JP5221645B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気再循環装置に関する。
内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを排気再循環通路を介して吸気通路に導入することによって燃焼室に排気ガスを再循環させる排気再循環装置が米国特許出願公開第２００９／０１３２５３号明細書に開示されている。排気ガス中には二酸化炭素といった不活性ガスが多く含まれていることから、排気ガスが燃焼室に再循環されることによって燃焼室における燃料の燃焼温度が低下せしめられる。このため、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生が抑制される。
また、上記米国特許出願公開明細書には、過給機のタービンの上流側の排気通路から過給機のコンプレッサの下流側の吸気通路に排気ガスを導入する排気再循環通路（以下この通路を「上流側排気再循環通路」という）と、過給機のタービンの下流側の排気通路から過給機のコンプレッサの上流側の吸気通路に排気ガスを導入する排気再循環通路（以下この通路を「下流側排気再循環通路」という）とを備えた排気再循環装置が開示されている。
そして、上記米国特許出願公開明細書には、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性との違いは明確には記載されていないが、一般的には、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの圧力は比較的高く且つその温度も比較的高く、一方、下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの圧力は比較的低く且つその温度も比較的低いと言える。
上記米国特許出願公開明細書に開示されている排気再循環装置では、このように上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性とが異なることを前提として燃費の向上や排気エミッションの低減などの事項を考慮し、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合が制御される。
ところで、上述したように、燃焼室における燃料の燃焼温度が低くなれば、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生が抑制される。そこで、窒素酸化物の発生量が許容される量に抑制される燃焼室内の温度（以下この温度を「筒内温度」という）を基準筒内温度として設定し、筒内温度が基準筒内温度よりも低い温度になるように上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合を制御する内燃機関の排気再循環装置が知られている。
ところで、上述したように、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生を抑制するために筒内温度を基準筒内温度よりも低い温度に制御する場合に利用される筒内温度は燃料燃焼時の燃焼室内の各領域の温度が平均された温度である。したがって、燃料燃焼時に燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度であっても残りの領域の温度が比較的低い温度であれば、筒内温度は比較的低い温度として認識される。このため、筒内温度が上記基準筒内温度よりも低い温度に制御されている場合であっても、燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度になっていることがある。そして、本願の発明者らの研究により、筒内温度よりも燃焼室内の局所的な温度のほうが燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生に深く関係があることが判明した。すなわち、筒内温度が上記基準筒内温度よりも低い温度に制御されている場合であっても、燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度になっていると、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生量が許容される量に抑制されないことがあることが判明した。
また、上記米国特許出願公開明細書には、過給機のタービンの上流側の排気通路から過給機のコンプレッサの下流側の吸気通路に排気ガスを導入する排気再循環通路（以下この通路を「上流側排気再循環通路」という）と、過給機のタービンの下流側の排気通路から過給機のコンプレッサの上流側の吸気通路に排気ガスを導入する排気再循環通路（以下この通路を「下流側排気再循環通路」という）とを備えた排気再循環装置が開示されている。
そして、上記米国特許出願公開明細書には、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性との違いは明確には記載されていないが、一般的には、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの圧力は比較的高く且つその温度も比較的高く、一方、下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの圧力は比較的低く且つその温度も比較的低いと言える。
上記米国特許出願公開明細書に開示されている排気再循環装置では、このように上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの特性とが異なることを前提として燃費の向上や排気エミッションの低減などの事項を考慮し、上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合が制御される。
ところで、上述したように、燃焼室における燃料の燃焼温度が低くなれば、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生が抑制される。そこで、窒素酸化物の発生量が許容される量に抑制される燃焼室内の温度（以下この温度を「筒内温度」という）を基準筒内温度として設定し、筒内温度が基準筒内温度よりも低い温度になるように上流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と下流側排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合を制御する内燃機関の排気再循環装置が知られている。
ところで、上述したように、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生を抑制するために筒内温度を基準筒内温度よりも低い温度に制御する場合に利用される筒内温度は燃料燃焼時の燃焼室内の各領域の温度が平均された温度である。したがって、燃料燃焼時に燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度であっても残りの領域の温度が比較的低い温度であれば、筒内温度は比較的低い温度として認識される。このため、筒内温度が上記基準筒内温度よりも低い温度に制御されている場合であっても、燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度になっていることがある。そして、本願の発明者らの研究により、筒内温度よりも燃焼室内の局所的な温度のほうが燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生に深く関係があることが判明した。すなわち、筒内温度が上記基準筒内温度よりも低い温度に制御されている場合であっても、燃焼室内の一部領域の温度が非常に高い温度になっていると、燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生量が許容される量に抑制されないことがあることが判明した。
