JP3977460B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）を備えたディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のディーゼルエンジンの制御装置では、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るべくＥＧＲ装置を適用したものがある。ところが、排気ガスの再循環を行うディーゼルエンジンにおいて、アクセルの踏み込み操作に伴う車両加速時にはアクセル開度に応じた量だけ燃料が供給されるのに対し、新気吸入量はＥＧＲ装置の作動遅れや、ターボ過給機等の過給機を備えたディーゼルエンジンにおいてはその過給機の過給遅れに起因して定常時に比べて減少する。この場合、燃料供給量に対してエンジンの筒内に吸入される酸素量が過少となり、許容レベルを超えるスモークが発生するという問題がある。
【０００３】
この問題に対し、特開昭６０−１５６９５１号公報においては、運転状態に応じて可変となり、且つスモークの発生しない最小空燃比を算出し、この算出値と新気吸入量に応じて燃料噴射量のガード値となる最大噴射量を決定するようにしている。この場合、燃料噴射量は、前記最大噴射量を超えない範囲内で制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の従来技術では、以下に示す問題を招来する。つまり、上記従来技術では新気吸入量をパラメータとして最大噴射量を決定しているが、ＥＧＲ装置を備えたシステムでは、実際上、ＥＧＲ装置を介して吸気系に還流される排気ガス中には幾分かの酸素が残存しているため、スモークの抑制を前提として新気吸入量と最大噴射量とを一義的に関係付けることはできない。そのため、上記従来技術では、ディーゼルエンジンの理想燃焼を実現することができず、例えばＥＧＲ装置を介して吸気系に還流される排気ガス中の酸素量を予め所定量見越して最大噴射量を決定したとしても、機関の運転状態によっては期待に反してスモークが発生したり、過度に燃料噴射量を抑えられることにより加速性能が低下し過ぎたりするという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンにおいて、当該エンジンを理想燃焼状態で運転させ、スモーク発生量を低減することができるディーゼルエンジンの制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
要するに、例えばアクセルペダルを踏み込み操作して車両を加速する際には、ディーゼルエンジンへの燃料供給量が増加する。そのため、燃料供給量と筒内吸入酸素量とのバランスを良好に保って理想燃焼を実現するには、筒内吸入酸素量を燃料噴射量に応じて増加させる、或いは筒内吸入酸素量に応じて燃料供給量の最大ガード値を設定する、といった対策が考えられる。
【００１０】
そこで、本発明では、請求項１に記載したように、排気ガス再循環装置により還流された排気ガス還流量、ディーゼルエンジンの筒内に吸入される総吸入空気量、及びディーゼルエンジンに吸入される新気量のうちの少なくとも２つと、ディーゼルエンジンに供給される燃料量を基に算出される筒内吸入酸素量と、筒内吸入ガスと燃料とが燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量と、を制御要素とし、燃焼ガスの熱容量がエンジン運転状態に応じた目標値になるよう、ＥＧＲ装置により還流される排気ガス量を制御する。ここで、燃焼ガスの熱容量とは、筒内に吸入される全ガス量を筒内吸入酸素量で除算した値で概算できるため、上記筒内吸入酸素量と同様に、当該熱容量を制御要素の一つとみなすことができる。
【００１１】
この場合、燃焼ガスの熱容量はＮＯｘの発生に直接的に結びつく要因であるため、この熱容量を制御要素としてそれを目標値に一致させるよう制御することにより、ＮＯｘの発生をより精密に制御することができ、ひいてはエンジンを理想燃焼状態で運転させると共に、スモーク発生量を低減することができることとなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼ガスの熱容量をより正確に推定することができる。なお、本請求項で言う理論空燃比とは、燃焼を局所的に見たときの理論空燃比を意味するものである（以下、本明細書で用いる「理論空燃比」、又は「ストイキ燃焼」も局所的な燃焼を見るという点で同意である）。更に請求項３に記載の発明では、排気ガス中の酸素濃度を随時記憶し、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路の長さに応じた還流遅れ時間だけ前に記憶された前記排気ガス中の酸素濃度を用いてエンジン制御を実施する。つまり、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンでは、ＥＧＲガス中の酸素濃度を知ることが必要となるが、新気とＥＧＲガスとが混合される際において、ＥＧＲガス中の酸素濃度は還流遅れ時間前の排気ガス中の酸素濃度に合致する。そのため、上記したように還流遅れ時間前の酸素濃度を制御に用いることで、より一層正確なエンジン制御を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態における車両用多気筒ディーゼルエンジンの電子制御システムの概要を示す構成図である。図１の電子制御システムでは、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１０を有し、このＥＣＵ１０の制御指令信号により電磁駆動式の分配型燃料噴射ポンプ１１が駆動されてディーゼルエンジン２０に高圧の燃料が供給されるようになっている。つまり、分配型燃料噴射ポンプ１１により圧縮された高圧燃料は燃料分配通路１２を介して燃料噴射ノズル１３に供給され、燃料噴射ノズル１３はディーゼルエンジン２０の副燃焼室２１に燃料を噴射する。
【００１９】
また、ディーゼルエンジン２０は吸気管２２及び排気管２３を有し、これら吸気管２２及び排気管２３は吸気バルブ２４及び排気バルブ２５を介して主燃焼室２６に連通している。この主燃焼室２６は連通路２７を介して前記副燃焼室２１に連通されている。従って、ピストン２８の上動に伴う筒内吸入空気の圧縮時において、燃料噴射ノズル１３から副燃焼室２１内に燃料が噴射供給されると、当該燃料が圧縮点火され燃焼に供される。
【００２０】
また、ディーゼルエンジン２０は過給機を構成するターボチャージャ１４を備えており、前記吸気管２２にはターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、前記排気管２３にはターボチャージャ１４の排気タービン１４ｂが設けられている。周知のように、ターボチャージャ１４は排気ガスのエネルギーを利用して排気タービン１４ｂを回転させ、その同軸上にあるコンプレッサ１４ａを回転させて吸入空気を昇圧させる。そして、吸入空気が昇圧されることにより、高密度の空気が主燃焼室２６へと送り込まれてディーゼルエンジン２０の出力が増幅される。
【００２１】
コンプレッサ１４ａの下流側には、アクセルペダル１５に連動する吸気絞り弁１６が設けられている。該吸気絞り弁１６の開閉位置はアクセル開度としてアクセル開度センサ１７により検出され、該検出されたアクセル開度信号はＥＣＵ１０に入力される。
【００２２】
また、上記コンプレッサ１４ａの上流側には吸気管２２に吸入される新気吸入量を検出するための新気吸入量センサ３０が設けられており、この新気吸入量センサ３０により検出された新気吸入量信号はＥＣＵ１０に入力される。新気吸入量センサ３０は、吸気管２２内に熱線を配置して構成される熱線式エアフローメータからなり、加熱された熱線からの熱の放散に応じて吸入新気の質量流量を検出する。
【００２３】
また、吸気管２２には新気の温度を検出するための新気温度センサ３１と、吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ３２とが設けられ、各センサ３１，３２の検出信号はＥＣＵ１０に入力される。さらに、前記分配型燃料噴射ポンプ１１の図示しないドライブシャフトには、エンジン回転数を検出するための回転数センサ３３が配設されている。
【００２４】
