算する換算係数Ｋｅｖを乗算して、不足水蒸気量ＱＶｌａｃｋを算出する。上述したように、換算係数Ｋｖｅ、Ｋｅｖは、換算前後のガス量に対応する、点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性が同等になるように、運転状態ごとに設定されている。

水噴射制御部５７は、不足水蒸気量ＱＶｌａｃｋに基づいて、噴射水量を算出し、噴射水量に基づいて、水インジェクタのオン期間を算出する。例えば、不足水蒸気量ＱＶｌａｃｋが、噴射水量に設定される。噴射水の蒸発率、壁面への付着率が考慮されてもよい。そして、水噴射制御部５７は、吸気行程から圧縮行程の所定のタイミングで、水インジェクタをオン期間だけオン駆動し、不足水蒸気量ＱＶｌａｃｋの水を燃焼室に供給させる。

＜実不活性ガス量算出部５８＞
実不活性ガス量算出部５８は、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ、水蒸気量ＱＶｃ、及び水インジェクタの噴射水による噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊを合計して、実不活性ガス量ＱＩＮｒを算出する。噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊは、噴射水量に基づいて算出される。例えば、噴射水量又は不足水蒸気量ＱＶｌａｃｋが、噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊに設定される。噴射水の蒸発率、壁面への付着率が考慮されてもよい。

本実施の形態では、実不活性ガス量算出部５８は、次式に示すように、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃと、水蒸気量ＱＶｃ及び噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量及び噴射水蒸気換算量とを合計して、実不活性ガス量を算出する。水蒸気量からＥＧＲガス相当量に換算するために、水蒸気量ＱＶｃ及び噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊに上述した換算係数Ｋｖｅが乗算される。

＜点火制御部５９＞
点火制御部５９は、実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいて、点火時期ＳＡを設定する。点火制御部５９は、点火時期ＳＡ（点火角度）及びクランク角度に基づいて、点火コイル１６への通電制御を行う。例えば、点火制御部５９は、実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいてＭＢＴの点火時期ＳＡを設定する。なお、設定された点火時期ＳＡに対して、ノック制御等の各種の補正制御が行われる。

図４に示したように、同じ新気量及び燃料噴射量の運転条件においても、燃焼室内の不活性ガス量が変化すると、ＭＢＴが変化する。実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ、水蒸気量ＱＶｃ、及び噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊを合計した実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいて、点火時期ＳＡが設定されるので、精度よく、ＭＢＴを基準にした点火制御を行うことができ、燃焼状態の制御精度を向上させることができる。また、点火時期ＳＡの変化に対する内燃機関の出力特性が同等になるように、各水蒸気量がＥＧＲガス相当量に換算されて、実不活性ガス量ＱＩＮｒが算出されているので、物質の異なるＥＧＲガスと水蒸気とが任意の混合比で混合されても、ＭＢＴを基準にした制御精度を高めることができる。

本実施の形態では、点火制御部５９は、不活性ガス量がゼロである場合の第１点火時期ＳＡ１と、不活性ガス量が目標不活性ガス量ＱＩＮｔである場合の第２点火時期ＳＡ２と、を算出し、第１点火時期ＳＡ１と第２点火時期ＳＡ２との間を実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいて補間して、点火時期ＳＡを設定する。例えば、次式に示すように、線形補間が行われる。

点火制御部５９は、回転速度及び乾燥充填効率Ｅｃｄａ等の運転状態と第１点火時期ＳＡ１との関係が予め設定された第1点火時期設定マップデータを参照し、現在の運転状態に対応する第１点火時期ＳＡ１算出する。また、点火制御部５９は、回転速度及び乾燥充填効率Ｅｃｄａ等の運転状態と第２点火時期ＳＡ２との関係が予め設定された第２点火時期設定マップデータを参照し、現在の運転状態に対応する第２点火時期ＳＡ２算出する。

＜フローチャート＞
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関１の制御方法）について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図７のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ０１で、上述したように、運転状態検出部５１は、回転速度Ｎｅ、クランク角度θ、吸入空気量ＱＷＡｃ、大気温度Ｔａ、大気湿度Ｈａ、大気圧力Ｐａ、吸気路内圧力Ｐｂ、吸気路内温度Ｔｂ、排気路内圧力Ｐｅｘ、及び排気路内温度Ｔｅｘ等の各種の内燃機関１の運転状態を検出する運転状態検出処理を実行する。

ステップＳ０２で、上述したように、水蒸気量検出部５２は、燃焼室２５に吸入される大気に含まれる水蒸気量ＱＶｃを検出する水蒸気量検出処理を実行する。本実施の形態では、水蒸気量検出部５２は、吸入空気量ＱＷＡｃ、大気温度Ｔａ、大気湿度Ｈａ、及び大気圧力Ｐａに基づいて、水蒸気量ＱＶｃを検出する。

ステップＳ０３で、上述したように、乾燥吸気量算出部５３は、吸入空気量ＱＷＡｃから水蒸気量ＱＶｃを減算して、燃焼室２５に吸入される乾燥吸入空気量ＱＤＡｃを算出する乾燥吸気量算出処理を実行する。