これら事情に鑑み、本発明の目的は燃焼室における燃料の燃焼に伴う窒素酸化物の発生量をより確実に許容される量に抑制することにある。
この目的を達成するために、本願の１番目の発明の内燃機関の排気再循環装置は、排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備する。そして、本発明では、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第１目標排気ガス再循環量に制御されると共に、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第２目標排気ガス再循環量に制御される。ここで、本発明では、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記第１目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第１基準排気ガス再循環量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第２基準排気ガス再循環量に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、火炎温度を即座に低下させる必要はないと判断され、基準となる排気ガス再循環量がそのまま目標とすべき排気ガス再循環量とされる。一方、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が前記第１基準排気ガス再循環量に設定され或いは前記第１基準排気ガス再循環量よりも少ない量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が前記基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、火炎温度を即座に低下させる必要があると判断され、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに最終的に目標とされる第２排気ガス再循環量よりも多い量が第２目標排気ガス再循環量に設定される。
これによれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くなる。したがって、相対的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下する。ここで、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入された排気ガスよりも、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入された排気ガスのほうがより早く燃焼室に送達する。したがって、第１排気再循環通路を介して導入される排気ガスの量を多くした場合よりも、第２排気再循環通路を介して導入される排気ガスの量を多くした場合のほうが排気ガスの量を多くした効果がより早く燃焼室に反映され、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がより早く低下する。ここで、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度は火炎温度に大きく関係している。したがって、火炎温度を低下させようとする場合、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させることが効果的であり、酸素濃度をより早く低下させることができればなお好ましい。
こうした事情に鑑みると、本発明では、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとしたとき、該酸素濃度に対する影響がより早く反映される第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くされる。このため、本発明によれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の２番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を火炎温度を低くすることができる酸素濃度にすることができる量に設定される。すなわち、本発明では、１番目の発明において火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第２目標排気ガス再循環量が基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される場合、第２目標排気ガス再循環量が燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を火炎温度を低くすることができる酸素濃度にすることができる量に設定される。
これによれば、火炎温度に大きく関係している燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が考慮された第２目標排気ガス再循環量が設定される。このため、本発明によれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより確実に低下せしめられることになる。
また、本願の３番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１または２番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量に設定される。すなわち、本発明では、１または２番目の発明において燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第２目標排気ガス再循環量が基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される場合、第２目標排気ガス再循環量が火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量に設定される。すなわち、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を大きく低下させる必要がある。ここで、本発明によれば、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、その差が大きいほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が大きく低下せしめられる。このため、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の４番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が零に設定される。これによれば、第１目標排気ガス再循環量が零ではない場合に比べて、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定することができる。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとした場合、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定することができれば、火炎温度をより早く低下させることができる。一方、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定した結果、燃焼室に吸入されるガス中の排気ガスの量が過剰に多くなってしまうと、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響が及ぶ可能性がある。しかしながら、本発明によれば、第１目標排気ガス再循環量が零とされるので、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響を及ぼすことなく、第２目標排気ガス再循環量を多い量に設定する自由度が大きくなる。