次いで、本エンジンシステムに設けられたＥＧＲ装置の概要を説明する。
排気管２３の排気タービン１４ｂ上流側にはＥＧＲ通路３５が分岐して設けられており、同ＥＧＲ通路３５はその途中のＥＧＲ弁３６を経て吸気管２２に接続されている。そして、このＥＧＲ通路３５により、排気管２３内の排気の一部が吸気管２２の吸気ポート近くに再循環される。このとき、排気再循環量（ＥＧＲガス量）はＥＧＲ弁３６の開度により調節される。
【００２５】
ＥＧＲ弁３６はＥＧＲ通路３５を開閉する弁体３７を有し、該弁体３７はダイヤフラム３８により作動せしめられる。この弁体３７のリフト量により前記ＥＧＲガス量が決定される。ダイヤフラム３８の背後には圧縮コイルばね３９を設置した圧力室４０が形成されており、この圧力室４０には圧力導入管４１を介して負圧制御弁４２が接続されている。負圧制御弁４２には大気に通じる大気導入ポート４２ａと真空ポンプ４３に通じる負圧導入ポート４２ｂが設けられており、負圧制御弁４２により大気と負圧とが切替え制御されて圧力室４０の負圧力が変更される。
【００２６】
そして、この負圧力に応じて圧縮コイルばね３９に抗してダイヤフラム３８が変位し、弁体３７がリフト駆動せしめられる。このように弁体３７がリフト駆動されることにより、ＥＧＲ通路３５を通じて排気管２３から吸気管２２へ導かれるＥＧＲ量が調節される。こうした弁体３７のリフト動作は、後で詳述するようにＥＣＵ１０から負圧制御弁４２へ出力されるリフト指令信号により制御されるようになっている。
【００２７】
また、ＥＧＲ通路３５途中にはＥＧＲガスの温度を検出するためのＥＧＲガス温度センサ４４が設けられており、同センサ４４の検出信号はＥＣＵ１０に入力される。
【００２８】
そして、ＥＣＵ１０は、上記した各種センサの検出信号に基いてエンジン運転状態を検知する。具体的には、前記アクセル開度センサ１７の検出信号に基いてアクセル開度ＶＡを、前記新気吸入量センサ３０の検出信号に基いて新気吸入量ＧＡを、前記新気温度センサ３１の検出信号に基づいて新気温度ＴＡを、吸気管圧力センサ３２の検出信号に基いて吸気管圧力ＰＭを、回転数センサ３３の検出信号に基いてエンジン回転数ＮＥを、前記ＥＧＲガス温度センサ４４の検出信号に基いてＥＧＲガス温度ＴＥを、それぞれ算出する。
【００２９】
また、ＥＣＵ１０は、上記の如く算出されたエンジン運転状態に応じて分配型燃料噴射ポンプ１１による燃料噴射量ＱＦを算出し、その算出値に基づく指令信号を前記燃料噴射ポンプ１１に出力して燃料噴射ノズル１３からディーゼルエンジン２０に燃料を供給させる。さらに、ＥＣＵ１０は、上記エンジン運転状態に応じてＥＧＲ弁３６の開度（弁体３７のリフト指令値）を決定し、その指令値に基づいて上記負圧制御弁４２を駆動させる。
【００３０】
次に、本実施の形態における電子制御システムの作用を説明する。
先ずは、図２のタイムチャートを用いて本実施の形態の制御動作の概要を説明する。なお、図２において、時間ｔ１以前は定常運転状態の期間を示し、時間ｔ１〜ｔ２はドライバによるアクセル操作に伴う加速期間を示す。
【００３１】
さて、時間ｔ１以前（時間ｔ２以降も同様）においては、アクセル開度ＶＡが略一定に保持されているため、エンジン回転数ＮＥも略一定値に保持され、アクセル開度ＶＡ及びエンジン回転数ＮＥにより決定される燃料噴射量ＱＦも一定値のまま保持される。また、ＥＧＲ弁３６の開度（ＥＧＲ開度），吸気管圧力ＰＭ，筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ，スモーク発生量も所定値で安定した状態となっている。
【００３２】
そして、時間ｔ１でアクセルペダル１５が踏み込み操作されて加速が開始されると、それに伴って燃料噴射量ＱＦが増大すると共にエンジン回転数ＮＥが上昇する。なお、アクセル操作に応じてエンジン回転数ＮＥが変動する期間は、実際にはアクセル操作期間よりも幾分遅れるものであるが、便宜上、図２ではアクセル操作期間（時間ｔ１〜ｔ２）とエンジン回転数ＮＥの変動期間とを同一にして示す。
【００３３】
また、時間ｔ１〜ｔ２では、アクセル操作に伴いＥＧＲ開度が減少し始めると共に、吸気管圧力ＰＭが上昇し始める。このとき、従来装置であれば、ＥＧＲ弁３６の作動遅れによりＥＧＲ開度の減少動作が緩慢になる。また、ターボチャージャ１４の過給遅れ（ターボラグ）により、吸気管圧力ＰＭが所定の過給圧に達するまでには加速期間後において幾分かの時間を要する。その結果、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が目標値（実線）に対して不足し、スモーク発生量が許容レベル（２５％）を超えてしまう（図の破線）。
【００３４】
これに対して、本実施の形態の構成では、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が随時推測され、この推測された筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 と目標筒内吸入酸素量との偏差をなくすべくＥＧＲ開度のフィードバック制御が実施される。この場合、ＥＧＲ弁３６が従来よりも早期に閉側にリフト駆動されることとなる。従って、新気吸入量の増量が促され、結果として実際の筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が増量されて目標値に一致し、スモークの発生量も定常時とほぼ同じ程度（５％程度）に維持される。また、筒内に吸入される酸素量が不足することがないため、良好なる燃焼状態が維持できる。
【００３５】
図３，図４のフローチャートは、上記動作を実現するためにＥＣＵ１０により実行されるＥＧＲ弁制御ルーチンを示す。なお、同フローは各気筒の燃料噴射毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）に実行される。同フローチャートによれば、筒内吸入酸素量を制御すべく、ＥＧＲ弁３６のリフト指令値が算出され、該リフト指令値によってＥＧＲ弁３６の開度が制御される。
【００３６】
図３の処理がスタートすると、ＥＣＵ１０は、先ずステップ１１０でアクセル開度ＶＡ，エンジン回転数ＮＥ，新気吸入量ＧＡ，吸気管圧力ＰＭ，新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを読み込む。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ１２０で周知の方法により燃料噴射量ＱＦを算出する。一般に、燃料噴射量ＱＦは、予め記憶されたアクセル開度ＶＡとエンジン回転数ＮＥとの２次元マップを用い、その時のＶＡ，ＮＥに応じて算出される。
【００３７】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１３０で予め記憶された燃料噴射量ＱＦとエンジン回転数ＮＥとの２次元マップを用い、その時のＱＦ，ＮＥからＥＧＲ弁３６をリフト動作させるための基本リフト量（以下、基本リフト指令値ＳＢＳという）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、ステップ１４０で予め記憶された燃料噴射量ＱＦとエンジン回転数ＮＥとからなる別の２次元マップを用い、その時のＱＦ，ＮＥから目標筒内吸入酸素量ＧＴＴを算出する。ここで、目標筒内吸入酸素量ＧＴＴは、加速要求としてのアクセル開度ＶＡをも反映したマップ値として与えられる。
【００３８】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ１５０で当該ＥＣＵ１０内のＥＧＲガス酸素濃度メモリよりＥＧＲガス酸素濃度を読み出す（以下、メモリから読み出された酸素濃度を酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍという）。かかる場合、ＥＧＲガス酸素濃度メモリには、後述する手順で算出された各燃焼毎の排気ガス中の酸素濃度ΨＥＯ2 が時系列に複数個記憶されている。
【００３９】
