JP3751930B2 - 内燃機関のｅｇｒガス温度推定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気還流管を流れるＥＧＲガスの温度を推定する内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するため、同内燃機関の排ガスの一部を排気還流管を介して吸気通路に循環させるＥＧＲ装置が広く知られている。ＥＧＲ装置は、火花点火式内燃機関及びディーゼル機関の何れにも適用される。
【０００３】
一方、ディーゼル機関においては、超希薄空燃比下で燃焼が行われる。即ち、燃焼に必要な酸素は十分に存在するので、ディーゼル機関の出力は燃料量に大きく依存することになる。従って、ディーゼル機関においては、ＮＯｘ排出量の大幅な低減を目的として循環される排ガスの量（即ち、ＥＧＲガスの質量流量、以下、単に「ＥＧＲガス流量」と云う。）を増大し、しかも、要求される機関の出力を確保することを目的として必要な燃料量の燃料を供給すると、増大したＥＧＲガス流量により機関が吸入する新気量（酸素量）が減少するので、燃料量に対する新気量の比（即ち、空燃比）がリッチ側に移行する。その結果、微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」と云う。）の排出量が増大してしまう。
【０００４】
このことから、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラー）を排気還流管に介装し、同ＥＧＲガス冷却装置によってＥＧＲ温度を下げることによりＥＧＲガスの密度を増大し、以て、新気量を減少させることなくＥＧＲ量を増大可能とすることにより、ＮＯｘ及びＰＭの両方の排出量を低減しようとする装置が開発されて来ている。
【０００５】
ところで、例えば、機関に吸入される総べてのガス（以下「吸気」とも称呼する。）の流量に対する同ＥＧＲガス流量の比であるＥＧＲ率に基いてＥＧＲガス流量を制御する場合、同ＥＧＲ率を精度良く推定する必要があり、ＥＧＲ率を精度良く推定するためには吸気量を精度良く推定しなければならない。吸気量は、インテークマニホールドとシリンダとの接続部（インテークマニホールド出口部）における温度（吸気温度）により変化するから、吸気温度を精度良く推定する必要がある。そして、この吸気温度を精度良く推定するためには、新気の温度、及び同新気とＥＧＲガスとが混合される直前のＥＧＲガスの温度（この温度は、ＥＧＲガス冷却装置出口部におけるＥＧＲガス温度と実質的に等しい。）を精度良く推定しなければならない。即ち、ＥＧＲガス冷却装置にて冷却された後のＥＧＲガスの温度を正確に取得・推定することは、機関を適正に制御する上で極めて重要である。
【０００６】
このような観点に基き、上記ＥＧＲガス冷却装置を備えた従来の装置の一つは、ＥＧＲガス冷却装置の効率（冷却効率）に相当する値ｋをエンジン回転速度と燃料噴射量とに基いて求めるとともに、その補正係数khをＥＧＲ流量に基いて求める。そして、この従来の装置は、前記値ｋ、前記補正係数kh、ＥＧＲガス冷却装置の伝熱面面積Ａ、ＥＧＲガス流量Ｇ、ＥＧＲガス比熱Cp、ＥＧＲガス冷却水温度Twg、及び排気温度Texと、Tegr＝Tex−Twg・ｋ・Ａ／（ｋ・kh・Ａ/2−Ｇ・Cp）なる式とにより、ＥＧＲガス冷却装置出口部のＥＧＲガス温度Tegrを推定するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１６６４５２号公報（第６頁、図１１、図１４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス流量が同一であっても、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率（熱伝達率）ηegrは、同ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガスの温度（この温度は、排気還流管と排気通路とが接続された同排気還流管入口部でのＥＧＲガス温度と実質的に等しい。）が変化すると大きく変化する。即ち、図１７に示したように、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス流量が同一であっても、同ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス温度が第１温度から同第１温度よりも高い第２温度に変化すると、冷却効率ηegrは点Ａから点Ｂへと変化する。これは、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガスの温度と同ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度の温度差が大きいほど、同ＥＧＲガス冷却装置によってＥＧＲガスからより多くの熱が奪われるからである。
【０００９】
従って、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス温度を考慮することなく同ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を推定する上記従来の技術は、同ＥＧＲガス冷却装置出口部のＥＧＲガスの温度を精度良く推定することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度に基いてＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を取得することで、排気還流管と吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部におけるＥＧＲガス温度を精度良く推定することができる内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置を提供することにある。
【００１１】
【本発明の概要】
本発明による内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とに接続された排気還流管と、同排気還流管に介装され同排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁と、同排気還流管の同排気通路との接続部と同ＥＧＲ制御弁との間の同排気還流管に介装され同ＥＧＲガスを冷媒を使用して冷却するＥＧＲガス冷却装置と、を備えた内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置であって、前記排気還流管の前記排気通路との接続部であるＥＧＲガス入口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度として取得する入口部ＥＧＲガス温度取得手段と、前記排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量に対応するＥＧＲガス流量対応値を取得するＥＧＲガス流量対応値取得手段と、ＥＧＲガス流量対応値を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した値と前記ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率との関係を表す関数又はテーブル値と、前記取得されたＥＧＲガス流量対応値を前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した実際の値と、に基いて同ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を取得する冷却効率取得手段と、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷却効率とに基いて前記排気還流管の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管出口部ＥＧＲガス温度として推定する出口部ＥＧＲガス温度推定手段と、を備えている。
【００１２】
これによれば、入口部ＥＧＲガス温度取得手段により、前記排気還流管の前記排気通路との接続部であるＥＧＲガス入口部における前記ＥＧＲガスの温度が、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度として取得される。この入口部ＥＧＲガス温度取得手段は、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度を、新気流量、燃料量、吸気圧力、及び排気圧力等から計算により求めるものであってよく、或いは、排気還流管との接続部近傍の排気通路に設けられた温度センサ（排気温度センサ）の出力に基いて求めるものであってもよい。
【００１３】
また、ＥＧＲガス流量対応値取得手段により、前記排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量に対応するＥＧＲガス流量対応値が取得される。このＥＧＲガス流量対応値とは、排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量それ自体であってもよく、同ＥＧＲガス流量と等価な値、例えば、排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流速であってもよい。排気還流管の形状は既知であるから、例えば、ＥＧＲガスの流速を排気還流管内に設けた流速センサにより検出すれば、その検出値に基いてＥＧＲガス流量を求めることができるからである。
【００１４】
更に、冷却効率取得手段により、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得されたＥＧＲガス流量対応値とに基いて前記ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率が取得される。実験によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率η egr と排気還流管入口部ＥＧＲガス温度（ Tex ）とは略比例の関係にあることが判明した。そこで、本発明の装置は、ＥＧＲガス流量対応値 Gegr を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度 Tex で除した値（＝ Gegr/Tex ）と前記冷却効率η egr との関係を実験により求めておき、実際の値（ Gegr/Tex ）とその関数又はテーブル値とに基いて実際の冷却効率η egr を求める。この結果、ＥＧＲガス流量対応値 Gegr と排気還流管入口部ＥＧＲガス温度 Tex との組み合わせ（ Gegr,Tex ）の各々に対して冷却効率η egr を実験により求め、η egr を求めるための関数を Tex 毎に記憶装置に格納し、実際のＥＧＲガス温度 Tex に応じた関数を選択して使用するように構成したり、これらデータの組（ Gegr,Tex, η egr) からなる膨大なデータをテーブル値として記憶装置内に格納して冷却効率η egr を求めるように構成した場合に比べ、より簡単で少ない記憶量をもって精度良く冷却効率η egr を求めることができる。そして、出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷却効率とに基いて前記排気還流管の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管出口部ＥＧＲガス温度として推定する。
【００１５】
このように、本装置によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率が排気還流管入口部ＥＧＲガス温度にも基いて決定されるから、同冷却効率が正しい値に近づく。従って、本装置は、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を精度良く推定することができる。
【００１６】
この場合、前記ＥＧＲガス温度推定装置は、前記ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度を取得する冷媒温度取得手段を更に備えるとともに、前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、更に前記取得された冷媒の温度に基いて前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を推定するように構成されることが好適である。
【００１７】
ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度は、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を変化させる。従って、上記構成によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度が排気還流管出口部ＥＧＲガス温度の推定に反映されるので、同排気還流管出口部ＥＧＲガス温度がより精度良く推定され得る。
【００１８】
更に、この場合、前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texと前記取得された冷媒温度Treibaiとの差に前記冷却効率ηegrを乗じることによりＥＧＲガス温度変化分（ΔT＝ηegr・(Tex−Treibai)）を推定し、同排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texから同推定されたＥＧＲガス温度変化分ΔTを減じることにより前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを推定する（即ち、式Tegr＝Tex−ηegr・(Tex‐Treibai)によりTegrを推定する）ように構成され得る。
【００１９】
これによれば、「排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texと前記取得された冷媒温度Treibaiとの差(ΔT＝Tex−Treibai)が大きいほどＥＧＲガスの温度が大きく低下する。」との現象が、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrの推定に適正に反映される。従って、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度がより精度良く推定され得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置及びＥＧＲ制御装置を含む内燃機関（ディーゼル機関）の制御装置の実施形態の一つについて図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本発明による内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００２４】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（指令燃料噴射量qfinに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ（図示省略）から供給される高圧の燃料を噴射するようになっている。
【００２５】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続されたインテークマニホールド３１、インテークマニホールド３１の上流側集合部に接続され同インテークマニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２（インテークマニホールド３１及び吸気管３２を「吸気管」と総称することもある。）、吸気管３２内においてスロットル弁アクチュエータ３３ａにより同吸気管３２に回動可能に保持されたスロットル弁３３、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に介装されたインタークーラー３４、同インタークーラー３４の上流において吸気管３２に介装されたターボチャージャ３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６を含んでいる。
【００２６】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各シリンダに接続されたエキゾーストマニホールド４１、エキゾーストマニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設されたターボチャージャ３５のタービン３５ｂ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００２７】