また、本願の５番目の発明の内燃機関の排気再循環装置は、排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備する。そして、本発明は、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合が予め定められた目標排気ガス再循環割合に制御される。ここで、本発明では、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記目標排気ガス再循環割合が内燃機関の運転状態に応じて設定される基準排気ガス再循環割合に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、火炎温度を即座に低下させる必要はないと判断され、基準となる排気ガス再循環割合がそのまま目標とすべき排気ガス再循環割合とされる。一方、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が前記基準排気ガス再循環割合を達成することができる量よりも多くなるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、火炎温度を即座に低下させる必要があると判断され、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに最終的に目標とされる排気ガス再循環割合を達成することができる量よりも多くなるように補正された基準排気ガス再循環割合が目標排気ガス再循環割合に設定される。
これによれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くなる。したがって、本発明によれば、１番目の発明に関連して説明した理由と同じ理由から、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の６番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、５番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、本発明では、５または６番目の発明において火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに補正された基準排気ガス再循環割合に目標排気ガス再循環割合が設定される場合、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいほど多くなるように補正された基準排気ガス再循環割合に目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を大きく低下させる必要がある。ここで、本発明によれば、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、その差が大きいほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が大きく低下せしめられる。このため、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の７番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、５または６番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。これによれば、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零ではない場合に比べて、第２排気再循環を介して吸気通路に導入される排気ガスの量がより多い量になるように基準排気ガス再循環割合を補正することができる。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとした場合、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量をより多くすることができれば、火炎温度をより早く低下させることができる。一方、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量をより多くした結果、燃焼室に吸入されるガス中の排気ガスの量が過剰に多くなってしまうと、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響が及ぶ可能性がある。しかしながら、本発明によれば、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零とされるので、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響を及ぼすことなく、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量を多くするように基準排気ガス再循環割合を補正する自由度が大きくなる。
この目的を達成するために、本願の１番目の発明の内燃機関の排気再循環装置は、排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備する。そして、本発明では、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第１目標排気ガス再循環量に制御されると共に、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第２目標排気ガス再循環量に制御される。ここで、本発明では、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記第１目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第１基準排気ガス再循環量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第２基準排気ガス再循環量に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、火炎温度を即座に低下させる必要はないと判断され、基準となる排気ガス再循環量がそのまま目標とすべき排気ガス再循環量とされる。一方、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が前記第１基準排気ガス再循環量に設定され或いは前記第１基準排気ガス再循環量よりも少ない量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が前記基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、火炎温度を即座に低下させる必要があると判断され、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに最終的に目標とされる第２排気ガス再循環量よりも多い量が第２目標排気ガス再循環量に設定される。
これによれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くなる。したがって、相対的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下する。ここで、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入された排気ガスよりも、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入された排気ガスのほうがより早く燃焼室に送達する。したがって、第１排気再循環通路を介して導入される排気ガスの量を多くした場合よりも、第２排気再循環通路を介して導入される排気ガスの量を多くした場合のほうが排気ガスの量を多くした効果がより早く燃焼室に反映され、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がより早く低下する。ここで、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度は火炎温度に大きく関係している。したがって、火炎温度を低下させようとする場合、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させることが効果的であり、酸素濃度をより早く低下させることができればなお好ましい。