つまり、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路３５を通り、エンジン２０の排気管２３から吸気管２２へ還流するが、その還流にはある程度の時間（還流遅れ時間）を要し、ある時点でのＥＧＲガス中の酸素濃度は、還流遅れ時間前の時点での排気管２３から排出された排気ガス中の酸素濃度と等しい値を示す。従って、ステップ１５０の処理では、還流遅れ時間を考慮して、所定の還流遅れ時間前にＥＧＲガス酸素濃度メモリに書き込んだＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 （その時点の排出ガス中の酸素濃度に等しい）を現時点の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとして読み出す操作を行う。
【００４０】
なお、還流遅れ時間を厳密に計算してその還流遅れ時間に相当するＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとして読み出すことも可能であるが、本実施の形態では、より簡便な手法として各気筒について一燃焼サイクル前の値を酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとして読み出すようにしている。例えば４気筒のエンジンであれば、ＥＧＲガス酸素濃度メモリを４個用意し、＃１気筒に対応するメモリに一燃焼サイクル前に書込んだ値を現時点の＃１気筒の燃焼計算に使用する。発明者らの実験によれば、この程度の方法でも充分な精度が得られることが分かった。
【００４１】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１６０で前記ステップ１５０の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍや、その他エンジン回転数ＮＥ、新気吸入量ＧＡ，吸気管圧力ＰＭ，新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを用いて筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。なお、その詳細な算出手順については後述する。
【００４２】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ１７０で前記ステップ１６０の筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 と、前記ステップ１４０の目標筒内吸入酸素量ＧＴＴとを用い、両者の差の絶対値（｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜）が所定の許容範囲内であるか否かを判別する。そして、｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜が許容範囲内を超えるのであれば、ＥＣＵ１０はステップ１７０を否定判別してステップ１８０，１９０の処理を実施し、その処理後に図４のステップ２００に進む。また、｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜が許容範囲内であれば、ＥＣＵ１０はステップ１７０を肯定判別し、ステップ１８０，１９０をバイパスして直接図４のステップ２００に進む。
【００４３】
即ち、｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜が許容範囲を超える場合、ＥＣＵ１０はステップ１８０で筒内吸入酸素量の偏差ΔＧＴ（＝ＧＴＯ2 −ＧＴＴ）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ１９０で上記筒内吸入酸素量の偏差ΔＧＴを用い例えば周知のＰＩＤ制御手法に従ってＥＧＲ弁３６のリフト指令補正値ＳＫを算出する。
【００４４】
その後、図４のステップ２００に進むと、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁３６の最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。詳細には、前記ステップ１７０が肯定判別された場合には、リフト指令補正値ＳＫが算出されていないため、前記ステップ１３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳを最終リフト指令値ＳＥＤとする。また、ステップ１７０が否定判別された場合には、ＥＣＵ１０は前記ステップ１９０のリフト指令補正値ＳＫを前記ステップ１３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳに付加して、最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。
【００４５】
これにより、ＥＧＲ弁３６は最終リフト指令値ＳＥＤに応じて制御されることとなる。より具体的には、負圧制御弁４２により制御される負圧が最終リフト指令値ＳＥＤを実現するための値に制御され、該制御された負圧がＥＧＲ弁３６の圧力室４０に導入される。そして、該圧力室４０に導入された負圧に応じた量だけＥＧＲ弁３６が開閉し、ＥＧＲガス量を増減させる。
【００４６】
最終リフト指令値ＳＥＤの算出後、ＥＣＵ１０は、ステップ２１０で上記ステップ１２０で算出した燃料噴射量ＱＦを用いて、燃焼後に排出される排気ガス中の酸素濃度を予測し、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 として算出する。なお、このＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 の算出手順は後述する。
【００４７】
最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ２２０で前記ステップ２１０で算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 をＥＧＲガス酸素濃度メモリへ書き込む。このとき、時系列的なメモリ使用をしている場合には、メモリ中の最も古い値を消去し、新しい値を含めメモリ位置を１つずつ移動させて記憶する。また、気筒列にメモリを使用している場合には、該当する気筒のメモリの値を新しい値に変更すればよい。このようにして新しい値になったＥＧＲガス酸素濃度メモリの記憶値は、次の気筒の燃焼に際してステップ１５０で読み出される。
【００４８】
上記図３，図４の処理によれば、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が常に目標筒内吸入酸素量ＧＴＴに一致するよう制御されることとなり、ＥＧＲ弁３６の応答遅れやターボチャージャ１４の過給遅れが存在する過渡時のＥＧＲ精度が向上すると共に、過渡時の燃焼状態が良好になる。またかかる場合には、過渡時のＮＯｘ排出量が定常運転時と同等になると共に、スモークが低減される。つまり、前記ステップ１７０が肯定判別されるエンジンの定常運転時、並びに同ステップ１７０が否定判別されるエンジンの過渡運転時のいずれの場合においても、負圧制御弁４２に送られる制御信号によりＥＧＲ弁３６による最適ＥＧＲ制御が維持できる。
【００４９】
図５のフローチャートは、前記図３におけるステップ１６０の詳細な手順を示す筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 の算出サブルーチンである。
ＥＣＵ１０は、先ずステップ１６１で新気吸入量ＧＡの単位を〔ｇ／ｃｙｌ〕から以降の演算に都合のよい〔モル／ｃｙｌ〕に変換することとし、〔モル／ｃｙｌ〕単位の新気吸入量ＧＡ’を算出する。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ１６２で予め記憶されたエンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭとの２次元マップを用い、その時のＮＥ，ＰＭに応じて筒内吸入ガス温度が３００〔ｋ〕の際の筒内吸入ガス量（筒内に吸入される全ガス量）ＧＴ３００’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。