ターボチャージャ絞り弁３５ｃは、電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号に応答してターボチャージャ３５の容量を実質的に可変とするようにタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を可変とする弁である。このターボチャージャ絞り弁３５ｃが閉じられてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を小さくすると過給圧が増大し、逆にターボチャージャ絞り弁３５ｃが開かれてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を大きくすると過給圧が低下する。
【００２８】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタを内蔵し、通過する排ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００２９】
ＥＧＲ装置５０は、排ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラー）５３とを備えている。
【００３０】
排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（エキゾーストマニホールド４１）と接続された部分をＥＧＲガス（排ガス）の入口部とし、スロットル弁３３の下流側吸気通路（インテークマニホールド３１）と接続された部分をＥＧＲガスの出口部として、同入口部（排気還流管入口部）と同出口部（排気還流管出口部）とを連通し、同入口部と同出口部の間をＥＧＲガスが通過するガス流通管を構成している。
【００３１】
また、前記インテークマニホールド３１をガス流通管として考えた場合、その入口部は同インテークマニホールド３１と排気還流管５１との接続部ということになり、インテークマニホールド３１の出口部は同インテークマニホールド５１と内燃機関１０の燃焼室（シリンダ、気筒）とが接続された同燃焼室への吸気流入部（吸気弁により開閉される開口部）ということになる。
【００３２】
ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGR）に応答して再循環される排ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し、後述するようにＥＧＲ率を制御するようになっている。
【００３３】
ＥＧＲガス冷却装置５３は、同装置の入口部から流入するとともに同装置の出口部から流出するＥＧＲガスの通路を内部に形成している。また、ＥＧＲガス冷却装置５３は、前記ＥＧＲガスの通路に露呈した冷却部を備えている。この冷却部内にはエンジン冷却水が冷媒として循環するようになっている。
【００３４】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００３５】
インターフェース６５は、吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、インタークーラー３４とスロットル弁３３との間の吸気通路に設けられた新気温センサ（吸気温センサ）７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも上流の吸気通路に配設された吸気圧センサ７３、エンジン回転速度センサ７４、水温センサ７５及びアクセル開度センサ７６と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００３６】
熱線式エアフローメータ７１は、エアクリーナ３６を介して吸気管３２内に新たに吸入された大気（即ち、新気）の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同新気の質量流量に応じた信号（新気流量）Gaを発生するようになっている。新気温センサ７２は、エアクリーナ３６を介して吸気管３２内に吸入された新気の温度（即ち、新気温度）を検出し、同新気温度を表す信号Taを発生するようになっている。吸気圧センサ７３は、吸気通路内の圧力（吸気圧、過給圧）を表す信号Pbを発生するようになっている。
【００３７】
エンジン回転速度センサ７４は、エンジン１０の回転速度を検出し、エンジン回転速度NEを表す信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。水温センサ７５は、エンジン１０の冷却水温を検出し、同冷却水温を表す信号ＴＨＷを発生するようになっている。アクセル開度センサ７６は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル開度（アクセル操作量）を表す信号Accpを発生するようになっている。
【００３８】
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の作動について説明する。電気制御装置６０のＣＰＵ６１は、図２に機能ブロック図で示された各値を計算するためのプログラムを所定時間の経過毎に繰り返し実行し、実ＥＧＲ率Ractを計算するようになっている。以下、ブロック毎に説明を加える。なお、以下に述べる各値の幾つかは、図３に概念的に示されている。
【００３９】
＜実ＥＧＲ率Ractの取得＞
実ＥＧＲ率Ractは、エンジン１０のシリンダに吸入された単位時間あたりの実ＥＧＲガス流量Gegr（実際のＥＧＲガス質量流量であって、以下、「ＥＧＲガス流量Gegr」と称呼する。）を同エンジン１０に吸入された単位時間あたりの全ガス量Gcyl（実際の全ガス質量流量であって、以下、「全ガス流量Gcyl」とも称呼する。）で除した値（Ract＝Gegr／Gcyl）である。ＥＧＲガス流量Gegrは、全ガス流量Gcylから、エンジン１０に吸入された単位時間あたりの新気量Gaact（大気の質量、以下、「実新気流量Gaact」と云う。）を減じた量である。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１に示したように、下記(1)式に基づいて実ＥＧＲ率Ractを計算する。
【００４０】
【数１】
【００４１】
＜実新気流量Gaactの取得＞
(1)式で用いられる実新気流量Gaactは、エアフローメータ７１が計測した計測新気流量Gaよりも時間的に遅れて変化するから、同計測新気流量Gaに一次遅れ処理を施すことにより求められる値と略等しくなる。従って、ＣＰＵ６１は、計測新気流量Gaに対して一次遅れ処理を施すブロックＢ２に示した下記(2)式に基づいて実新気流量Gaactを計算する。αは０から１までの値を有する定数である。なお、Gaact(n)は今回の演算による実新気流量Gaact、Gaact(n-1)は所定時間前に実行された前回の演算による実新気流量Gaact、Ga(n)は今回の演算タイミングにおけるエアフローメータ７１の出力に基く計測新気流量Gaである。
【００４２】
【数２】
【００４３】
＜全ガス流量Gcylの取得＞
(1)式の計算を行うために更に必要となる全ガス流量Gcylは、気体の状態方程式からも推察されるように、スロットル弁３３の下流の吸気管内の圧力（吸気圧）Pbとエンジン１０のシリンダに吸入されるガスの温度（吸入ガス温度）Ｔboutとに応じた値となる。このエンジン１０のシリンダに吸入されるガスの温度Ｔboutは、以下、「インテークマニホールド出口部ガス温度Tbout」と称呼する。
【００４４】
実際には、全ガス流量Gcylはエンジン１０の気筒内に残留するガス量の影響も受ける。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ３に示したように、下記(3)式で示した実験式に基づいて実ＥＧＲ率Ractを計算する。(3)式において、ａ，ｂは実験により定められる適合定数であり、Ｔbaseはこれらの定数ａ，ｂを定めたときのインテークマニホールド出口部ガス温度（基準温度）である。また、(3)式で用いられる吸気圧（過給圧）Pbは、吸気圧センサ７３から取得される。
【００４５】
【数３】
【００４６】
＜実ガス温度Ｔboutの取得＞
(3)式の計算を行うためには、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを取得する必要がある。ＣＰＵ６１は、ブロックＢ４に示したように、このインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを下記(4)式に従って計算する。
【００４７】
【数４】
【００４８】
(4)式において、
Tbinは、図３に示したように、ＥＧＲ制御弁５２の出口側のインテークマニホールド３１の内部、即ち、ＥＧＲガスと新気とが混合された部位（以下、単に「合流部」又は「インテークマニホールド入口部」と称呼する。）の混合ガス温度であり、以下「インテークマニホールド入口部ガス温度Tbin」と称呼する。
Twallimは、インテークマニホールド入口部から吸気弁までの間のインテークマニホールド３１の壁温であり、以下、「インテークマニホールド壁温Twallim」と称呼する。
ηimは、インテークマニホールド入口部からインテークマニホールド出口部（吸気弁により開閉される部分）までの間のインテークマニホールド３１における熱伝達率（冷却効率）であり、以下、「インテークマニホールド熱伝達率ηim」と称呼する。
【００４９】
上記(4)式は、インテークマニホールド３１の壁面とシリンダに吸入されるガスとの間での熱の授受、及び同インテークマニホールド３１の壁面と外気（インテークマニホールド３１の外側の空気の温度）Tairとの間での熱の授受を考慮した式であって、これらの熱の授受を右辺第２項（ηim・(Tbin-Twallim)）で代表させた式である。この値（ηim・(Tbin-Twallim)）は、インテークマニホールド３１内を吸気（新気＋ＥＧＲガス）が通過する際に、吸気の温度がどれだけ変化するかを示す変化温度対応値である。
【００５０】
ガス（吸気）とガス流通管（インテークマニホールド３１）との間の熱授受は、同ガスの入口部温度と同ガス流通管の壁温の差に強い相関（例えば、比例関係）がある。また、熱伝達率は、ガスとガス流通管壁との間の熱の授受、及びガス流通管壁と外部との間の熱の授受を適切に表すことが可能である。従って、上記構成によれば、前記熱授受を簡単で且つ精度良く推定することができ、前記変化温度対応値も精度良く推定することが可能となる。
【００５１】
ところで、(4)式によりインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを取得するためには、同(4)式の右辺の各値（Tbin,Twallim,ηim）を取得しなければならない。以下、順に説明する。
【００５２】
＜インテークマニホールド入口部ガス温度Tbinの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ５に示したように、インテークマニホールド入口部ガス温度Tbinをエネルギー保存則に基く下記(5)式に従って計算する。
【００５３】
【数５】
【００５４】
(5)式の右辺における各値について図３を参照しながら説明する。
Gaactは先に説明した実新気流量であり、前記ブロックＢ２により(2)式に従って求められる。
Taは先に説明した新気温度であって新気温センサ７２により検出される。
Cairは新気の比熱（新気ガス比熱）であって予め与えられる定数である。
【００５５】
Gegrは先に説明したＥＧＲガス流量であり、後述する方法により求められる。
TegrはＥＧＲガスと新気とが合流部にて混合する直前のＥＧＲガス温度である。即ち、温度Tegrは、排気還流管５１の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部におけるＥＧＲガスの温度であって、以下「排気還流管出口部ＥＧＲガス温度（ＥＧＲ出口部ＥＧＲガス温度）Tegr」と称呼する。排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrは後述する方法により求められる。
CegrはＥＧＲガスの比熱（ＥＧＲガス比熱）であって予め与えられる定数である。
【００５６】
Gallは、ＥＧＲガスと新気とが混合したガスの総和量、即ち、実新気流量GaactとＥＧＲガス流量Gegrとの和であって、以下、「インテークマニホールド入口部ガス流量Gall」と称呼する。
Caveは、ＥＧＲガスと新気とが混合したガスの比熱（混合ガス比熱）であり、予め与えられる定数である。
【００５７】
(5)式によりインテークマニホールド入口部ガス温度Tbinを取得するためには、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegr、ＥＧＲガス流量Gegr、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを取得しなければならない。従って、以下、更に順を追って説明する。
【００５８】
＜排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ６に示したように、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを下記(6)式に従って計算する。ブロックＢ６は、出口部ＥＧＲガス温度推定手段を構成している。
【００５９】
【数６】
【００６０】
(6)式において、
Texは、排気還流管５１とエキゾーストマニホールド４１との接合部近傍の同排気還流管５１入口部におけるＥＧＲガス温度（即ち、エキゾーストマニホールド４１と排気還流管５１との接合部近傍での排ガス温度）であり、以下、「排気還流管入口部ガス温度Tex（ＥＧＲ通路入口部ＥＧＲガス温度Tex）」と称呼する。
ηegrは、ＥＧＲガス冷却装置５３の冷却効率（熱伝達率）である。
THWは、エンジン１０の冷却水温であるが、ＥＧＲ冷却装置５３の冷媒はエンジン冷却水であるから、冷却水温THWは冷媒の温度Treibaiと等しい。
【００６１】
上記(6)式は、ＥＧＲガス冷却装置５３（の冷却部）と同ＥＧＲ冷却装置を通過するＥＧＲガスとの間での熱の授受を考慮した式である。即ち、(6)式の右辺第２項（ηegr・(Tex‐THW)）は、ＥＧＲガス冷却装置５３内をＥＧＲガスが通過する際に、ＥＧＲガスの温度がどれだけ変化するかを示す変化温度対応値である。
【００６２】
実際には、ＥＧＲガスは、排気還流管入口部から流入して排気還流管出口部に到達するまでの間に、排気還流管５１の壁面との間で熱の授受を行う。しかしながら、ＥＧＲガスと排気還流管５１の壁面との間の熱交換量は、ＥＧＲガスとＥＧＲガス冷却装置５３との間の熱交換量に比べて極めて小さい。従って、(6)式の右辺第２項（ηegr・(Tex‐THW)）は、ＥＧＲガスが排気還流管入口部から流入して排気還流管出口部に到達するまでの間に、同ＥＧＲガスの温度がどれだけ変化するかを示す値と実質的に等しい。
【００６３】
ところで、(6)式により排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを取得するためには、上記排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、及びＥＧＲ冷却装置の冷却効率ηegrを取得しなければならない。以下、順に説明する。
【００６４】
＜排気還流管入口部のＥＧＲガス温度Texの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ８及びブロックＢ９示したように、排気還流管入口部のＥＧＲガス温度Tex（排ガス温度Tex）を下記(7)式に従って計算する。ブロックＢ８及びブロックＢ９は、ＥＧＲガス温度取得手段を構成している。
【００６５】
【数７】
【００６６】
(7)式において、
単位時間あたりの燃料噴射量Gfは、図４のブロックＢＰ３に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEに基いて求められる。例えば、Gf＝kGf・qfin・NE（ kGfは定数）である。
実新気流量Gaactは、上述したブロックＢ２により(2)式に基いて求められる。
過給圧Pbは、吸気圧Pbであり、吸気圧センサ７３から取得される。
エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、後述する手法により求められる。
【００６７】
上記(7)式は、「排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texは、シリンダ内へ投入されるエネルギー（発熱量）と、同シリンダ内で発生した熱のガスへの伝達に大きく依存する。」という知見に基いている。シリンダ内へ投入されるエネルギーは燃料噴射量Gfに強い相関がある。また、シリンダ内で発生した熱のガスへの伝達は、実新気流量Gaact（実新気流量Gaactは発熱に寄与しない代わりに、排ガス温度を低下させるように機能する。）、又は、ガス比熱に関連した値である等量比Φに強い相関がある。そこで、(7)式では変数XTexに上記したような値を選択している。
【００６８】