こうした事情に鑑みると、本発明では、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとしたとき、該酸素濃度に対する影響がより早く反映される第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くされる。このため、本発明によれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の２番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を火炎温度を低くすることができる酸素濃度にすることができる量に設定される。すなわち、本発明では、１番目の発明において火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第２目標排気ガス再循環量が基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される場合、第２目標排気ガス再循環量が燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を火炎温度を低くすることができる酸素濃度にすることができる量に設定される。
これによれば、火炎温度に大きく関係している燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が考慮された第２目標排気ガス再循環量が設定される。このため、本発明によれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより確実に低下せしめられることになる。
また、本願の３番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１または２番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量に設定される。すなわち、本発明では、１または２番目の発明において燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第２目標排気ガス再循環量が基準第２排気ガス再循環量よりも多い量に設定される場合、第２目標排気ガス再循環量が火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量に設定される。すなわち、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を大きく低下させる必要がある。ここで、本発明によれば、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、その差が大きいほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が大きく低下せしめられる。このため、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の４番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が零に設定される。これによれば、第１目標排気ガス再循環量が零ではない場合に比べて、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定することができる。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとした場合、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定することができれば、火炎温度をより早く低下させることができる。一方、第２目標排気ガス再循環量をより多い量に設定した結果、燃焼室に吸入されるガス中の排気ガスの量が過剰に多くなってしまうと、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響が及ぶ可能性がある。しかしながら、本発明によれば、第１目標排気ガス再循環量が零とされるので、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響を及ぼすことなく、第２目標排気ガス再循環量を多い量に設定する自由度が大きくなる。
また、本願の５番目の発明の内燃機関の排気再循環装置は、排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備する。そして、本発明は、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合が予め定められた目標排気ガス再循環割合に制御される。ここで、本発明では、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記目標排気ガス再循環割合が内燃機関の運転状態に応じて設定される基準排気ガス再循環割合に設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、火炎温度を即座に低下させる必要はないと判断され、基準となる排気ガス再循環割合がそのまま目標とすべき排気ガス再循環割合とされる。一方、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が前記基準排気ガス再循環割合を達成することができる量よりも多くなるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、火炎温度を即座に低下させる必要があると判断され、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに最終的に目標とされる排気ガス再循環割合を達成することができる量よりも多くなるように補正された基準排気ガス再循環割合が目標排気ガス再循環割合に設定される。
これによれば、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が多くなる。したがって、本発明によれば、１番目の発明に関連して説明した理由と同じ理由から、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の６番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、５番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、本発明では、５または６番目の発明において火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに補正された基準排気ガス再循環割合に目標排気ガス再循環割合が設定される場合、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいほど多くなるように補正された基準排気ガス再循環割合に目標排気ガス再循環割合が設定される。すなわち、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を大きく低下させる必要がある。ここで、本発明によれば、火炎温度と許容上限火炎温度との差が大きいときには、その差が大きいほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が大きく低下せしめられる。このため、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、火炎温度がより早く低下せしめられることになる。