【００５０】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１６３で筒内吸入ガス量が筒内吸入ガス温度に反比例する関係式と、筒内吸入ガス温度が新気温度とＥＧＲガス温度のそれぞれのガス量の比から求まる関係式とから導かれる次の式（１）に従い、筒内吸入ガス量ＧＴ３００’〔モル／ｃｙｌ〕と、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、新気温度ＴＡと、ＥＧＲガス温度ＴＥとを用いて筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。
【００５１】
【数１】

さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ１６４で筒内吸入酸素量が新気中の酸素量とＥＧＲガス中の酸素量との和から求まる関係より導かれた次の式（２）に従い、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕と、酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとを用いて筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。
【００５２】
【数２】

最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ１６５で前記ステップ１６４で算出した筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ’の単位を、〔モル／ｃｙｌ〕から〔ｇ／ｃｙｌ〕へ変換して〔ｇ／ｃｙｌ〕単位の筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。そして、本サブルーチンを終了する。こうして算出された筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 は、前述したとおり、筒内吸入酸素量のフィードバック制御に用いられる。
【００５３】
図６のフローチャートは、前記図４におけるステップ２１０の詳細な手順を示すＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 の算出サブルーチンである。
図６において、ＥＣＵ１０は、先ずステップ２１１で燃料噴射量ＱＦの単位を〔ｇ／ｃｙｌ〕からＣＨ2 換算での〔モル／ｃｙｌ〕単位へ変換し、ＣＨ2 換算での燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。ここで、ＣＨ2 換算とは、「ＣＨn 」で表される燃料（軽油）の組成を「ＣＨ2 」で置き換え、燃料燃焼時の反応を簡便化して演算するためのものでる。
【００５４】
また、ＥＣＵ１０は、続くステップ２１２で筒内吸入ガスと筒内に噴射される燃料とが完全燃焼すると仮定して求めた次の式（３）に従い、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕と、燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕とを用いてＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 （燃焼後に排出されると予測される排気ガス中の酸素濃度に等しい）を算出する。
【００５５】
【数３】

つまり、燃料ＣＨ2 １モルが完全燃焼すると想定した場合、１モルのＣＨ2 と３／２モルのＯ2 とが燃焼し、結果として１モルのＣＯ2 と１モルのＨ2 Ｏとが生成される（ＣＨ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ−３／２Ｏ2 ）。かかる場合、前記の式（３）において、右辺の分母は燃料が完全燃焼した際に排出される全ガス量に相当し、分子は燃料が完全燃焼した際に排出される全酸素量に相当する。従って、排気ガス中の全酸素量を全ガス量で除算することにより、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 が算出できる。このＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 は、前述したとおり、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 の算出等に用いられる。
【００５６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（ａ）本実施の形態では、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を制御要素とし、当該筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 がエンジン運転状態に応じた目標筒内吸入酸素量ＧＴＴになるよう、ＥＧＲ装置により還流される排気ガス量（ＥＧＲ弁３６の開度）を制御するようにした。この場合、アクセルペダル１５の踏み込み操作に伴う車両加速時には、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を増加させるべくＥＧＲガス量が抑えられ（ＥＧＲ弁３６が閉じられ）、新気吸入量の増量が促される。その結果、筒内への吸入酸素量が不足するといった不具合が解消され、理想燃焼が実現できると共に、スモークの発生量を許容範囲内に抑制することができる。また、かかる場合には加速性能が損なわれることもない。
【００５７】
（ｂ）本実施の形態のディーゼルエンジン２０はターボチャージャ１４を備えるため、車両加速時には同ターボチャージャ１４による過給遅れが生じ、これに起因して新気吸入量が減少する傾向を呈するが、その際にも過給遅れに対応させて新気吸入量を増量させることが可能となり、常に最適燃焼を実現することができる。
【００５８】
（ｃ）また、本実施の形態では、少なくともアクセル開度ＶＡ（燃料噴射量ＱＦ）に基づく加速要求から制御目標値としての目標筒内吸入酸素量ＧＴＴを決定するようにしたため、車両加速時に許容レベルを超えるスモークが発生するという不具合を確実に解消することができる。
【００５９】
（ｄ）さらに、本実施の形態では、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を随時算出すると共にＥＧＲガス酸素濃度メモリに記憶し、ＥＧＲ通路３５の長さに応じた還流遅れ時間だけ前に記憶されたＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 （酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍ）を用いてＥＧＲ制御を実施するようにした。この場合、ＥＧＲガスの還流遅れを考慮したＥＧＲ制御が可能となり、より一層正確なエンジン制御を実現することができる。
【００６０】
（ｅ）さらに、本実施の形態では、新気中の酸素量とＥＧＲガス中の酸素量との加算により筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出することとし、この際、新気吸入量ＧＡと当該新気中の酸素濃度（約２１％）との積から新気中の酸素量を算出すると共に、ＥＧＲガス量（ＧＴ−ＧＡ）と当該ＥＧＲガス中の酸素濃度ΨＥＯ2 との積からＥＧＲガス中の酸素量を算出するようにした（図５のステップ１６４，式（２））。従って、エンジン運転状態の過渡時においても、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を正確且つ容易に算出することができる。
【００６１】
（ｆ）また、上記筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 及びＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 の算出時には、モル換算を行って演算を行うようにした。そのため、上記筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 及びＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 をより一層正確に算出することができる。
【００６２】