なお、変数Xtexのひとつに使用されている値（過給圧Pb／エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pex）は、エキゾーストマニホールド４１内における排ガスの通過のし易さ（留まり易さ）を表している。排ガスがエキゾーストマニホールド４１内に留まるほど、同排ガスとエキゾーストマニホールド４１外部との間でより多くの熱が伝達される。従って、（過給圧Pb／エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pex）をパラメータとして導入することで、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texの推定精度が高くなる。また、過給圧PbはＥＧＲガス量と相関があり、且つ、ＥＧＲガス量が多ければ燃焼開始時の温度が高くなって排ガス温度Tex（排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex）も高くなるので、過給圧Pbをパラメータとして考慮することは、この点においても同排ガス温度Texの精度向上に寄与する。
【００６９】
(7)式の関数fTexと定数ａはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fTexと定数ａを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fTexと定数ａを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gf, Gaact, Pb, Pex, Tex）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、変数XTexとＥＧＲガス温度Texの実測値との相関が高くなるように定数ａを決定する。なお、変数XTexに等量比Φを含む値を用いた場合には、定数ａの値の調整（決定）は省略される。
（Step3) 決定された定数ａで決る変数XTexとＥＧＲガス温度Texの実測値とに基いて、関数fTexを決定する。
図５は、変数XTexとしてGf・Φ・（Pb/Pex)を選択した場合の同変数XTexと実測された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texとの関係の一例を示している。この場合、関数fTexは、Tex＝fTex(XTex)＝545.9・XTex0.3489となった。
【００７０】
＜エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexの取得＞
上記(7)式の変数XTexとしてエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを含む変数を使用する場合、同エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを求める必要がある。ＣＰＵ６１は、機能ブロック図である図４に示したように、下記(8)式に従ってエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを算出する。
【００７１】
【数８】
【００７２】
(8)式において、
燃料噴射量Gfは、図４のブロックＢＰ３に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEに基いて求められる。
実新気流量Gaactは、上述したブロックＢ２により(2)式に従って求められる。
過給圧Pbは、吸気圧Pbであり、吸気圧センサ７３から取得される。
可変容量ターボチャージャ開度Avnは、図４のブロックＢＰ４内に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEを引数とするテーブルにより求める値である。ＣＰＵ６１は、ターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度がこの値AVnに基いた値となるように、同ターボチャージャ絞り弁３５ｃに対して駆動信号を供給する。また、可変容量ターボチャージャ開度Avnは、ブロックＢＰ５にて定数avnが加えられ、上記(8)式の可変容量ターボチャージャ絞り係数Kvnに変換される。なお、後述するように、目標過給圧を設定して実際の過給圧が同目標過給圧となるように値AVnを決定してもよい。
【００７３】
上記(8)式は、「エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、シリンダ内に流入するガス量（Gaact＋Gf）、可変容量ターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度Avn、及びターボチャージャ３５のタービン３５ｂの抵抗を表す過給圧に極めて強い相関を有する。」という知見に基いている。
【００７４】
(8)式の関数fPexと定数avnはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fPexと定数avnを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fPexと定数avnを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gf, Gaact, Pb, Avn, Pex）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、変数XPexとエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexとの相関が高くなるように定数avnを決定する。
（Step3) 決定された定数avnで決る変数XPexとエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexの実測値とに基いて、関数fPexを決定する。
図６は、このようにして関数fPexを決定する際に使用した実測値の一例を示している。この例の場合、関数fPexは下記の(9)式のようになった。このように、本実施形態は、排気圧力センサを用いることなく排気圧力Pexを求めることができ、装置のコストを低下させることができる。
【００７５】
【数９】
【００７６】
以上により、(7)式の変数XTexを求めるための各値（Gf,Gaact,Pb,Pex）が求められて変数XTexが決定される。従って、ＣＰＵ６１は、(7)式に従って計算を行い、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex（排ガス温度Tex）を求める。一方、(6)式に従って排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを求めるためには、更に、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを取得しなければならない。
【００７７】
＜ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrの取得＞
ＣＰＵ６１は、図２のブロックＢ１０に示したように、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを下記(10)式に従って計算する。ブロックＢ１０は、冷却装置の冷却効率取得手段（推定手段）を構成している。
【００７８】
【数１０】
【００７９】
(10)式に示したように、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを求めるためには、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度TexとＥＧＲガス流量Gegrとが必要となる。排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texは、ブロックＢ８及びブロックＢ９により上記(7)式により求められる。ＥＧＲガス流量Gegrは、後述するブロックＢ１２により下記の(11)式により求められる。
【００８０】
なお、(10)式でのＥＧＲガス流量Gegrは、ＥＧＲガス流量Gegrに対応した値（ＥＧＲガス流量対応値）であればよく、例えば、排気還流管５１の所定箇所におけるＥＧＲガス流速Vegrで置き換えることができる。ＥＧＲ通路（排気還流管５１とＥＧＲガス冷却装置５３の形成するＥＧＲ通路）の形状は既知であるから、ＥＧＲガス流速Vegrに基いてＥＧＲガス流量Gegrを推定できるからである。ＥＧＲガス流速Vegrは、排気還流管５１内に流速センサを配設し、同流速センサの出力から直接取得してもよい。
【００８１】
(10)式の関数fηegrはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fηegrを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fηegrを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gegr, Tex, ηegr）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、図７に示したように、ηegrとGegr/Texとの関係をグラフ化する。
（Step3) step2のグラフに基いて、関数fηegrを決定する。
【００８２】
図１７に示したように、冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrとの関係は排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texが異なると変化する。これに対し、冷却効率ηegrと、ＥＧＲガス流量Gegrを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texで除した値（Gegr/Tex）と、の関係は、図７に示したように、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texに関わらず一義的に定まる。換言すると、冷却効率ηegrと排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texとは略比例の関係にあることが実験的に判明したので、値（Gegr/Tex）を変数として冷却効率ηegrを求めることで、より簡便に関数fηegrを求めることができる。
【００８３】
本装置は、上記関数fηegrを関数の形としてＲＯＭ６２内に格納するか、又は、値（Gegr/Tex）とηegrとの組み合わせからなるデータをテーブル（一次元マップ）のテーブル値としてＲＯＭ６２内に格納していて、実際に得られた値（Gegr/Tex）と、格納されている関数又はテーブルとに基いて実際の冷却効率ηegrを求める。なお、電気制御装置６０の計算能力及び／又は記憶容量に余裕がある場合、（Gegr,Tex,ηegr)をエンジンの運転状態を変化させながら実測し、その実測データをテーブルMapηegr（二次元マップ）としてＲＯＭ６２内に格納しておき、実際のＥＧＲガス流量Gegr、実際の排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、及び前記格納したテーブルMapηegrとから実際の冷却効率ηegrを求めるようにしてもよい。或いは、ηegr＝gTex(Gegr)なる関数ｇTexを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex毎に求めてＲＯＭ内に格納しておき、実際の排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texに基いて記憶している複数の関数ｇTexの中から適切な関数ｇTexを選択し、その選択した関数ｇTexと実際のＥＧＲガス流量Gegrとから冷却効率ηegrを求めてもよい。
【００８４】
以上により、ブロックＢ６による(6)式に従う計算に必要な排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegr、及び冷却水温THW（冷媒温度Treibai）が得られるので、同(6)式により排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrが求められる。この段階において、(5)式の計算を行うために更に求める必要がある変数は、ＥＧＲガス流量Gegr及びインテークマニホールド入口部ガス流量Gallである。これらは、次のようにして求められる。
【００８５】
＜ＥＧＲガス流量Gegrの取得＞
ＥＧＲガス流量Gegrは、ＥＧＲ制御弁５２の前後差圧（Pex-Pb）とＥＧＲ制御弁５２の開度を表すＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRとにより求めることができる。即ち、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１２に示したように、ＥＧＲガス流量Gegrを下記(11)式に従って計算する。ブロックＢ１２は、ＥＧＲガス流量対応値取得手段を構成している。なお、関数fGegrは、予め実験により求められ、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００８６】
【数１１】
【００８７】
(11)式において、エキゾーストマニホールド内ガス圧Pexは、図４のブロックＢＰ１により上記(8)式に従って求められる。過給圧Pbは上記吸気圧センサ７３から取得される。ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRはＣＰＵ６１のＥＧＲ制御弁５２への指令値である。この場合、ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRに代えて、ＥＧＲ制御弁５２の開度（リフト量）を検出するセンサからの信号を用いてもよい。
【００８８】
＜インテークマニホールド入口部ガス流量Gall＞
インテークマニホールド入口部ガス流量Gallは、上述したように、実新気流量GaactとＥＧＲガス流量Gegrとの和である。ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１３に示したように、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを下記(12)式に従って計算する。
【００８９】
【数１２】
【００９０】
(12)式における実新気流量GaactはブロックＢ２により上記(2)式に基いて求められる。ＥＧＲガス流量GegrはブロックＢ１２により上記(11)式に基いて求められる。
【００９１】
以上により、上記(5)式に従う計算に必要な各値が求められるので、ＣＰＵ６１はブロックＢ５により同(5)式に基いてインテークマニホールド入口部ガス温度Tbinを求める。一方、この段階において、(4)式（ブロックＢ４）によりインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを求めるために必要な変数は、インテークマニホールド壁温Twallim、及びインテークマニホールド熱伝達率ηimである。これらは、次のようにして求められる。
【００９２】
＜インテークマニホールド壁温Twallimの取得＞
インテークマニホールド壁温Twallimは、水温センサ７５が検出する冷却水温THWと相関が強い。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１４により、冷却水温THWの増大とともに増大する関数f1Twallimを使用して下記(13)式に従ってインテークマニホールド壁温Twallimを計算する。なお、関数f1Twallimは、予め実験により求められ、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００９３】
【数１３】
【００９４】
＜インテークマニホールド熱伝達率ηimの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１５及びブロックＢ１６に示したように、インテークマニホールド熱伝達率ηimを下記(14)式に従って計算する。
【００９５】
【数１４】
【００９６】
(14)式において、Vimはインテークマニホールド内ガス流速である。このインテークマニホールド内ガス流速Vimは、インテークマニホールド３１の形状が既知であるから、上記(14)式に示したように、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallに基いて求めることができる。インテークマニホールド入口部ガス流量Gallは、ブロックＢ１３により上記(12)式に従って求められる。
【００９７】
なお、インテークマニホールド内ガス流速Vimは、インテークマニホールド３１に流速センサを配設し、同センサの出力から直接取得してもよい。一方、(14)式の関数fηimはインテークマニホールド内ガス流速Vimを変数としているが、これに代えて、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを変数としてもよい。
【００９８】