ステップＳ０４で、上述したように、目標不活性ガス量算出部５４は、燃焼室に吸入される目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する目標不活性ガス量算出処理を実行する。本実施の形態では、目標不活性ガス量算出部５４は、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する。目標不活性ガス量算出部５４は、回転速度Ｎｅ、乾燥吸入空気量ＱＤＡｃ又は乾燥充填効率Ｅｃｄａ等の運転状態に基づいて、目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する。

ステップＳ０５で、上述したように、ＥＧＲ制御部５５は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔに基づいて、ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ制御処理を実行する。本実施の形態では、ＥＧＲ制御部５５は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔから水蒸気量ＱＶｃを除外した水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔを演算し、水除外目標不活性ガス量ＱＩＮＤＡｔに基づいてＥＧＲバルブを制御する。また、ＥＧＲ制御部５５は、排気路内圧力Ｐｅｘに対する吸気路内圧力Ｐｂの圧力比Ｐｂ／Ｐｅｘが、予め設定された圧力比上限値よりも大きい場合は、ＥＧＲバルブの開度の増加を制限する。

ステップＳ０６で、上述したように、実ＥＧＲガス量算出部５６は、燃焼室に吸入される実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃを算出する実ＥＧＲガス量算出処理を実行する。本実施の形態では、実ＥＧＲガス量算出部５６は、ＥＧＲバルブの開度Ｏｅ、吸気路内圧力Ｐｂ、排気路内圧力Ｐｅｘ、及び排気路内温度Ｔｅｘに基づいて、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃを算出する。

ステップＳ０７で、上述したように、水噴射制御部５７は、目標不活性ガス量ＱＩＮｔに対して、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ及び水蒸気量ＱＶｃを合計した合計不活性ガス量ＱＩＮｓｕｍが不足している場合は、不足している不足不活性ガス量ＱＩＮｌａｃｋに基づいて、水インジェクタを駆動し、吸入空気に水を噴射させる水噴射制御処理を実行する。本実施の形態では、水噴射制御部５７は、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃと、水蒸気量ＱＶｃをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量ＱＶＩＮｃとを合計して、合計不活性ガス量ＱＩＮｓｕｍを算出する。

ステップＳ０８で、上述したように、実不活性ガス量算出部５８は、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃ、水蒸気量ＱＶｃ、及び水インジェクタの噴射水による噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊを合計して、実不活性ガス量ＱＩＮｒを算出する実不活性ガス量算出処理を実行する。本実施の形態では、実不活性ガス量算出部５８は、実ＥＧＲガス量ＱＥＧＲｃと、水蒸気量ＱＶｃ及び噴射水蒸気量ＱＶｉｎｊをＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量及び噴射水蒸気換算量とを合計して、実不活性ガス量ＱＩＮｒを算出する。

ステップＳ０９で、上述したように、点火制御部５９は、実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいて、点火時期ＳＡを設定する点火制御処理を実行する。本実施の形態では、点火制御部５９は、不活性ガス量がゼロである場合の第１点火時期ＳＡ１と、不活性ガス量が目標不活性ガス量ＱＩＮｔである場合の第２点火時期ＳＡ２と、を算出し、第１点火時期ＳＡ１と第２点火時期ＳＡ２との間を実不活性ガス量ＱＩＮｒに基づいて補間して、点火時期ＳＡを設定する。

＜転用例＞
（１）上記の実施の形態１においては、内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１は、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）を行う内燃機関等の各種の内燃機関とされてもよい。

（２）上記の実施の形態１においては、目標不活性ガス量算出部５４は、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出する場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、目標不活性ガス量算出部５４は、不活性ガス量を水蒸気相当量に換算した目標不活性ガス量ＱＩＮｔを算出してもよい。そして、各演算値が、水蒸気相当量に換算された値であってもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ 内燃機関、２８ 水インジェクタ、５０ 内燃機関の制御装置、５１ 運転状態検出部、５２ 水蒸気量検出部、５３ 乾燥吸気量算出部、５４ 目標不活性ガス量算出部、５５ ＥＧＲ制御部、５６ 実ＥＧＲガス量算出部、５７ 水噴射制御部、５８ 実不活性ガス量算出部、５９ 点火制御部、Ｐａ 大気圧力、Ｐｂ 吸気路内圧力、Ｐｅｘ 排気路内圧力、ＱＥＧＲｃ 実ＥＧＲガス量、ＱＩＮＤＡｔ 水除外目標不活性ガス量、ＱＩＮｌａｃｋ 不足不活性ガス量、ＱＩＮｒ 実不活性ガス量、ＱＩＮｓｕｍ 合計不活性ガス量、ＱＩＮｔ 目標不活性ガス量、ＱＶＩＮｃ 水蒸気換算量、ＱＶｃ 水蒸気量、ＱＶｉｎｊ 噴射水蒸気量、ＱＶｌａｃｋ 不足水蒸気量、ＱＷＡｃ 吸入空気量、Ｑｅｇｒｒ 実ＥＧＲガス流量、Ｑｅｇｒｔ 目標ＥＧＲガス流量、ＳＡ 点火時期、ＳＡ１ 第１点火時期、ＳＡ２ 第２点火時期、Ｔａ 大気温度、Ｔｂ 吸気路内温度、Ｔｅｘ 排気路内温度、ｑ 比湿