（ｇ）本実施の形態では、新気温度センサ３１及びＥＧＲガス温度センサ４４を設け、筒内吸入ガス量ＧＴ’の算出に際しては（図５のステップ１６３）、前記両センサ３１，４４による検出値（新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥ）を用いる構成とした。この場合、新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥ自体は急激な時間変化をしないため、前記両センサ３１，４４には高感度な性能が要求されることはない。従って、システムを構築するにあたって高コスト化を回避することができる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図７〜図１１に従って説明する。但し、本実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
つまり、第２の実施の形態では制御要素となる物理量を、第１の実施の形態における「筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 」から、より直接的にＮＯｘ発生に結びつく「燃焼ガス熱容量ＣＴ」に変更し、制御精度向上を図る。なお、燃焼ガス熱容量ＣＴとは、筒内吸入ガスが燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量であって、一般には筒内吸入ガス量を筒内吸入酸素量で除算することにより概算できる。
【００６５】
図７，図８のフローチャートは、本実施の形態におけるＥＧＲ制御ルーチンを示す。さて、図７，８のルーチンがスタートすると、ＥＣＵ１０は、ステップ３１０でエンジン運転情報（ＶＡ，ＮＥ，ＧＡ，ＰＭ，ＴＡ，ＴＥ）を読み込み、ステップ３２０で燃料噴射量ＱＦを算出し、さらにステップ３３０で基本リフト指令値ＳＢＳを算出する（第１の実施の形態と同様）。
【００６６】
また、ＥＣＵ１０は、ステップ３４０で予め記憶された燃料噴射量ＱＦとエンジン回転数ＮＥとの２次元マップを用い、その時のＱＦ，ＮＥから目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴを算出する。ここで、目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴは、加速要求としてのアクセル開度ＶＡをも反映したマップ値として与えられる。
【００６７】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ３５０で当該ＥＣＵ１０内のＥＧＲガス濃度メモリよりＥＧＲガス酸素濃度（酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍ）とＥＧＲガス二酸化炭素濃度（二酸化炭素濃度メモリ値ΨＥＣＯ2 Ｍ）とを読み出す。かかる場合、ＥＧＲガス濃度メモリには、後述する手順で算出された各燃焼毎の排気ガス中の酸素濃度ΨＥＯ2 及び二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 が時系列に複数個記憶されている。
【００６８】
さらに、ＥＣＵ１０は、続くステップ３６０で燃料のストイキ燃焼を想定した燃焼モデルから燃焼ガス熱容量ＣＴを算出する。なお、燃焼ガス熱容量ＣＴの算出手順の詳細については、後述する。
【００６９】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ３７０で前記ステップ３６０の燃焼ガス熱容量ＣＴと、前記ステップ３４０の目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴとを用い、両者の差の絶対値（｜ＣＴ−ＣＴＴ｜）が所定の許容範囲内であるか否かを判別する。そして、｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許容範囲を超えるのであれば、ＥＣＵ１０はステップ３７０を否定判別してステップ３８０，３９０の処理を実施し、その処理後に図８のステップ４００に進む。また、｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許容範囲内であれば、ＥＣＵ１０はステップ３７０を肯定判別し、ステップ３８０，３９０をバイパスして直接図８のステップ４００に進む。
【００７０】
即ち、｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許容範囲を超える場合、ＥＣＵ１０はステップ３８０で燃焼ガス熱容量の偏差ΔＣＴ（＝ＣＴ−ＣＴＴ）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ３９０で上記燃焼ガス熱容量の偏差ΔＣＴに応じて例えばＰＩＤ制御手法に従ってＥＧＲ弁３６のリフト指令補正値ＳＫを算出する。
【００７１】
その後、図８のステップ４００に進むと、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁３６の最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。詳細には、前記ステップ３７０が肯定判別された場合には、リフト指令補正値ＳＫが算出されていないため、前記ステップ３３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳを最終リフト指令値ＳＥＤとする。また、ステップ３７０が否定判別された場合には、ＥＣＵ１０は前記ステップ３９０のリフト指令補正値ＳＫを前記ステップ３３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳに付加して、最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。
【００７２】
上記処理により、ＥＧＲ弁３６は最終リフト指令値ＳＥＤに応じて制御されることとなり、この場合、燃焼ガス熱容量ＣＴは常に目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴに一致するよう制御される。
【００７３】
最終リフト指令値ＳＥＤの算出後、ＥＣＵ１０は、ステップ４１０で燃焼後に排出される排気ガス中の酸素濃度及び二酸化炭素濃度を予測し、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 として算出する。なお、このＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 の算出手順は後述する。
【００７４】
最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ４２０で前記ステップ４１０で算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 をＥＧＲガス濃度メモリへ書き込む。このとき、時系列的なメモリ使用をしている場合には、メモリ中最も古い値を消去し、新しい値を含めメモリ位置を１つずつ移動記憶する。また、気筒列にメモリを使用している場合には、該当する気筒のメモリの値を新しい値に変更される。
【００７５】
一方、図９，図１０のフローチャートは、前記図７におけるステップ３６０の詳細な手順を示す燃焼ガス熱容量ＣＴの算出サブルーチンである。但し、ステップ３６１〜３６４は前記第１の実施の形態の図５のステップ１６１〜１６４と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。つまり、ステップ３６１〜３６４では、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入ガス量ＧＴ３００’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入酸素量ＧＴＯ’〔モル／ｃｙｌ〕が算出される。なお、本処理過程においても、各データの単位を〔ｇ／ｃｙｌ〕から以降の演算に都合のよい〔モル／ｃｙｌ〕に変換し、〔モル／ｃｙｌ〕の演算結果を用いて燃焼ガス熱容量ＣＴを算出するようにしている。