上記(14)式は、「インテークマニホールド熱伝達率ηimは、インテークマニホールド３１内のガス流速Vimに大きく影響を受ける。」という知見に基いている。なお、(14)式においては、冷却水温THWをも変数としてインテークマニホールド熱伝達率ηimを求めているが、冷却水温THWを省略して単にインテークマニホールド内ガス流速Vimの関数（ηim＝fηim(Vim)）、又はインテークマニホールド入口部ガス流量Gallの関数（ηim＝fηim(Gall)）としてインテークマニホールド熱伝達率ηimを求めて求めてもよい。
【００９９】
関数fηimはエンジンの機種毎に異なるので、その都度実測値との比較に基いて決定する。あるエンジンに対する実測値の例を図８に示す。図８の例では、下記(15)式に示すように関数fηimが決定される。
【０１００】
【数１５】
【０１０１】
以上により、上記(4)式に従う計算に必要な各値（Tbin,ηim,Twallim）が求められるので、ＣＰＵ６１はブロックＢ４により同(4)式に基いてインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを求める。従って、ＣＰＵ６１はブロックＢ３により(3)式に基いてエンジン１０に吸入された単位時間あたりの全ガス流量Gcylを求め、その結果、ブロックＢ１により(1)式に基いて実ＥＧＲ率Ractを求める。
【０１０２】
次に、このように取得される各値を用いたエンジン１０の各種制御について説明する。
【０１０３】
＜燃料噴射量及び燃料噴射時期制御＞
ＣＰＵ６１は、図９にフローチャートにより示した燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んでアクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図１０に示したテーブル（マップ）Mapqfinから指令燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと指令燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９１０に進み、指令燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図１１に示したテーブルMapfinjから基本燃料噴射時期finjを決定する。テーブルMapfinjは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射時期finjとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０５】
その後、ＣＰＵ６１はステップ９１５に進んで、インテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefを、指令燃料噴射量qfi、エンジン回転速度NE、及び図１２に示したテーブルMapTboutrefから決定する。テーブルMapTboutrefは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEとインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。このインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefは、指令燃料噴射量qfinとエンジン回転速度NEとの組み合わせに対して図１１に示した基本噴射時期finjを決定したときのインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutである。
【０１０６】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ９２０に進んで、噴射時期補正値Δθを、前記決定したインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefと図２に示したブロックＢ４により求められている実際のインテークマニホールド出口部ガス温Tboutとの差（Tboutref-Tbout）と図１３に示したテーブルMapΔθとから決定する。テーブルMapΔθは、差（Tboutref-Tbout）と噴射時期補正値Δθとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０７】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９２５に進み、基本噴射時期finjを噴射時期補正値Δθで補正して最終噴射時期finjfinalを決定する。このように、上記ステップ９１５〜９２５により、インテークマニホールド出口部ガス温Tboutに応じて噴射時期が補正されることになる。この場合、図１３から明らかなように、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutがインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefより高くなるほど噴射時期補正値Δθが負の大きな値となって最終噴射時期finjfinalが遅角側となり、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutがインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefより低くなるほど噴射時期補正値Δθは正の大きな値となって最終噴射時期finjfinalが進角側に移行される。
【０１０８】
このように噴射時期を決定するのは、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが高いときは同温度Tboutが低いときよりも燃料の着火性が良好であるから、燃料噴射時期を遅角しても着火性に問題がなく、ＮＯｘの排出量を低減することができるからである。一方、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが低いときは燃料の着火性が悪化するから、燃料噴射時期を進角して着火性を確保するためである。これにより、エンジン１０の出力性能の向上及びＮＯｘ排出量の低減が達成され得る。
【０１０９】
そして、ＣＰＵ６１は、続くステップ９３０にて現時点が上記決定された最終燃料噴射時期finjfinalと一致しているか否かを判定し、一致している場合はステップ９３５に進んで上記決定された指令燃料噴射量qfinの燃料を噴射時期が到来しているシリンダの燃料噴射弁２１から噴射し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。また、ステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定される場合、直接ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、燃料噴射量と燃料噴射時期の制御が達成される。
【０１１０】
＜ＥＧＲ制御＞
次に、ＥＧＲ率制御について説明する。ＣＰＵ６１は、図１４にフローチャートにより示したＥＧＲ率を制御するためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで、その時点の指令燃料噴射量qfin、その時点のエンジン回転速度NE、及び同ステップ内に示したテーブルMapO2tgtから目標吸気酸素濃度O2tgtを決定する。テーブルMapO2tgtは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと、目標吸気酸素濃度O2tgtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１１１】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１４１０にて指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEから単位時間当りの供給燃料量Qを求め、続くステップ１４１５にて空気過剰率λを同ステップ中に記載した式（λ＝kλ・Gaact／Q）により求める。kλは定数である。次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４２０にて目標ＥＧＲ率Rtgtを、上記ステップ１４０５にて決定した目標吸気酸素濃度O2tgt、上記ステップ１４２０にて求めた空気過剰率λ、及び同ステップ１４２０内に記載した式（Rtgt＝λ・(p・O2tgt+q)、 p及びqは定数）に基いて求める。なお、吸気酸素濃度、ＥＧＲ率、及び空気過剰率との関係は、例えば、特開平１０−１４１１４７に詳細に開示されている。
【０１１２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４２５にて、図２に示したブロックＢ１にて求めた実ＥＧＲ率Ractが前記ステップ１４２０にて求めた目標ＥＧＲ率Rtgtより大きいか否かを判定し、同ステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１４３０に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ閉じ、ＥＧＲ率を減少させてステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。他方、ステップ１４２５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ１４３５に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ開き、ＥＧＲ率を増大させてステップ１４９５に進む。以上により、実際の酸素吸気濃度が目標酸素吸気濃度O2tgtに一致するようにＥＧＲ率が制御され、ＮＯｘの排出量低減及びスモークの低減が達成される。
【０１１３】
なお、上述した図１４に示したルーチンによるＥＧＲ率制御においては、目標酸素吸気濃度O2tgtを求め、この目標酸素吸気濃度O2tgtを目標ＥＧＲ率Rtgtに変換することによりＥＧＲ率を制御していたが、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと目標ＥＧＲ率Rtgtとの関係を規定した図１５に示したテーブルMapRtgt、実際の指令燃料噴射量qfin、及び実際のエンジン回転速度NEから直接目標ＥＧＲ率Rtgtを求めて、実際のＥＧＲ率Ractが同目標ＥＧＲ率Rtgtと一致するようにＥＧＲ制御弁５２の開度を制御してもよい。
【０１１４】
＜過給圧制御＞
次に、過給圧制御について説明する。ＣＰＵ６１は、図示しない過給圧制御のためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行し、同所定時間の経過毎に、その時点の指令燃料噴射量qfin、その時点のエンジン回転速度NE、及び図１６示したテーブルMapPbtgtから目標過給圧Pbtgtを決定する。テーブルMapPbtgtは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと、目標過給圧Pbtgtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１１５】
そして、ＣＰＵ６１は、決定された目標過給圧Pbtgtと吸気圧センサ７３から取得される実際の過給圧Pbとを比較し、同目標過給圧Pbtgtと同実際の過給圧Pbとが一致するようにターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度を制御する。このようにして、過給圧制御が実行される。
【０１１６】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態によれば、ＥＧＲガス冷却装置５３の冷却効率が、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度とＥＧＲガス流量対応値とに基いて求められるので、結果として、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度の推定精度が向上する。また、新気とＥＧＲガスとの混合ガス（吸気）とインテークマニホールド３１との間の熱の授受が考慮されてインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが推定されるので、同温度Tboutの推定精度も向上し、その結果、ＥＧＲ率を精度良く推定することができる。
【０１１７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、エキゾーストマニホールド４１と排気還流管５１との接続部近傍に排気圧力センサを配設し、この排気圧力センサの出力値に基いて求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムの内容を表した機能ブロック図である。
【図３】 図１に示したＣＰＵが計算する値を説明するための図である。
【図４】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムの内容を表した機能ブロック図である。
【図５】 排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texを求めるための関数fTexを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図６】 エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを求めるための関数fPexを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図７】 ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texで除した値（Gegr/Tex）との関係を示すグラフである。
【図８】 インテークマニホールド熱伝達率ηimを求めるための関数fηimを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図９】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１０】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する指令燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
【図１１】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する基本噴射時期を決定するためのテーブルである。
【図１２】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照するインテークマニホールド出口部ガス温度基準値を決定するためのテーブルである。
【図１３】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する噴射時期補正値を決定するためのテーブルである。
【図１４】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１５】 第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが目標ＥＧＲ率を決定する際に参照するテーブルである。
【図１６】 図１に示したＣＰＵが目標過給圧を決定するために参照するテーブルである。
【図１７】 冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrとの関係を、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texをパラメータとして示しグラフである。
【符号の説明】
２１…燃料噴射弁、３１…インテークマニホールド、３２…吸気管、３３…スロットル弁、３５…ターボチャージャ、４１…エキゾーストマニホールド、４２…排気管、４３…ＤＰＮＲ、５０…ＥＧＲ装置、５１…排気還流管、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気還流管を流れるＥＧＲガスの温度を推定する内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するため、同内燃機関の排ガスの一部を排気還流管を介して吸気通路に循環させるＥＧＲ装置が広く知られている。ＥＧＲ装置は、火花点火式内燃機関及びディーゼル機関の何れにも適用される。
【０００３】
一方、ディーゼル機関においては、超希薄空燃比下で燃焼が行われる。即ち、燃焼に必要な酸素は十分に存在するので、ディーゼル機関の出力は燃料量に大きく依存することになる。従って、ディーゼル機関においては、ＮＯｘ排出量の大幅な低減を目的として循環される排ガスの量（即ち、ＥＧＲガスの質量流量、以下、単に「ＥＧＲガス流量」と云う。）を増大し、しかも、要求される機関の出力を確保することを目的として必要な燃料量の燃料を供給すると、増大したＥＧＲガス流量により機関が吸入する新気量（酸素量）が減少するので、燃料量に対する新気量の比（即ち、空燃比）がリッチ側に移行する。その結果、微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」と云う。）の排出量が増大してしまう。