また、本願の７番目の発明の内燃機関の排気再循環装置では、５または６番目の発明において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される。これによれば、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零ではない場合に比べて、第２排気再循環を介して吸気通路に導入される排気ガスの量がより多い量になるように基準排気ガス再循環割合を補正することができる。すなわち、火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させようとした場合、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量をより多くすることができれば、火炎温度をより早く低下させることができる。一方、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量をより多くした結果、燃焼室に吸入されるガス中の排気ガスの量が過剰に多くなってしまうと、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響が及ぶ可能性がある。しかしながら、本発明によれば、第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零とされるので、燃焼室における燃料の燃焼に悪影響を及ぼすことなく、第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量を多くするように基準排気ガス再循環割合を補正する自由度が大きくなる。
図１は本発明の排気再循環装置が適用された内燃機関の全体図である。
図２は第１実施形態において基準ＥＧＲ率を決定するために利用されるマップを示した図である。
図３は第１実施形態において基準ＥＧＲガス割合を決定するために利用されるマップを示した図である。
図４は第１実施形態において基準酸素濃度を決定するために利用されるマップを示した図である。
図５は第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図６は第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図７は第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図８は第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図９は第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図２は第１実施形態において基準ＥＧＲ率を決定するために利用されるマップを示した図である。
図３は第１実施形態において基準ＥＧＲガス割合を決定するために利用されるマップを示した図である。
図４は第１実施形態において基準酸素濃度を決定するために利用されるマップを示した図である。
図５は第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図６は第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図７は第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図８は第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図９は第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。
図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の排気再循環装置が適用された圧縮自着火式の内燃機関の全体図である。
図１に示されているように、内燃機関１０は機関本体２０を有する。機関本体２０内には、４つの燃焼室２１が形成されている。各燃焼室２１には、該燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２２が配置されている。各燃料噴射弁２２には、燃料ポンプ２３から燃料通路２４を介して燃料が供給される。
また、機関本体２０には、吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０は、各燃焼室２１に連通する吸気ポートに接続される吸気枝管３１と、該吸気枝管３１に接続される吸気管３２とを有する。吸気枝管３１には、該吸気枝管３１内のガスの温度、すなわち、各燃焼室２１に吸入されるガス（以下このガスを「吸気ガス」という）の温度を検出するセンサ（以下このセンサを「吸気温度センサ」という）７０が取り付けられている。また、吸気管３２には、上流側から順に、エアクリーナ３３、吸気管３２内を流れる空気の量を検出するエアフローメータ７１、吸気管３２内を流れるガスを冷却するインタークーラ３４、吸気管３２内を流れるガスの量を制御するスロットル弁３５が配置されている。スロットル弁３５には、該スロットル弁３５を駆動するアクチュエータ３５ａが取り付けられている。
また、機関本体２０には、排気通路４０が接続されている。排気通路４０は、各燃焼室２１に連通する排気ポートに接続される排気枝管４１と、該排気枝管に接続される排気管４２とを有する。排気管４２には、排気ガス中の特定の成分、例えば、窒素酸化物や炭化水素を浄化する触媒４３ａを備えた触媒コンバータ４３が配置されている。
ところで、内燃機関１０は過給機３５を有する。過給機３５のコンプレッサ３５ａは吸気通路３０に配置され、詳細には、インタークーラ３４よりも上流であってエアフローメータ７１よりも下流の吸気管３２に配置されている。一方、過給機３５の排気タービン３５ｂは排気通路４０に配置され、詳細には、触媒コンバータ４３よりも上流の排気管４２に配置されている。排気タービン３５ｂは燃焼室２１から排出される排気ガスによって回転せしめられ、これによって、コンプレッサ３５ａが回転せしめられる。
ところで、内燃機関１０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続して燃焼室２１から排出された排気ガスを排気通路４０から吸気通路３０に導入する排気再循環通路（以下この排気再循環通路を「第１ＥＧＲ通路」という）５０を有する。詳細には、第１ＥＧＲ通路５０は、排気タービン３５ｂよりも下流であって且つ触媒コンバータ４３よりも下流の排気管４２と、コンプレッサ３５ａよりも上流であって且つエアフローメータ７１よりも下流の吸気管３２とを接続している。第１ＥＧＲ通路５０には、該第１ＥＧＲ通路５０を通って流れる排気ガスの量、すなわち、該第１ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量を制御する制御弁（以下この制御弁を「第１ＥＧＲ制御弁」という）５１が配置されている。さらに、第１ＥＧＲ通路５０には、該第１ＥＧＲ通路５０を通って流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５２が配置されている。
さらに、内燃機関１０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続して燃焼室２１から排出された排気ガスを排気通路４０から吸気通路３０に導入する排気再循環通路（以下この排気再循環通路を「第２ＥＧＲ通路」という）５５を有する。詳細には、第２ＥＧＲ通路５５は、排気タービン３５ｂよりも上流の排気枝管４１と、コンプレッサ３５ａよりも下流であって且つスロットル弁３５ａよりも下流の吸気枝管３１とを接続している。第２ＥＧＲ通路５５には、該第２ＥＧＲ通路５５を通って流れる排気ガスの量、すなわち、該第２ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量を制御する制御弁（以下この制御弁を「第２ＥＧＲ制御弁」という）５６が配置されている。さらに、第２ＥＧＲ通路５５には、該第２ＥＧＲ通路５５を通って流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５７が配置されている。