Claims (11)

1. 排気路から吸気路に排気ガスを還流するＥＧＲ流路と、前記ＥＧＲ流路を開閉するＥＧＲバルブと、吸入空気に水を噴射する水インジェクタと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   燃焼室に吸入される目標不活性ガス量を算出する目標不活性ガス量算出部と、
   前記目標不活性ガス量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ制御部と、
   前記燃焼室に吸入される実ＥＧＲガス量を算出する実ＥＧＲガス量算出部と、
   前記燃焼室に吸入される大気に含まれる水蒸気量を検出する水蒸気量検出部と、
   前記目標不活性ガス量に対して、前記実ＥＧＲガス量及び前記水蒸気量を合計した合計不活性ガス量が不足している場合は、不足している不足不活性ガス量に基づいて、前記水インジェクタを駆動し、吸入空気に水を噴射させる水噴射制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼室に吸入される吸入空気量を検出し、前記吸気路に吸入される大気の温度を検出し、前記大気の湿度を検出し、大気圧力を検出し、前記吸気路内のガス圧力である吸気路内圧力を検出する運転状態検出部を備え、
   前記水蒸気量検出部は、前記吸入空気量、前記大気の温度、前記大気の湿度、及び前記大気圧力に基づいて、前記水蒸気量を検出し、
   前記実ＥＧＲガス量算出部は、前記ＥＧＲバルブの開度、及び前記吸気路内圧力に基づいて、前記実ＥＧＲガス量を算出し、
   前記水噴射制御部は、前記実ＥＧＲガス量及び前記水蒸気量を合計して、前記合計不活性ガス量を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標不活性ガス量算出部は、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した前記目標不活性ガス量を算出し、
   前記水噴射制御部は、前記実ＥＧＲガス量と、前記水蒸気量をＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量とを合計して、前記合計不活性ガス量を算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ＥＧＲ制御部は、前記目標不活性ガス量から前記水蒸気量を除外した水除外目標不活性ガス量を演算し、前記水除外目標不活性ガス量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記目標不活性ガス量算出部は、不活性ガス量をＥＧＲガス相当量に換算した前記目標不活性ガス量を算出し、
   前記ＥＧＲ制御部は、前記目標不活性ガス量から、前記水蒸気量をＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量を減算して、水除外目標不活性ガス量を演算し、ＥＧＲガス量が、前記水除外目標不活性ガス量に一致するように前記ＥＧＲバルブを制御する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記吸気路内のガス圧力である吸気路内圧力を検出し、前記排気路内のガス圧力である排気路内圧力を検出し、前記排気路内のガス温度である排気路内温度を検出する運転状態検出部を備え、
   前記ＥＧＲ制御部は、前記水除外目標不活性ガス量、前記吸気路内圧力、前記排気路内圧力、及び前記排気路内温度に基づいて、前記ＥＧＲバルブの目標開度を算出し、目標開度に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記吸気路内のガス圧力である吸気路内圧力を検出し、前記排気路内のガス圧力である排気路内圧力を検出し、前記排気路内のガス温度である排気路内温度を検出する運転状態検出部を備え、
   前記実ＥＧＲガス量算出部は、前記ＥＧＲバルブの開度、前記吸気路内圧力、及び前記排気路内圧力、及び前記排気路内温度に基づいて、前記実ＥＧＲガス量を算出する請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記吸気路内のガス圧力である吸気路内圧力を検出し、前記吸気路内のガス圧力である吸気路内圧力を検出し、前記排気路内のガス圧力である排気路内圧力を検出する運転状態検出部を備え、
   前記ＥＧＲ制御部は、前記目標不活性ガス量に対して前記実ＥＧＲガス量が不足しており、且つ、前記排気路内圧力に対する前記吸気路内圧力の圧力比が、予め設定された圧力比上限値よりも大きい場合は、前記ＥＧＲバルブの開度の増加を制限する請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記実ＥＧＲガス量、前記水蒸気量、及び前記水インジェクタの噴射水による噴射水蒸気量を合計して、実不活性ガス量を算出する実不活性ガス量算出部と、
   前記実不活性ガス量に基づいて、点火時期を設定する点火制御部と、を備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記実不活性ガス量算出部は、前記実ＥＧＲガス量と、前記水蒸気量及び噴射水蒸気量をＥＧＲガス相当量に換算した水蒸気換算量及び噴射水蒸気換算量とを合計して、前記実不活性ガス量を算出する請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記点火制御部は、不活性ガス量がゼロである場合の第１点火時期と、不活性ガス量が前記目標不活性ガス量である場合の第２点火時期と、を算出し、前記第１点火時期と前記第２点火時期との間を前記実不活性ガス量に基づいて補間して、前記点火時期を設定する請求項９又は１０に記載の内燃機関の制御装置。

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