【０００４】
このことから、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラー）を排気還流管に介装し、同ＥＧＲガス冷却装置によってＥＧＲ温度を下げることによりＥＧＲガスの密度を増大し、以て、新気量を減少させることなくＥＧＲ量を増大可能とすることにより、ＮＯｘ及びＰＭの両方の排出量を低減しようとする装置が開発されて来ている。
【０００５】
ところで、例えば、機関に吸入される総べてのガス（以下「吸気」とも称呼する。）の流量に対する同ＥＧＲガス流量の比であるＥＧＲ率に基いてＥＧＲガス流量を制御する場合、同ＥＧＲ率を精度良く推定する必要があり、ＥＧＲ率を精度良く推定するためには吸気量を精度良く推定しなければならない。吸気量は、インテークマニホールドとシリンダとの接続部（インテークマニホールド出口部）における温度（吸気温度）により変化するから、吸気温度を精度良く推定する必要がある。そして、この吸気温度を精度良く推定するためには、新気の温度、及び同新気とＥＧＲガスとが混合される直前のＥＧＲガスの温度（この温度は、ＥＧＲガス冷却装置出口部におけるＥＧＲガス温度と実質的に等しい。）を精度良く推定しなければならない。即ち、ＥＧＲガス冷却装置にて冷却された後のＥＧＲガスの温度を正確に取得・推定することは、機関を適正に制御する上で極めて重要である。
【０００６】
このような観点に基き、上記ＥＧＲガス冷却装置を備えた従来の装置の一つは、ＥＧＲガス冷却装置の効率（冷却効率）に相当する値ｋをエンジン回転速度と燃料噴射量とに基いて求めるとともに、その補正係数khをＥＧＲ流量に基いて求める。そして、この従来の装置は、前記値ｋ、前記補正係数kh、ＥＧＲガス冷却装置の伝熱面面積Ａ、ＥＧＲガス流量Ｇ、ＥＧＲガス比熱Cp、ＥＧＲガス冷却水温度Twg、及び排気温度Texと、Tegr＝Tex−Twg・ｋ・Ａ／（ｋ・kh・Ａ/2−Ｇ・Cp）なる式とにより、ＥＧＲガス冷却装置出口部のＥＧＲガス温度Tegrを推定するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１６６４５２号公報（第６頁、図１１、図１４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス流量が同一であっても、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率（熱伝達率）ηegrは、同ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガスの温度（この温度は、排気還流管と排気通路とが接続された同排気還流管入口部でのＥＧＲガス温度と実質的に等しい。）が変化すると大きく変化する。即ち、図１７に示したように、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス流量が同一であっても、同ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス温度が第１温度から同第１温度よりも高い第２温度に変化すると、冷却効率ηegrは点Ａから点Ｂへと変化する。これは、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガスの温度と同ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度の温度差が大きいほど、同ＥＧＲガス冷却装置によってＥＧＲガスからより多くの熱が奪われるからである。
【０００９】
従って、ＥＧＲガス冷却装置に流入するＥＧＲガス温度を考慮することなく同ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を推定する上記従来の技術は、同ＥＧＲガス冷却装置出口部のＥＧＲガスの温度を精度良く推定することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度に基いてＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を取得することで、排気還流管と吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部におけるＥＧＲガス温度を精度良く推定することができる内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置を提供することにある。
【００１１】
【本発明の概要】
本発明による内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とに接続された排気還流管と、同排気還流管に介装され同排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁と、同排気還流管の同排気通路との接続部と同ＥＧＲ制御弁との間の同排気還流管に介装され同ＥＧＲガスを冷媒を使用して冷却するＥＧＲガス冷却装置と、を備えた内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置であって、前記排気還流管の前記排気通路との接続部であるＥＧＲガス入口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度として取得する入口部ＥＧＲガス温度取得手段と、前記排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量に対応するＥＧＲガス流量対応値を取得するＥＧＲガス流量対応値取得手段と、ＥＧＲガス流量対応値を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した値と前記ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率との関係を表す関数又はテーブル値と、前記取得されたＥＧＲガス流量対応値を前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した実際の値と、に基いて同ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を取得する冷却効率取得手段と、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷却効率とに基いて前記排気還流管の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管出口部ＥＧＲガス温度として推定する出口部ＥＧＲガス温度推定手段と、を備えている。
【００１２】
これによれば、入口部ＥＧＲガス温度取得手段により、前記排気還流管の前記排気通路との接続部であるＥＧＲガス入口部における前記ＥＧＲガスの温度が、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度として取得される。この入口部ＥＧＲガス温度取得手段は、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度を、新気流量、燃料量、吸気圧力、及び排気圧力等から計算により求めるものであってよく、或いは、排気還流管との接続部近傍の排気通路に設けられた温度センサ（排気温度センサ）の出力に基いて求めるものであってもよい。
【００１３】
また、ＥＧＲガス流量対応値取得手段により、前記排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量に対応するＥＧＲガス流量対応値が取得される。このＥＧＲガス流量対応値とは、排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量それ自体であってもよく、同ＥＧＲガス流量と等価な値、例えば、排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流速であってもよい。排気還流管の形状は既知であるから、例えば、ＥＧＲガスの流速を排気還流管内に設けた流速センサにより検出すれば、その検出値に基いてＥＧＲガス流量を求めることができるからである。
【００１４】
更に、冷却効率取得手段により、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得されたＥＧＲガス流量対応値とに基いて前記ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率が取得される。実験によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率η egr と排気還流管入口部ＥＧＲガス温度（ Tex ）とは略比例の関係にあることが判明した。そこで、本発明の装置は、ＥＧＲガス流量対応値 Gegr を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度 Tex で除した値（＝ Gegr/Tex ）と前記冷却効率η egr との関係を実験により求めておき、実際の値（ Gegr/Tex ）とその関数又はテーブル値とに基いて実際の冷却効率η egr を求める。この結果、ＥＧＲガス流量対応値 Gegr と排気還流管入口部ＥＧＲガス温度 Tex との組み合わせ（ Gegr,Tex ）の各々に対して冷却効率η egr を実験により求め、η egr を求めるための関数を Tex 毎に記憶装置に格納し、実際のＥＧＲガス温度 Tex に応じた関数を選択して使用するように構成したり、これらデータの組（ Gegr,Tex, η egr) からなる膨大なデータをテーブル値として記憶装置内に格納して冷却効率η egr を求めるように構成した場合に比べ、より簡単で少ない記憶量をもって精度良く冷却効率η egr を求めることができる。そして、出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷却効率とに基いて前記排気還流管の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管出口部ＥＧＲガス温度として推定する。
【００１５】
このように、本装置によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率が排気還流管入口部ＥＧＲガス温度にも基いて決定されるから、同冷却効率が正しい値に近づく。従って、本装置は、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を精度良く推定することができる。
【００１６】
この場合、前記ＥＧＲガス温度推定装置は、前記ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度を取得する冷媒温度取得手段を更に備えるとともに、前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、更に前記取得された冷媒の温度に基いて前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を推定するように構成されることが好適である。
【００１７】
ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度は、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を変化させる。従って、上記構成によれば、ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度が排気還流管出口部ＥＧＲガス温度の推定に反映されるので、同排気還流管出口部ＥＧＲガス温度がより精度良く推定され得る。
【００１８】
更に、この場合、前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texと前記取得された冷媒温度Treibaiとの差に前記冷却効率ηegrを乗じることによりＥＧＲガス温度変化分（ΔT＝ηegr・(Tex−Treibai)）を推定し、同排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texから同推定されたＥＧＲガス温度変化分ΔTを減じることにより前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを推定する（即ち、式Tegr＝Tex−ηegr・(Tex‐Treibai)によりTegrを推定する）ように構成され得る。
【００１９】
これによれば、「排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texと前記取得された冷媒温度Treibaiとの差(ΔT＝Tex−Treibai)が大きいほどＥＧＲガスの温度が大きく低下する。」との現象が、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrの推定に適正に反映される。従って、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度がより精度良く推定され得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置及びＥＧＲ制御装置を含む内燃機関（ディーゼル機関）の制御装置の実施形態の一つについて図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本発明による内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００２４】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（指令燃料噴射量qfinに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ（図示省略）から供給される高圧の燃料を噴射するようになっている。
【００２５】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続されたインテークマニホールド３１、インテークマニホールド３１の上流側集合部に接続され同インテークマニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２（インテークマニホールド３１及び吸気管３２を「吸気管」と総称することもある。）、吸気管３２内においてスロットル弁アクチュエータ３３ａにより同吸気管３２に回動可能に保持されたスロットル弁３３、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に介装されたインタークーラー３４、同インタークーラー３４の上流において吸気管３２に介装されたターボチャージャ３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６を含んでいる。
【００２６】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各シリンダに接続されたエキゾーストマニホールド４１、エキゾーストマニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設されたターボチャージャ３５のタービン３５ｂ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００２７】
ターボチャージャ絞り弁３５ｃは、電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号に応答してターボチャージャ３５の容量を実質的に可変とするようにタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を可変とする弁である。このターボチャージャ絞り弁３５ｃが閉じられてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を小さくすると過給圧が増大し、逆にターボチャージャ絞り弁３５ｃが開かれてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を大きくすると過給圧が低下する。
【００２８】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタを内蔵し、通過する排ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００２９】
ＥＧＲ装置５０は、排ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラー）５３とを備えている。
【００３０】