また、内燃機関１０はクランクシャフトの位相角を検出するクランクシャフトセンサ７２と、アクセルペダルＡＰの踏込量を検出するアクセル開度センサ７３と、電気制御装置（ＥＣＵ）６０とを有する。クランクポジションセンサ７２はクランクシャフトが１０°回転する毎に幅狭のパルス信号を発生すると共にクランクシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルス信号を発生する。クランクポジションセンサ７２が発生するパルス信号に基づいて内燃機関の回転数（以下この回転数を「機関回転数」という）が算出される。
電気制御装置（ＥＣＵ）６０はマイクロコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６１と、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３と、バックアップＲＡＭ６４と、ＡＤ変換器を含むインターフェース６５とを有する。インターフェース６５は燃料噴射弁２２、スロットル弁３５用のアクチュエータ３５ａ、第１ＥＧＲ制御弁５１、および、第２ＥＧＲ制御弁５６に接続されている。また、吸気温度センサ７０、エアフローメータ７１、クランクポジションセンサ７２、および、アクセル開度センサ７３もインターフェース６５に接続されている。
ところで、上述したように、本実施形態（以下「第１実施形態」という）では、第１ＥＧＲ通路５０または第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に排気ガスを導入することによって排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができる。第１実施形態では、燃焼室２１に吸入されるガス、すなわち、空気と排気ガスとのトータルの量に対する燃焼室２１に吸入される排気ガスの量の割合（以下この割合を「ＥＧＲ率」という）を以下のように制御する。
すなわち、第１実施形態では、機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲ率（この最適なＥＧＲ率に関する詳細は後述する）が実験等によって予め求められ、このＥＧＲ率が図２に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準ＥＧＲ率ＲｅｇｒｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、内燃機関の運転中、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれ、この基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。そして、この目標ＥＧＲ率を達成することができる量の排気ガスが排気通路４０から吸気通路３０に導入されるように、第１ＥＧＲ通路５０または第２ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量が第１ＥＧＲ制御弁５１または第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
ところで、上述したように、図２のマップに規定されている基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂは機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲ率である。この最適なＥＧＲ率は以下の条件を満たすＥＧＲ率である。すなわち、ＥＧＲ率が大きくなるほど、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多くなり、燃焼室２１に吸入される空気の量が少なくなる。ここで、燃焼室２１における燃料の燃焼（以下単に「燃料の燃焼」という）に伴って生成される窒素酸化物の量（以下この量を「ＮＯｘ生成量」という）を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多いほど好ましい。すなわち、排気ガスには二酸化炭素のような不活性ガスが含まれており、この不活性ガスは燃焼室２１における燃料の燃焼温度（以下単に「燃料の燃焼温度」という）を低下させる。そして、これによれば、ＮＯｘ生成量が少なくなる。こうした理由から、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多いほど、すなわち、ＥＧＲ率が大きいほど好ましいのである。一方、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させるという観点では、燃焼室２１に吸入される空気の量が多いほど、すなわち、ＥＧＲ率が小さいほど好ましい。
こうした事情に鑑みると、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させることができる量の空気を燃焼室２１に吸入させると共にＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲ率が最適なＥＧＲ率であると言える。そして、こうした最適なＥＧＲ率は機関回転数と機関負荷とに応じて異なる。そこで、図２のマップに規定されている基準ＥＧＲ率は、機関回転数と機関負荷とに応じて、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させることができる量の空気を燃焼室２１に吸入させると共にＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲ率である。
なお、機関回転数が高いほど或いは機関負荷が高いほど、燃料を十分に燃焼させるために必要な空気の量が多くなる傾向にある。こうした理由から、第１実施形態では、機関負荷が同じであれば機関回転数が高くなるほど基準ＥＧＲ率が小さくなる傾向にあり、機関回転数が同じであれば機関負荷が高くなるほど基準ＥＧＲ率が小さくなる傾向にある。
ところで、第１実施形態では、第１ＥＧＲ通路５０および第２ＥＧＲ通路５５のいずれの通路を介しても排気通路４０から吸気通路３０に排気ガスを導入することができる。第１実施形態では、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入される排気ガスの量（以下この量を「第１ＥＧＲガス量」という）と第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入される排気ガスの量（以下この量を「第２ＥＧＲガス量」という）との総量、すなわち、吸気通路３０に導入される排気ガスのトータルの量に対する第１ＥＧＲガス量の割合（以下この割合を「ＥＧＲガス割合」という）を以下のように制御する。
すなわち、第１実施形態では、機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲガス割合（この最適なＥＧＲガス割合に関する詳細は後述する）が実験等によって予め求められ、このＥＧＲガス割合が図３に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準ＥＧＲガス割合ＲｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、内燃機関の運転中、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれ、この基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。そして、この目標ＥＧＲガス割合を達成しつつ目標ＥＧＲ率を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標とすべき第１ＥＧＲガス量（以下このＥＧＲガス量を「目標第１ＥＧＲガス量」という）および目標とすべき第２ＥＧＲガス量（以下このＥＧＲガス量を「目標第２ＥＧＲガス量」という）に設定される。そして、これら目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