【００７６】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ３６５で筒内吸入二酸化炭素量がＥＧＲガス中の二酸化炭素量から求まる関係より導かれた次の式（４）に従い、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕と、ＥＧＲガスの二酸化炭素濃度メモリ値ΨＥＣＯ2 Ｍとを用いて筒内吸入二酸化炭素量ＧＴＣＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。
【００７７】
【数４】

また、ＥＣＵ１０は、ステップ３６６で筒内吸入窒素量が新気中の窒素量とＥＧＲガス中の窒素量との和から求まる関係より導かれた次の式（５）に従い、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕と、ＥＧＲガス中の窒素濃度（１−ΨＥＯ2 Ｍ−２・ΨＥＣＯ2 Ｍ）を用い、筒内吸入窒素量ＧＴＮ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。
【００７８】
【数５】

引き続いて、ＥＣＵ１０は、図１０のステップ３６７でＣＨ2 １モルと完全燃焼する酸素３／２モル当たりの筒内吸入ガスに着目し、完全燃焼後の燃焼ガスの組成が、窒素（３／２）・（ＧＴＮ2 ／ＧＴＯ2 ）モル、二酸化炭素及び水が各々、（３／２）・（ＧＴＣＯ2 ／ＧＴＯ2 ）＋１モルである関係より導かれた次の式（６）に従い、ＣＨ2 １モルとストイキ燃焼した燃焼ガスの熱容量Ｃ１を算出する。
【００７９】
【数６】

さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ３６８で酸素３／２モル当たりの筒内吸入ガスの組成が、酸素３／２モル、窒素（３／２）・（ＧＴＮ2 ／ＧＴＯ2 ）モル、二酸化炭素及び水が各々、（３／２）・（ＧＴＣＯ2 ／ＧＴＯ2 ）モルである関係より導かれた次の式（７）に従い、酸素３／２モル当たりの未燃焼ガスの熱容量Ｃ２を算出する。
【００８０】
【数７】

最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ３６９で筒内の燃焼が酸素の増加と共に燃焼速度を増し、その結果単位燃料が燃焼中に加熱するガスの量、つまり燃焼ガスの熱容量が減少する現象を考慮して求めた次の式（８）に従い、前記熱容量Ｃ１，Ｃ２を用いて燃焼ガス熱容量ＣＴを算出する。かかる式（８）によれば、ＣＨ2 １モルが燃焼した際に加熱する燃焼ガス熱容量ＣＴが導かれる。なお、ａ，ｂは、正の演算定数である。
【００８１】
【数８】

上記の式（８）によれば、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が少なくなるほど、燃焼ガス熱容量ＣＴは増加することとなる。従って、アクセルの踏み込み操作に伴う車両加速時には、燃焼ガス熱容量ＣＴは定常時よりも増加する傾向を呈することが分かる。しかし、本実施の形態の構成では、燃焼ガス熱容量ＣＴが目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴに一致するようＥＧＲ弁３６の開度が制御されるため、過度に燃焼ガス熱容量ＣＴが増加することはない。
【００８２】
さらに、図１１のフローチャートは、前記図８におけるステップ４１０の詳細な手順を示すＥＧＲガス濃度の算出サブルーチンであり、同ルーチンによれば、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＯ2 が算出される。なお、ステップ４１１，４１２では前記図６のステップ２１１，２１２で既述した通り、ＣＨ2 換算での燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕が算出されると共に、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 が算出される。
【００８３】
そして、ＥＣＵ１０は、ステップ４１３で筒内吸入ガスと筒内に噴射される燃料とが完全燃焼すると仮定し求めた次の式（９）に従い、筒内吸入二酸化炭素量ＧＴＣＯ2 と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕と、燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕とを用いてＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 （燃焼後に排出されると予測される排気ガス中の二酸化炭素に等しい）を算出する。
【００８４】
【数９】

つまり、上記の式（９）において、右辺の分母は燃料が完全燃焼した際に排出される全ガス量に相当し、分子は燃料が完全燃焼した際に排出される全二酸化炭素量に相当する。従って、排気ガス中の全二酸化炭素量を全ガス量で除算することにより、ＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 が算出できる。このＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 は、既述したとおりＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 と共に燃焼ガス熱容量ＣＴの算出等に用いられる。
【００８５】
以上本実施の形態によれば上記第１の実施の形態と同様に、ディーゼルエンジン２０を理想燃焼状態で運転させると共にスモーク発生量を低減することができ、本発明の目的を達成することができる。また、本実施の形態では、第１の実施の形態で既述した効果に加えて以下の効果を得ることができる。
【００８６】
（ａ）本実施の形態では、筒内吸入ガスが燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量（燃焼ガス熱容量ＣＴ）を筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に相関する制御要素とし、燃焼ガス熱容量ＣＴがエンジン運転状態に応じた目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴになるよう、ＥＧＲ装置により還流される排気ガス量（ＥＧＲ開度）を制御するようにした。この場合、燃焼ガス熱容量ＣＴはＮＯｘの発生に直接的に結びつく要因であるため、この熱容量ＣＴを制御要素としてそれを目標値に一致させるよう制御することにより、ＮＯｘの発生をより精密に制御することができ、ひいてはエンジンを理想燃焼状態で運転させると共に、スモーク発生量を低減することができることとなる。
【００８７】
特に、本実施の形態のエンジンはターボチャージャ１４を備えるため、車両加速時には過給遅れにより吸気管圧力が定常時よりも低下してＥＧＲ率が上昇し、燃焼温度が低下する。これは、ＮＯｘを過度に減少させると共に、スモークの増大の原因となる。しかし、本実施の形態のように、ＮＯｘの生成に直接的に関連する燃焼ガス熱容量ＣＴを制御要素とすることにより、ＮＯｘ及びスモークを共に低減させることのできる”適合点”近傍での制御が可能となり、ＮＯｘの低減並びにスモークの低減を両立できる。
【００８８】
（ｂ）また、本実施の形態では、単位質量の燃料がストイキ燃焼した結果生じる燃焼ガスの熱容量（図１０、ステップ３６７の熱容量Ｃ１）と、単位質量の燃料がストイキ燃焼する前の未燃ガス状態での熱容量（図１０、ステップ３６８の熱容量Ｃ２）に筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が増加するほど減少する傾向を有する係数（図１０、ステップ３６９の係数ａ，ｂ）を乗じて得られる熱容量とを加算して、燃焼ガス熱容量ＣＴを算出するようにした（前記式（８））。その結果、燃焼速度を考慮した燃焼ガス熱容量ＣＴを算出することができ、当該熱容量ＣＴを正確に推定して高精度なＥＧＲ制御を実施することができる。
【００８９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明における第３の実施の形態を図１２及び図１３を用いて説明する。本実施の形態の電子制御システムでは、ディーゼルエンジン２０に供給される燃料量を制御要素とし、当該燃料量を目標値に制御することを要旨とする。
【００９０】