排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（エキゾーストマニホールド４１）と接続された部分をＥＧＲガス（排ガス）の入口部とし、スロットル弁３３の下流側吸気通路（インテークマニホールド３１）と接続された部分をＥＧＲガスの出口部として、同入口部（排気還流管入口部）と同出口部（排気還流管出口部）とを連通し、同入口部と同出口部の間をＥＧＲガスが通過するガス流通管を構成している。
【００３１】
また、前記インテークマニホールド３１をガス流通管として考えた場合、その入口部は同インテークマニホールド３１と排気還流管５１との接続部ということになり、インテークマニホールド３１の出口部は同インテークマニホールド５１と内燃機関１０の燃焼室（シリンダ、気筒）とが接続された同燃焼室への吸気流入部（吸気弁により開閉される開口部）ということになる。
【００３２】
ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGR）に応答して再循環される排ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し、後述するようにＥＧＲ率を制御するようになっている。
【００３３】
ＥＧＲガス冷却装置５３は、同装置の入口部から流入するとともに同装置の出口部から流出するＥＧＲガスの通路を内部に形成している。また、ＥＧＲガス冷却装置５３は、前記ＥＧＲガスの通路に露呈した冷却部を備えている。この冷却部内にはエンジン冷却水が冷媒として循環するようになっている。
【００３４】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００３５】
インターフェース６５は、吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、インタークーラー３４とスロットル弁３３との間の吸気通路に設けられた新気温センサ（吸気温センサ）７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも上流の吸気通路に配設された吸気圧センサ７３、エンジン回転速度センサ７４、水温センサ７５及びアクセル開度センサ７６と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００３６】
熱線式エアフローメータ７１は、エアクリーナ３６を介して吸気管３２内に新たに吸入された大気（即ち、新気）の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同新気の質量流量に応じた信号（新気流量）Gaを発生するようになっている。新気温センサ７２は、エアクリーナ３６を介して吸気管３２内に吸入された新気の温度（即ち、新気温度）を検出し、同新気温度を表す信号Taを発生するようになっている。吸気圧センサ７３は、吸気通路内の圧力（吸気圧、過給圧）を表す信号Pbを発生するようになっている。
【００３７】
エンジン回転速度センサ７４は、エンジン１０の回転速度を検出し、エンジン回転速度NEを表す信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。水温センサ７５は、エンジン１０の冷却水温を検出し、同冷却水温を表す信号ＴＨＷを発生するようになっている。アクセル開度センサ７６は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル開度（アクセル操作量）を表す信号Accpを発生するようになっている。
【００３８】
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の作動について説明する。電気制御装置６０のＣＰＵ６１は、図２に機能ブロック図で示された各値を計算するためのプログラムを所定時間の経過毎に繰り返し実行し、実ＥＧＲ率Ractを計算するようになっている。以下、ブロック毎に説明を加える。なお、以下に述べる各値の幾つかは、図３に概念的に示されている。
【００３９】
＜実ＥＧＲ率Ractの取得＞
実ＥＧＲ率Ractは、エンジン１０のシリンダに吸入された単位時間あたりの実ＥＧＲガス流量Gegr（実際のＥＧＲガス質量流量であって、以下、「ＥＧＲガス流量Gegr」と称呼する。）を同エンジン１０に吸入された単位時間あたりの全ガス量Gcyl（実際の全ガス質量流量であって、以下、「全ガス流量Gcyl」とも称呼する。）で除した値（Ract＝Gegr／Gcyl）である。ＥＧＲガス流量Gegrは、全ガス流量Gcylから、エンジン１０に吸入された単位時間あたりの新気量Gaact（大気の質量、以下、「実新気流量Gaact」と云う。）を減じた量である。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１に示したように、下記(1)式に基づいて実ＥＧＲ率Ractを計算する。
【００４０】
【数１】
＜実新気流量Gaactの取得＞
(1)式で用いられる実新気流量Gaactは、エアフローメータ７１が計測した計測新気流量Gaよりも時間的に遅れて変化するから、同計測新気流量Gaに一次遅れ処理を施すことにより求められる値と略等しくなる。従って、ＣＰＵ６１は、計測新気流量Gaに対して一次遅れ処理を施すブロックＢ２に示した下記(2)式に基づいて実新気流量Gaactを計算する。αは０から１までの値を有する定数である。なお、Gaact(n)は今回の演算による実新気流量Gaact、Gaact(n-1)は所定時間前に実行された前回の演算による実新気流量Gaact、Ga(n)は今回の演算タイミングにおけるエアフローメータ７１の出力に基く計測新気流量Gaである。
【００４２】
【数２】
＜全ガス流量Gcylの取得＞
(1)式の計算を行うために更に必要となる全ガス流量Gcylは、気体の状態方程式からも推察されるように、スロットル弁３３の下流の吸気管内の圧力（吸気圧）Pbとエンジン１０のシリンダに吸入されるガスの温度（吸入ガス温度）Ｔboutとに応じた値となる。このエンジン１０のシリンダに吸入されるガスの温度Ｔboutは、以下、「インテークマニホールド出口部ガス温度Tbout」と称呼する。
【００４４】
実際には、全ガス流量Gcylはエンジン１０の気筒内に残留するガス量の影響も受ける。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ３に示したように、下記(3)式で示した実験式に基づいて実ＥＧＲ率Ractを計算する。(3)式において、ａ，ｂは実験により定められる適合定数であり、Ｔbaseはこれらの定数ａ，ｂを定めたときのインテークマニホールド出口部ガス温度（基準温度）である。また、(3)式で用いられる吸気圧（過給圧）Pbは、吸気圧センサ７３から取得される。
【００４５】
【数３】
＜実ガス温度Ｔboutの取得＞
(3)式の計算を行うためには、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを取得する必要がある。ＣＰＵ６１は、ブロックＢ４に示したように、このインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを下記(4)式に従って計算する。
【００４７】
【数４】
(4)式において、
Tbinは、図３に示したように、ＥＧＲ制御弁５２の出口側のインテークマニホールド３１の内部、即ち、ＥＧＲガスと新気とが混合された部位（以下、単に「合流部」又は「インテークマニホールド入口部」と称呼する。）の混合ガス温度であり、以下「インテークマニホールド入口部ガス温度Tbin」と称呼する。
Twallimは、インテークマニホールド入口部から吸気弁までの間のインテークマニホールド３１の壁温であり、以下、「インテークマニホールド壁温Twallim」と称呼する。
ηimは、インテークマニホールド入口部からインテークマニホールド出口部（吸気弁により開閉される部分）までの間のインテークマニホールド３１における熱伝達率（冷却効率）であり、以下、「インテークマニホールド熱伝達率ηim」と称呼する。
【００４９】
上記(4)式は、インテークマニホールド３１の壁面とシリンダに吸入されるガスとの間での熱の授受、及び同インテークマニホールド３１の壁面と外気（インテークマニホールド３１の外側の空気の温度）Tairとの間での熱の授受を考慮した式であって、これらの熱の授受を右辺第２項（ηim・(Tbin-Twallim)）で代表させた式である。この値（ηim・(Tbin-Twallim)）は、インテークマニホールド３１内を吸気（新気＋ＥＧＲガス）が通過する際に、吸気の温度がどれだけ変化するかを示す変化温度対応値である。
【００５０】
ガス（吸気）とガス流通管（インテークマニホールド３１）との間の熱授受は、同ガスの入口部温度と同ガス流通管の壁温の差に強い相関（例えば、比例関係）がある。また、熱伝達率は、ガスとガス流通管壁との間の熱の授受、及びガス流通管壁と外部との間の熱の授受を適切に表すことが可能である。従って、上記構成によれば、前記熱授受を簡単で且つ精度良く推定することができ、前記変化温度対応値も精度良く推定することが可能となる。
【００５１】
ところで、(4)式によりインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを取得するためには、同(4)式の右辺の各値（Tbin,Twallim,ηim）を取得しなければならない。以下、順に説明する。
【００５２】
＜インテークマニホールド入口部ガス温度Tbinの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ５に示したように、インテークマニホールド入口部ガス温度Tbinをエネルギー保存則に基く下記(5)式に従って計算する。
【００５３】
【数５】
(5)式の右辺における各値について図３を参照しながら説明する。
Gaactは先に説明した実新気流量であり、前記ブロックＢ２により(2)式に従って求められる。
Taは先に説明した新気温度であって新気温センサ７２により検出される。
Cairは新気の比熱（新気ガス比熱）であって予め与えられる定数である。
【００５５】
Gegrは先に説明したＥＧＲガス流量であり、後述する方法により求められる。
TegrはＥＧＲガスと新気とが合流部にて混合する直前のＥＧＲガス温度である。即ち、温度Tegrは、排気還流管５１の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部におけるＥＧＲガスの温度であって、以下「排気還流管出口部ＥＧＲガス温度（ＥＧＲ出口部ＥＧＲガス温度）Tegr」と称呼する。排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrは後述する方法により求められる。
CegrはＥＧＲガスの比熱（ＥＧＲガス比熱）であって予め与えられる定数である。
【００５６】
Gallは、ＥＧＲガスと新気とが混合したガスの総和量、即ち、実新気流量GaactとＥＧＲガス流量Gegrとの和であって、以下、「インテークマニホールド入口部ガス流量Gall」と称呼する。
Caveは、ＥＧＲガスと新気とが混合したガスの比熱（混合ガス比熱）であり、予め与えられる定数である。
【００５７】
(5)式によりインテークマニホールド入口部ガス温度Tbinを取得するためには、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegr、ＥＧＲガス流量Gegr、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを取得しなければならない。従って、以下、更に順を追って説明する。
【００５８】
＜排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ６に示したように、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを下記(6)式に従って計算する。ブロックＢ６は、出口部ＥＧＲガス温度推定手段を構成している。
【００５９】
【数６】
(6)式において、
Texは、排気還流管５１とエキゾーストマニホールド４１との接合部近傍の同排気還流管５１入口部におけるＥＧＲガス温度（即ち、エキゾーストマニホールド４１と排気還流管５１との接合部近傍での排ガス温度）であり、以下、「排気還流管入口部ガス温度Tex（ＥＧＲ通路入口部ＥＧＲガス温度Tex）」と称呼する。
ηegrは、ＥＧＲガス冷却装置５３の冷却効率（熱伝達率）である。
THWは、エンジン１０の冷却水温であるが、ＥＧＲ冷却装置５３の冷媒はエンジン冷却水であるから、冷却水温THWは冷媒の温度Treibaiと等しい。
【００６１】
上記(6)式は、ＥＧＲガス冷却装置５３（の冷却部）と同ＥＧＲ冷却装置を通過するＥＧＲガスとの間での熱の授受を考慮した式である。即ち、(6)式の右辺第２項（ηegr・(Tex‐THW)）は、ＥＧＲガス冷却装置５３内をＥＧＲガスが通過する際に、ＥＧＲガスの温度がどれだけ変化するかを示す変化温度対応値である。
【００６２】
実際には、ＥＧＲガスは、排気還流管入口部から流入して排気還流管出口部に到達するまでの間に、排気還流管５１の壁面との間で熱の授受を行う。しかしながら、ＥＧＲガスと排気還流管５１の壁面との間の熱交換量は、ＥＧＲガスとＥＧＲガス冷却装置５３との間の熱交換量に比べて極めて小さい。従って、(6)式の右辺第２項（ηegr・(Tex‐THW)）は、ＥＧＲガスが排気還流管入口部から流入して排気還流管出口部に到達するまでの間に、同ＥＧＲガスの温度がどれだけ変化するかを示す値と実質的に等しい。
【００６３】
ところで、(6)式により排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを取得するためには、上記排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、及びＥＧＲ冷却装置の冷却効率ηegrを取得しなければならない。以下、順に説明する。
【００６４】
＜排気還流管入口部のＥＧＲガス温度Texの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ８及びブロックＢ９示したように、排気還流管入口部のＥＧＲガス温度Tex（排ガス温度Tex）を下記(7)式に従って計算する。ブロックＢ８及びブロックＢ９は、ＥＧＲガス温度取得手段を構成している。
【００６５】
【数７】
(7)式において、
単位時間あたりの燃料噴射量Gfは、図４のブロックＢＰ３に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEに基いて求められる。例えば、Gf＝kGf・qfin・NE（ kGfは定数）である。
実新気流量Gaactは、上述したブロックＢ２により(2)式に基いて求められる。
過給圧Pbは、吸気圧Pbであり、吸気圧センサ７３から取得される。
エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、後述する手法により求められる。
【００６７】
上記(7)式は、「排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texは、シリンダ内へ投入されるエネルギー（発熱量）と、同シリンダ内で発生した熱のガスへの伝達に大きく依存する。」という知見に基いている。シリンダ内へ投入されるエネルギーは燃料噴射量Gfに強い相関がある。また、シリンダ内で発生した熱のガスへの伝達は、実新気流量Gaact（実新気流量Gaactは発熱に寄与しない代わりに、排ガス温度を低下させるように機能する。）、又は、ガス比熱に関連した値である等量比Φに強い相関がある。そこで、(7)式では変数XTexに上記したような値を選択している。
【００６８】
なお、変数Xtexのひとつに使用されている値（過給圧Pb／エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pex）は、エキゾーストマニホールド４１内における排ガスの通過のし易さ（留まり易さ）を表している。排ガスがエキゾーストマニホールド４１内に留まるほど、同排ガスとエキゾーストマニホールド４１外部との間でより多くの熱が伝達される。従って、（過給圧Pb／エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pex）をパラメータとして導入することで、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texの推定精度が高くなる。また、過給圧PbはＥＧＲガス量と相関があり、且つ、ＥＧＲガス量が多ければ燃焼開始時の温度が高くなって排ガス温度Tex（排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex）も高くなるので、過給圧Pbをパラメータとして考慮することは、この点においても同排ガス温度Texの精度向上に寄与する。
【００６９】
(7)式の関数fTexと定数ａはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fTexと定数ａを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fTexと定数ａを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gf, Gaact, Pb, Pex, Tex）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、変数XTexとＥＧＲガス温度Texの実測値との相関が高くなるように定数ａを決定する。なお、変数XTexに等量比Φを含む値を用いた場合には、定数ａの値の調整（決定）は省略される。
（Step3) 決定された定数ａで決る変数XTexとＥＧＲガス温度Texの実測値とに基いて、関数fTexを決定する。
図５は、変数XTexとしてGf・Φ・（Pb/Pex)を選択した場合の同変数XTexと実測された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texとの関係の一例を示している。この場合、関数fTexは、Tex＝fTex(XTex)＝545.9・XTex0.3489となった。
【００７０】
＜エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexの取得＞
上記(7)式の変数XTexとしてエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを含む変数を使用する場合、同エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを求める必要がある。ＣＰＵ６１は、機能ブロック図である図４に示したように、下記(8)式に従ってエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを算出する。
【００７１】
【数８】
(8)式において、
燃料噴射量Gfは、図４のブロックＢＰ３に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEに基いて求められる。
実新気流量Gaactは、上述したブロックＢ２により(2)式に従って求められる。
過給圧Pbは、吸気圧Pbであり、吸気圧センサ７３から取得される。
可変容量ターボチャージャ開度Avnは、図４のブロックＢＰ４内に示したように、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEを引数とするテーブルにより求める値である。ＣＰＵ６１は、ターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度がこの値AVnに基いた値となるように、同ターボチャージャ絞り弁３５ｃに対して駆動信号を供給する。また、可変容量ターボチャージャ開度Avnは、ブロックＢＰ５にて定数avnが加えられ、上記(8)式の可変容量ターボチャージャ絞り係数Kvnに変換される。なお、後述するように、目標過給圧を設定して実際の過給圧が同目標過給圧となるように値AVnを決定してもよい。
【００７３】
上記(8)式は、「エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、シリンダ内に流入するガス量（Gaact＋Gf）、可変容量ターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度Avn、及びターボチャージャ３５のタービン３５ｂの抵抗を表す過給圧に極めて強い相関を有する。」という知見に基いている。
【００７４】
(8)式の関数fPexと定数avnはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fPexと定数avnを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fPexと定数avnを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gf, Gaact, Pb, Avn, Pex）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、変数XPexとエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexとの相関が高くなるように定数avnを決定する。
（Step3) 決定された定数avnで決る変数XPexとエキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexの実測値とに基いて、関数fPexを決定する。
図６は、このようにして関数fPexを決定する際に使用した実測値の一例を示している。この例の場合、関数fPexは下記の(9)式のようになった。このように、本実施形態は、排気圧力センサを用いることなく排気圧力Pexを求めることができ、装置のコストを低下させることができる。
【００７５】
【数９】
以上により、(7)式の変数XTexを求めるための各値（Gf,Gaact,Pb,Pex）が求められて変数XTexが決定される。従って、ＣＰＵ６１は、(7)式に従って計算を行い、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex（排ガス温度Tex）を求める。一方、(6)式に従って排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrを求めるためには、更に、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを取得しなければならない。
【００７７】
＜ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrの取得＞
ＣＰＵ６１は、図２のブロックＢ１０に示したように、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを下記(10)式に従って計算する。ブロックＢ１０は、冷却装置の冷却効率取得手段（推定手段）を構成している。
【００７８】
【数１０】
(10)式に示したように、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrを求めるためには、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度TexとＥＧＲガス流量Gegrとが必要となる。排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texは、ブロックＢ８及びブロックＢ９により上記(7)式により求められる。ＥＧＲガス流量Gegrは、後述するブロックＢ１２により下記の(11)式により求められる。
【００８０】
なお、(10)式でのＥＧＲガス流量Gegrは、ＥＧＲガス流量Gegrに対応した値（ＥＧＲガス流量対応値）であればよく、例えば、排気還流管５１の所定箇所におけるＥＧＲガス流速Vegrで置き換えることができる。ＥＧＲ通路（排気還流管５１とＥＧＲガス冷却装置５３の形成するＥＧＲ通路）の形状は既知であるから、ＥＧＲガス流速Vegrに基いてＥＧＲガス流量Gegrを推定できるからである。ＥＧＲガス流速Vegrは、排気還流管５１内に流速センサを配設し、同流速センサの出力から直接取得してもよい。
【００８１】
(10)式の関数fηegrはエンジンの機種毎に決定される。以下は、関数fηegrを決定する手順の一例である。
（Step1) 関数fηegrを決定すべきエンジンの運転条件を変更し、各エンジン状態量（Gegr, Tex, ηegr）を測定する。
（Step2) 測定結果に基いて、図７に示したように、ηegrとGegr/Texとの関係をグラフ化する。
（Step3) step2のグラフに基いて、関数fηegrを決定する。
【００８２】
図１７に示したように、冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrとの関係は排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texが異なると変化する。これに対し、冷却効率ηegrと、ＥＧＲガス流量Gegrを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texで除した値（Gegr/Tex）と、の関係は、図７に示したように、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texに関わらず一義的に定まる。換言すると、冷却効率ηegrと排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texとは略比例の関係にあることが実験的に判明したので、値（Gegr/Tex）を変数として冷却効率ηegrを求めることで、より簡便に関数fηegrを求めることができる。
【００８３】
本装置は、上記関数fηegrを関数の形としてＲＯＭ６２内に格納するか、又は、値（Gegr/Tex）とηegrとの組み合わせからなるデータをテーブル（一次元マップ）のテーブル値としてＲＯＭ６２内に格納していて、実際に得られた値（Gegr/Tex）と、格納されている関数又はテーブルとに基いて実際の冷却効率ηegrを求める。なお、電気制御装置６０の計算能力及び／又は記憶容量に余裕がある場合、（Gegr,Tex,ηegr)をエンジンの運転状態を変化させながら実測し、その実測データをテーブルMapηegr（二次元マップ）としてＲＯＭ６２内に格納しておき、実際のＥＧＲガス流量Gegr、実際の排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、及び前記格納したテーブルMapηegrとから実際の冷却効率ηegrを求めるようにしてもよい。或いは、ηegr＝gTex(Gegr)なる関数ｇTexを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex毎に求めてＲＯＭ内に格納しておき、実際の排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texに基いて記憶している複数の関数ｇTexの中から適切な関数ｇTexを選択し、その選択した関数ｇTexと実際のＥＧＲガス流量Gegrとから冷却効率ηegrを求めてもよい。
【００８４】
以上により、ブロックＢ６による(6)式に従う計算に必要な排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Tex、ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegr、及び冷却水温THW（冷媒温度Treibai）が得られるので、同(6)式により排気還流管出口部ＥＧＲガス温度Tegrが求められる。この段階において、(5)式の計算を行うために更に求める必要がある変数は、ＥＧＲガス流量Gegr及びインテークマニホールド入口部ガス流量Gallである。これらは、次のようにして求められる。
【００８５】
＜ＥＧＲガス流量Gegrの取得＞
ＥＧＲガス流量Gegrは、ＥＧＲ制御弁５２の前後差圧（Pex-Pb）とＥＧＲ制御弁５２の開度を表すＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRとにより求めることができる。即ち、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１２に示したように、ＥＧＲガス流量Gegrを下記(11)式に従って計算する。ブロックＢ１２は、ＥＧＲガス流量対応値取得手段を構成している。なお、関数fGegrは、予め実験により求められ、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００８６】
【数１１】
(11)式において、エキゾーストマニホールド内ガス圧Pexは、図４のブロックＢＰ１により上記(8)式に従って求められる。過給圧Pbは上記吸気圧センサ７３から取得される。ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRはＣＰＵ６１のＥＧＲ制御弁５２への指令値である。この場合、ＥＧＲ制御弁開度指令値SEGRに代えて、ＥＧＲ制御弁５２の開度（リフト量）を検出するセンサからの信号を用いてもよい。
【００８８】
＜インテークマニホールド入口部ガス流量Gall＞
インテークマニホールド入口部ガス流量Gallは、上述したように、実新気流量GaactとＥＧＲガス流量Gegrとの和である。ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１３に示したように、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを下記(12)式に従って計算する。
【００８９】
【数１２】
(12)式における実新気流量GaactはブロックＢ２により上記(2)式に基いて求められる。ＥＧＲガス流量GegrはブロックＢ１２により上記(11)式に基いて求められる。
【００９１】
以上により、上記(5)式に従う計算に必要な各値が求められるので、ＣＰＵ６１はブロックＢ５により同(5)式に基いてインテークマニホールド入口部ガス温度Tbinを求める。一方、この段階において、(4)式（ブロックＢ４）によりインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを求めるために必要な変数は、インテークマニホールド壁温Twallim、及びインテークマニホールド熱伝達率ηimである。これらは、次のようにして求められる。
【００９２】
＜インテークマニホールド壁温Twallimの取得＞
インテークマニホールド壁温Twallimは、水温センサ７５が検出する冷却水温THWと相関が強い。従って、ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１４により、冷却水温THWの増大とともに増大する関数f1Twallimを使用して下記(13)式に従ってインテークマニホールド壁温Twallimを計算する。なお、関数f1Twallimは、予め実験により求められ、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００９３】
【数１３】
＜インテークマニホールド熱伝達率ηimの取得＞
ＣＰＵ６１は、ブロックＢ１５及びブロックＢ１６に示したように、インテークマニホールド熱伝達率ηimを下記(14)式に従って計算する。
【００９５】
【数１４】
(14)式において、Vimはインテークマニホールド内ガス流速である。このインテークマニホールド内ガス流速Vimは、インテークマニホールド３１の形状が既知であるから、上記(14)式に示したように、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallに基いて求めることができる。インテークマニホールド入口部ガス流量Gallは、ブロックＢ１３により上記(12)式に従って求められる。
【００９７】
なお、インテークマニホールド内ガス流速Vimは、インテークマニホールド３１に流速センサを配設し、同センサの出力から直接取得してもよい。一方、(14)式の関数fηimはインテークマニホールド内ガス流速Vimを変数としているが、これに代えて、インテークマニホールド入口部ガス流量Gallを変数としてもよい。
【００９８】
上記(14)式は、「インテークマニホールド熱伝達率ηimは、インテークマニホールド３１内のガス流速Vimに大きく影響を受ける。」という知見に基いている。なお、(14)式においては、冷却水温THWをも変数としてインテークマニホールド熱伝達率ηimを求めているが、冷却水温THWを省略して単にインテークマニホールド内ガス流速Vimの関数（ηim＝fηim(Vim)）、又はインテークマニホールド入口部ガス流量Gallの関数（ηim＝fηim(Gall)）としてインテークマニホールド熱伝達率ηimを求めて求めてもよい。
【００９９】
関数fηimはエンジンの機種毎に異なるので、その都度実測値との比較に基いて決定する。あるエンジンに対する実測値の例を図８に示す。図８の例では、下記(15)式に示すように関数fηimが決定される。
【０１００】
【数１５】
以上により、上記(4)式に従う計算に必要な各値（Tbin,ηim,Twallim）が求められるので、ＣＰＵ６１はブロックＢ４により同(4)式に基いてインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutを求める。従って、ＣＰＵ６１はブロックＢ３により(3)式に基いてエンジン１０に吸入された単位時間あたりの全ガス流量Gcylを求め、その結果、ブロックＢ１により(1)式に基いて実ＥＧＲ率Ractを求める。
【０１０２】
次に、このように取得される各値を用いたエンジン１０の各種制御について説明する。
【０１０３】
＜燃料噴射量及び燃料噴射時期制御＞