図１２は本実施の形態の制御動作を示すタイムチャートであり、先ずは同タイムチャートを用いて本実施の形態の概要を説明する。図１２において、時間ｔ１１以前は定常運転状態の期間を示し、時間ｔ１１〜ｔ１２はドライバによるアクセル操作に伴う加速期間を示す。
【００９１】
さて、時間ｔ１１でアクセルペダル１５が踏み込み操作されて加速が開始されると、それに伴って燃料噴射量ＱＦが増大すると共にエンジン回転数ＮＥが上昇する。なお、アクセル操作に応じてエンジン回転数ＮＥが変動する期間は、実際にはアクセル操作期間よりも幾分遅れるものであるが、便宜上、図１２ではアクセル操作期間（時間ｔ１１〜ｔ１２）とエンジン回転数ＮＥの変動期間とを同一にして示す。
【００９２】
また、時間ｔ１１〜ｔ１２の加速期間では、アクセル操作に伴い吸気管圧力ＰＭが上昇し始める。このとき、ＥＧＲ弁３６の作動遅れやターボチャージャ１４の過給遅れ（ターボラグ）により吸気管圧力ＰＭの上昇が緩慢になり、それにより筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が目標値に対して不足するという事態を招く。その結果、図中に破線で示すようにスモーク発生量が許容レベル（２５％）を超えてしまう（図の斜線部分）。
【００９３】
これに対して、本実施の形態では、アクセル操作に伴う燃料噴射量ＱＦの増加時において、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に応じた最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦが設定され、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が不足した場合において燃料噴射量ＱＦの上限が制限される。具体的には、図の時間ｔａ〜ｔｂの期間において、燃料噴射量ＱＦの増量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦにて制限されている。このとき、スモークの発生量が許容範囲（例えば２５％以下）に維持される。
【００９４】
図１３のフローチャートは、上記動作を実現するためにＥＣＵ１０により実行される燃料噴射量制御ルーチンを示す。なお、同フローは各気筒の燃料噴射毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００９５】
さて、図１３のルーチンがスタートすると、ＥＣＵ１０は、ステップ５１０でアクセル開度ＶＡ，エンジン回転数ＮＥ，新気吸入量ＧＡ，吸気管圧力ＰＭ，新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを読み込む。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ５２０で予め記憶されているアクセル開度ＶＡとエンジン回転数ＮＥとの２次元マップを用い、その時のＶＡ，ＮＥから基本燃料噴射量ＱＢＦを算出する。
【００９６】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ５３０でＥＧＲガス酸素濃度メモリより酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍを読み出す。このとき、ＥＧＲガス酸素濃度メモリには、各燃焼毎の排気ガス中の酸素濃度が時系列に複数個記憶されており、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路３５を還流する際の還流遅れ時間を考慮して、還流遅れ時間前に該ＥＧＲガス酸素濃度メモリに書き込んだＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 が現時点の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとして読み出される（第１の実施の形態と同様）。
【００９７】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ５４０で筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。ここで、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 の算出には、前記第１の実施の形態で既述した図５のサブルーチンを用いればよい。
【００９８】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ５５０で予め記憶されたエンジン回転数ＮＥと筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 との２次元マップを用い、その時のＮＥ，ＧＴＯ2 から最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦを算出する。この場合、最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦ（マップ値）は、スモーク発生量が許容範囲（２５％）を超えないよう筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に応じて設定される。
【００９９】
さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ５６０で上記ステップ５２０，５５０で算出した基本燃料噴射量ＱＢＦ，最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦの大小を比較し、そのうち小さい方の値を最終燃料噴射量ＱＦとして決定する。こうして前記図１２の時間ｔａ〜ｔｂの期間においては、最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦがその時の最終燃料噴射量ＱＦとして使用されることとなる。
【０１００】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ５７０，５８０でＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を算出すると共に、該算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を時系列的にＥＧＲガス酸素濃度メモリに記憶する。なお、ステップ５７０，５８０の処理は、第１の実施の形態における図４のステップ２１０，２２０の処理（並びに図６のサブルーチン）に準ずるものである。
【０１０１】
以上本実施の形態によれば上記第１，第２の実施の形態と同様に、ディーゼルエンジン２０を理想燃焼状態で運転させると共にスモーク発生量を低減することができ、本発明の目的を達成することができる。また、本実施の形態では、第１，第２の実施の形態で既述した効果に加えて以下の効果を得ることができる。
【０１０２】
つまり、本実施の形態では、ディーゼルエンジン２０に供給される燃料量を制御要素とし、該エンジン２０への筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に基づいて最大燃料供給量ＱＭＡＸＦを算出するようにした。そして、最大燃料供給量ＱＭＡＸＦを超えない範囲でエンジン２０に供給される燃料量を制御するようにした。かかる場合、スモークを発生させないための最大燃料供給量ＱＭＡＸＦ（ガード値）が筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に基づいて設定されるため、燃料供給量の過不足を招くことはなく、スモークを低レベルに保つと共に加速性能を維持することができる。
【０１０３】
なお、本発明は、上記各実施の形態の他に次の形態にて実現できる。
（１）上記各実施の形態では、新気温度センサ３１及びＥＧＲガス温度センサ４４を設け、各センサ３１，４４により検出された新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを用いて筒内吸入ガス量ＧＴ’を算出していたが（図５のステップ１６３，図９のステップ３６３）、これを変更してもよい。例えば前記新気温度センサ３１及びＥＧＲガス温度センサ４４に代えて、筒内吸入ガス温度を直接検出するための筒内吸入ガス温度センサを設ける。この場合、筒内吸入ガス温度センサは吸気管２２のＥＧＲ通路３５取付け部よりも下流側に設けられ、ＥＣＵ１０は同センサの検出信号に基づいて筒内吸入ガス温度ＴＴを算出する。かかる構成では、筒内吸入ガス温度ＴＴが直接検出できるため、前記筒内吸入ガス量ＧＴ’を算出するための前記式（１）が次の式（１０）のように変更される。