ＣＰＵ６１は、図９にフローチャートにより示した燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んでアクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図１０に示したテーブル（マップ）Mapqfinから指令燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと指令燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９１０に進み、指令燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図１１に示したテーブルMapfinjから基本燃料噴射時期finjを決定する。テーブルMapfinjは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射時期finjとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０５】
その後、ＣＰＵ６１はステップ９１５に進んで、インテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefを、指令燃料噴射量qfi、エンジン回転速度NE、及び図１２に示したテーブルMapTboutrefから決定する。テーブルMapTboutrefは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEとインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。このインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefは、指令燃料噴射量qfinとエンジン回転速度NEとの組み合わせに対して図１１に示した基本噴射時期finjを決定したときのインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutである。
【０１０６】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ９２０に進んで、噴射時期補正値Δθを、前記決定したインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefと図２に示したブロックＢ４により求められている実際のインテークマニホールド出口部ガス温Tboutとの差（Tboutref-Tbout）と図１３に示したテーブルMapΔθとから決定する。テーブルMapΔθは、差（Tboutref-Tbout）と噴射時期補正値Δθとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０７】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９２５に進み、基本噴射時期finjを噴射時期補正値Δθで補正して最終噴射時期finjfinalを決定する。このように、上記ステップ９１５〜９２５により、インテークマニホールド出口部ガス温Tboutに応じて噴射時期が補正されることになる。この場合、図１３から明らかなように、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutがインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefより高くなるほど噴射時期補正値Δθが負の大きな値となって最終噴射時期finjfinalが遅角側となり、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutがインテークマニホールド出口部ガス温度基準値Tboutrefより低くなるほど噴射時期補正値Δθは正の大きな値となって最終噴射時期finjfinalが進角側に移行される。
【０１０８】
このように噴射時期を決定するのは、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが高いときは同温度Tboutが低いときよりも燃料の着火性が良好であるから、燃料噴射時期を遅角しても着火性に問題がなく、ＮＯｘの排出量を低減することができるからである。一方、インテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが低いときは燃料の着火性が悪化するから、燃料噴射時期を進角して着火性を確保するためである。これにより、エンジン１０の出力性能の向上及びＮＯｘ排出量の低減が達成され得る。
【０１０９】
そして、ＣＰＵ６１は、続くステップ９３０にて現時点が上記決定された最終燃料噴射時期finjfinalと一致しているか否かを判定し、一致している場合はステップ９３５に進んで上記決定された指令燃料噴射量qfinの燃料を噴射時期が到来しているシリンダの燃料噴射弁２１から噴射し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。また、ステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定される場合、直接ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、燃料噴射量と燃料噴射時期の制御が達成される。
【０１１０】
＜ＥＧＲ制御＞
次に、ＥＧＲ率制御について説明する。ＣＰＵ６１は、図１４にフローチャートにより示したＥＧＲ率を制御するためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで、その時点の指令燃料噴射量qfin、その時点のエンジン回転速度NE、及び同ステップ内に示したテーブルMapO2tgtから目標吸気酸素濃度O2tgtを決定する。テーブルMapO2tgtは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと、目標吸気酸素濃度O2tgtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１１１】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１４１０にて指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEから単位時間当りの供給燃料量Qを求め、続くステップ１４１５にて空気過剰率λを同ステップ中に記載した式（λ＝kλ・Gaact／Q）により求める。kλは定数である。次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４２０にて目標ＥＧＲ率Rtgtを、上記ステップ１４０５にて決定した目標吸気酸素濃度O2tgt、上記ステップ１４２０にて求めた空気過剰率λ、及び同ステップ１４２０内に記載した式（Rtgt＝λ・(p・O2tgt+q)、 p及びqは定数）に基いて求める。なお、吸気酸素濃度、ＥＧＲ率、及び空気過剰率との関係は、例えば、特開平１０−１４１１４７に詳細に開示されている。
【０１１２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４２５にて、図２に示したブロックＢ１にて求めた実ＥＧＲ率Ractが前記ステップ１４２０にて求めた目標ＥＧＲ率Rtgtより大きいか否かを判定し、同ステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１４３０に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ閉じ、ＥＧＲ率を減少させてステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。他方、ステップ１４２５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ６１はステップ１４３５に進んでＥＧＲ制御弁５２を所定の開度だけ開き、ＥＧＲ率を増大させてステップ１４９５に進む。以上により、実際の酸素吸気濃度が目標酸素吸気濃度O2tgtに一致するようにＥＧＲ率が制御され、ＮＯｘの排出量低減及びスモークの低減が達成される。
【０１１３】
なお、上述した図１４に示したルーチンによるＥＧＲ率制御においては、目標酸素吸気濃度O2tgtを求め、この目標酸素吸気濃度O2tgtを目標ＥＧＲ率Rtgtに変換することによりＥＧＲ率を制御していたが、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと目標ＥＧＲ率Rtgtとの関係を規定した図１５に示したテーブルMapRtgt、実際の指令燃料噴射量qfin、及び実際のエンジン回転速度NEから直接目標ＥＧＲ率Rtgtを求めて、実際のＥＧＲ率Ractが同目標ＥＧＲ率Rtgtと一致するようにＥＧＲ制御弁５２の開度を制御してもよい。
【０１１４】
＜過給圧制御＞
次に、過給圧制御について説明する。ＣＰＵ６１は、図示しない過給圧制御のためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行し、同所定時間の経過毎に、その時点の指令燃料噴射量qfin、その時点のエンジン回転速度NE、及び図１６示したテーブルMapPbtgtから目標過給圧Pbtgtを決定する。テーブルMapPbtgtは、指令燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと、目標過給圧Pbtgtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１１５】
そして、ＣＰＵ６１は、決定された目標過給圧Pbtgtと吸気圧センサ７３から取得される実際の過給圧Pbとを比較し、同目標過給圧Pbtgtと同実際の過給圧Pbとが一致するようにターボチャージャ絞り弁３５ｃの開度を制御する。このようにして、過給圧制御が実行される。
【０１１６】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態によれば、ＥＧＲガス冷却装置５３の冷却効率が、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度とＥＧＲガス流量対応値とに基いて求められるので、結果として、排気還流管出口部ＥＧＲガス温度の推定精度が向上する。また、新気とＥＧＲガスとの混合ガス（吸気）とインテークマニホールド３１との間の熱の授受が考慮されてインテークマニホールド出口部ガス温度Tboutが推定されるので、同温度Tboutの推定精度も向上し、その結果、ＥＧＲ率を精度良く推定することができる。
【０１１７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexは、エキゾーストマニホールド４１と排気還流管５１との接続部近傍に排気圧力センサを配設し、この排気圧力センサの出力値に基いて求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムの内容を表した機能ブロック図である。
【図３】 図１に示したＣＰＵが計算する値を説明するための図である。
【図４】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムの内容を表した機能ブロック図である。
【図５】 排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texを求めるための関数fTexを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図６】 エキゾーストマニホールド内ガス圧力Pexを求めるための関数fPexを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図７】 ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrを排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texで除した値（Gegr/Tex）との関係を示すグラフである。
【図８】 インテークマニホールド熱伝達率ηimを求めるための関数fηimを決定する際に使用した実測値の一例を示すグラフである。
【図９】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１０】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する指令燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
【図１１】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する基本噴射時期を決定するためのテーブルである。
【図１２】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照するインテークマニホールド出口部ガス温度基準値を決定するためのテーブルである。
【図１３】 図１に示したＣＰＵが図９に示したプログラムを実行する際に参照する噴射時期補正値を決定するためのテーブルである。
【図１４】 図１に示したＣＰＵが実行するプログラムを示したフローチャートである。
【図１５】 第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが目標ＥＧＲ率を決定する際に参照するテーブルである。
【図１６】 図１に示したＣＰＵが目標過給圧を決定するために参照するテーブルである。
【図１７】 冷却効率ηegrとＥＧＲガス流量Gegrとの関係を、排気還流管入口部ＥＧＲガス温度Texをパラメータとして示しグラフである。
【符号の説明】
２１…燃料噴射弁、３１…インテークマニホールド、３２…吸気管、３３…スロットル弁、３５…ターボチャージャ、４１…エキゾーストマニホールド、４２…排気管、４３…ＤＰＮＲ、５０…ＥＧＲ装置、５１…排気還流管、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置。
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路と吸気通路とに接続された排気還流管と、同排気還流管に介装され同排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁と、同排気還流管の同排気通路との接続部と同ＥＧＲ制御弁との間の同排気還流管に介装され同ＥＧＲガスを冷媒を使用して冷却するＥＧＲガス冷却装置と、を備えた内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置であって、
前記排気還流管の前記排気通路との接続部であるＥＧＲガス入口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度として取得する入口部ＥＧＲガス温度取得手段と、
前記排気還流管内を流れるＥＧＲガスの流量に対応するＥＧＲガス流量対応値を取得するＥＧＲガス流量対応値取得手段と、
ＥＧＲガス流量対応値を排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した値と前記ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率との関係を表す関数又はテーブル値と、前記取得されたＥＧＲガス流量対応値を前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度で除した実際の値と、に基いて同ＥＧＲガス冷却装置の冷却効率を取得する冷却効率取得手段と、
前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷却効率とに基いて前記排気還流管の前記吸気通路との接続部であるＥＧＲガス出口部における前記ＥＧＲガスの温度を排気還流管出口部ＥＧＲガス温度として推定する出口部ＥＧＲガス温度推定手段と、
を備えた内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置。 - 請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置において、
前記ＥＧＲガス冷却装置の冷媒の温度を取得する冷媒温度取得手段を更に備えるとともに、
前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、更に前記取得された冷媒の温度に基いて前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を推定するように構成された内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置。 - 請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置において、
前記出口部ＥＧＲガス温度推定手段は、前記取得された排気還流管入口部ＥＧＲガス温度と前記取得された冷媒温度の温度差に前記冷却効率を乗じることによりＥＧＲガス温度変化分を推定し、同排気還流管入口部ＥＧＲガス温度から同推定されたＥＧＲガス温度変化分を減じることにより前記排気還流管出口部ＥＧＲガス温度を推定するように構成された内燃機関のＥＧＲガス温度推定装置。
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