【０１０４】
【数１０】

つまり、前記図５のステップ１６３，図９のステップ３６３においては、上記の式（１０）を用いて筒内吸入ガス量ＧＴ’が算出されることとなる。なお、ＥＧＲ弁３６の開度が急激に変化すると筒内吸入ガス温度も急激に変化するため、上記筒内吸入ガス温度センサには前記新気温度センサ３１及びＥＧＲガス温度センサ４４よりも高い応答性が要求される。
【０１０５】
（２）上記第１，第２実施の形態では、ＥＧＲ弁３６の開度を調整することにより筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 或いは燃焼ガス熱容量ＣＴを目標値に制御していたが、これを変更してもよい。例えば、吸気絞り弁１６の開度を調整することにより筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 或いは燃焼ガス熱容量ＣＴを目標値に制御するようにしてもよい。かかる場合、アクセルの踏み込み操作に伴う車両加速時には、吸気絞り弁１６が開側に制御され、新気吸入量の増量が促される。その結果、筒内吸入酸素量が増加する。従って、本構成においても、理想燃焼を実現して本発明の目的を達成することができる。
【０１０６】
（３）上記各実施の形態では、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ，ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 ，ＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 ，燃焼ガス熱容量ＣＴを上述した図５，図６，図９〜図１１の手順により算出する旨を記載したが、これらの算出手順は既述したものに限定されず他に変更してもよい。例えば上記算出手順で行ったモル換算を簡略化したり、上記要素を直接的に計測可能なセンサ類をエンジン制御システムに設けるようにしてもよい。
【０１０７】
（４）上記第３の実施の形態を次のように変更して具体化してもよい。即ち、車両の走行状態に対応させてスモーク発生量の許容レベルを可変に設定すると共に、当該許容レベルに応じて燃料噴射量ＱＦの目標値を設定する。なお、スモーク発生量は筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に相関している。
【０１０８】
このとき、例えば通常走行時であれば、スモークの許容レベルを５〜１０％程度とし、その許容レベルに相応する目標燃料噴射量を設定する。また、車両加速時であれば、スモークの許容レベルを２５％とし、その許容レベルに相応する目標燃料噴射量を設定する。そして、その時々の燃料噴射量ＱＦが目標燃料噴射量になるように制御を実施する。かかる場合、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に基づいた燃料噴射量制御が実現でき、結果として、スモーク発生量をその時の許容レベルに抑えることができる。
【０１０９】
（５）上記実施の形態では、過給機（ターボチャージャ）を備えたエンジン制御システムに本発明を具体化したが、過給機を備えない本発明を適用することもできる。この場合、過給遅れ（ターボラグ）に起因して筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が不足することはないが、ＥＧＲ装置の応答遅れやＥＧＲ通路のＥＧＲガス還流遅れに起因して筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が不足するおそれがあるため、本構成においてもエンジンを理想燃焼状態で運転させ、且つスモーク発生量を低減するという効果を得ることができる。
【０１１０】
（６）ＥＧＲ装置の構成を変更してもよい。例えばスロットルボディ負圧により排気ガスを還流させるＥＧＲ通路を設けると共に、当該ＥＧＲ通路の途中に電磁式ＥＧＲ弁を設ける。そして、電磁式ＥＧＲ弁をエンジン運転状態に応じて制御するようにしてもよい。要は、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 がフィードバック制御できる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概要を示す構成図。
【図２】第１の実施の形態の作用を説明するためのタイムチャート。
【図３】第１の実施の形態におけるＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】図３に続き、ＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】筒内吸入酸素量算出サブルーチンを示すフローチャート。
【図６】ＥＧＲガス酸素濃度算出サブルーチンを示すフローチャート。
【図７】第２の実施の形態におけるＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】図７に続き、ＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】燃焼ガス熱容量算出サブルーチンを示すフローチャート。
【図１０】図９に続き、燃焼ガス熱容量算出サブルーチンを示すフローチャート。
【図１１】ＥＧＲガス濃度算出サブルーチンを示すフローチャート。
【図１２】第３の実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図１３】第３の実施の形態における燃料噴射量制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…ＥＣＵ、１４…ターボチャージャ、１５…アクセルペダル、１６…吸気絞り弁、２０…ディーゼルエンジン、３５…ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）を構成するＥＧＲ通路、３６…ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁、４２…ＥＧＲ装置を構成する負圧制御弁。

Claims (3)

1. 排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循環装置を備えたディーゼルエンジンの制御装置において、
   前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガス還流量、前記ディーゼルエンジンの筒内に吸入される総吸入空気量、及び前記ディーゼルエンジンに吸入される新気量のうちの少なくとも２つと、前記ディーゼルエンジンに供給される燃料量を基に算出される筒内吸入酸素量と、筒内吸入ガスと燃料とが燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量と、を少なくとも制御要素とし、
   前記燃焼ガスの熱容量がエンジン運転状態に応じた目標値になるよう、前記排気ガス再循環装置により還流される排気ガス量を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
   前記燃焼ガスの熱容量は、単位質量の燃料と理論空燃比で燃焼する吸入ガスが燃焼した結果生じる燃焼ガスの熱容量と、単位質量の燃料と理論空燃比で燃焼する吸入ガスが燃焼する前の未燃ガス状態での熱容量に吸入酸素量が増加するほど減少する傾向を有する係数を乗じて得られる付加的な熱容量とを加算して求められるものであるディーゼルエンジンの制御装置。
3. 排気ガス中の酸素濃度を随時記憶し、
   前記排気ガス再還流装置の排気ガス通路の長さに応じた還流遅れ時間だけ前に記憶された前記排気ガス中の酸素濃度を用いてエンジン制御を実施する請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。

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