ところで、上述したように、図３のマップに規定されている基準ＥＧＲガス割合Ｒｂは機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲガス割合である。この最適なＥＧＲガス割合は以下の条件を満たすＥＧＲガス割合である。すなわち、ＥＧＲガス割合が大きくなるほど、燃焼室２１に吸入される排気ガスに占める第１ＥＧＲガス量の割合が大きくなり、燃焼室２１に吸入される排気ガスに占める第２ＥＧＲガス量の割合が小さくなる。ここで、例えば、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多いほど好ましい。すなわち、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入される排気ガスは排気タービン３５ｂや触媒４３ａを通過した後の排気ガスであり、その温度が比較的低くなっている。したがって、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多ければ、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が低くなる。そして、これによれば、燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘ生成量が少なくなる。こうした理由から、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多いほど、すなわち、ＥＧＲガス割合が大きいほど好ましいのである。一方、燃焼室２１における燃料の燃焼性を向上させるという観点では、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多いほど好ましい。すなわち、第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入される排気ガスは燃焼室２１から排出された直後の排気ガスであり、その温度が比較的高い。したがって、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多ければ、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が高くなる。そして、これによれば、燃焼室２１における燃料の燃焼性が向上する。こうした理由から、燃焼室２１における燃料の燃焼性を向上させるという観点では、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多いほど、すなわち、ＥＧＲガス割合が小さいほど好ましいのである。
こうした事情に鑑みると、燃料の燃焼性を向上させる要請よりもＮＯｘ生成量を少なくする要請のほうが強い場合には燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させると共に、ＮＯｘ生成量を少なくする要請よりも燃料の燃焼性を向上させる要請のほうが強い場合にはＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合が最適なＥＧＲガス割合であると言える。そして、こうした最適なＥＧＲガス割合は機関回転数と機関負荷とに応じて異なる。そこで、図３のマップに規定されている基準ＥＧＲガス割合は、機関回転数と機関負荷とに応じて、燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、或いは、ＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合である。
なお、機関回転数が高いほど或いは機関負荷が高いほど、燃焼室２１内の平均的な温度（以下この温度を「筒内温度」という）が高くなる傾向にあることから、燃料の燃焼性を向上させる要請よりもＮＯｘ生成量を少なくする要請のほうが強い。一方、機関回転数が低いほど或いは機関負荷が低いほど、筒内温度が低くなる傾向にあることから、ＮＯｘ生成量を少なくする要請よりも燃料の燃焼性を向上させる要請のほうが強い。こうした理由から、第１実施形態では、機関負荷が同じであれば機関回転数が高いほど基準ＥＧＲガス割合が大きくなる傾向にあり、機関回転数が同じであれば機関負荷が高いほど基準ＥＧＲガス割合が大きくなる傾向にある。
ところで、上述したように、第１実施形態によれば、基準ＥＧＲガス割合は、燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、或いは、ＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合に設定される。別の云い方をすれば、基準ＥＧＲガス割合は、筒内温度が比較的高いときにはＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、筒内温度が比較的低いときには燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合に設定される。すなわち、第１実施形態では、ＮＯｘ生成量に深く関与するパラメータが筒内温度であることを前提に、基準ＥＧＲガス割合が設定される。
しかしながら、本願の発明者の研究により、燃焼室２１において燃料が燃焼することによって発生する火炎の温度（以下この温度を単に「火炎温度」という）のうち、最高の火炎温度（以下この温度を「最高火炎温度」という）が或る温度よりも高い場合、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与することが判明した。すなわち、筒内温度は燃焼室２１内の平均的な温度であることから、筒内温度が比較的低くても最高火炎温度が非常に高い場合があり、この場合、ＮＯｘ生成量が比較的多くなる。すなわち、この場合、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与していることになる。
そこで、第１実施形態では、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与することになる最高火炎温度が実験等によって予め求められ、この最高火炎温度が許容上限火炎温度とされ、最高火炎温度がこの許容上限火炎温度よりも高いときには、目標ＥＧＲガス割合が以下のように設定される。
すなわち、第１実施形態では、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度であって機関回転数と機関負荷とに応じて最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が実験等によって予め求められ、この酸素濃度が図４に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準酸素濃度ＣｏｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれ、この基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定される。そして、目標ＥＧＲガス割合が零に設定され、すなわち、目標とする第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、目標酸素濃度を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。そして、第１ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第２ＥＧＲガス量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御される。
これによれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御される。
すなわち、最高火炎温度は燃焼室２１に吸入されるガスの温度よりも燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度に大きく依存する。したがって、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下の温度に制御するためには、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させる必要がある。ここで、第１実施形態によれば、第１ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第２ＥＧＲガス量、すなわち、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度のガスを燃焼室２１に吸入させることができる量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されることから、最高火炎温度が確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御されることになる。
また、目標酸素濃度（すなわち、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度）のガスを燃焼室２１に吸入させるためには、例えば、目標第２ＥＧＲガス量が零に設定され、目標酸素濃度を達成することができる第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第２ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第２ＥＧＲ制御弁５６の開度および第１ＥＧＲ制御弁５１の開度が制御されてもよい。しかしながら、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入された排気ガスよりも第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入された排気ガスのほうが燃焼室２１に早く到達する。すなわち、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとしたときに、第１ＥＧＲガス量によって酸素濃度を目標酸素濃度に制御するよりも第２ＥＧＲガス量によって酸素濃度を目標酸素濃度に制御するほうが早期に酸素濃度が目標酸素濃度に制御される。こうした理由から、第１実施形態によれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に許容上限火炎温度以下の温度に制御されることになる。
なお、第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じて決定される基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、また、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じて決定される基準ＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定され、これら目標ＥＧＲ率および目標ＥＧＲガス割合を達成することができるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
したがって、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が考慮されつつ同ガス中の酸素濃度が制御されるのに対し、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が考慮されずに同ガス中の酸素濃度が制御されると言える。
また、第１実施形態では、目標酸素濃度（すなわち、基準酸素濃度）として、機関回転数と機関負荷とに応じて最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が採用されている。しかしながら、こうした酸素濃度に代えて、機関回転数や機関負荷に関係なく最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が採用されてもよい。この場合、機関回転数と機関負荷とに応じた目標酸素濃度を算出する必要がないことから、目標第２ＥＧＲガス量を算出するときの計算負荷が小さくなるという利点が得られる。
また、第１実施形態では、図４のマップから読み込まれる基準酸素濃度がそのまま目標酸素濃度に設定される。しかしながら、これに代えて、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差（以下この差を「火炎温度差」という）に応じて補正された基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定されてもよい。例えば、この場合、火炎温度差が大きいほど基準酸素濃度が段階的に小さくなるように補正されてもよいし、火炎温度が大きいほど基準酸素濃度が連続的に小さくなるように補正されてもよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
また、第１実施形態では、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度を制御することによって第１ＥＧＲガス量が制御されるが第１ＥＧＲ制御弁５１の開度が同じであったとしてもスロットル弁３５の開度に応じて第１ＥＧＲガス量が異なる。したがって、第１実施形態において、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度およびスロットル弁３５の開度を制御することによって第１ＥＧＲガス量が制御されてもよい。
次に、第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図５に示されているフローチャートが利用される。図５のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。
図５のルーチンが開始されると、始めに、ステップ１００において、機関回転数Ｎが読み込まれる。次いで、ステップ１０１において、機関負荷Ｌが読み込まれる。次いで、ステップ１０２において、最高火炎温度Ｔが次式１に従って算出される。
Ｔ＝ΔＨ／（Ｃｐｋ＋Ｃｐａ・（Ａ／Ｆｓｔ）・２３．２／Ｒｏｘｃ）＋Ｔｃｔｏｐ …（１）
上式１において、ΔＨは燃料の低位発熱量であり、Ｃｐｋは燃料の比熱であり、Ｃｐａは燃焼室２１内のガスの比熱であり、Ａ／Ｆｓｔは理論空燃比であり、Ｒｏｘｃは燃焼室２１内のガス中の酸素濃度であり、Ｔｃｔｏｐは燃焼室２１においてピストンが圧縮上死点に到達したときの筒内温度であり、２３．２は空気中の酸素の質量分率である。
また、上式１において利用される筒内温度Ｔｃｔｏｐは次式２に従って算出される。
Ｔｃｔｏｐ＝Ｔｃｉｎｉ・ε（κ−１） …（２）
上式２において、Ｔｃｉｎｉは燃焼室２１に吸入されるガスの温度であり、εは燃焼室２１における圧縮比であり、κは燃焼室２１に吸入されるガスの比熱比である。
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で算出された最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈ以下である（Ｔ≦Ｔｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≦Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１０４以降のステップに進む。一方、Ｔ＞Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１１０以降のステップに進む。
ステップ１０３においてＴ≦Ｔｔｈであると判別され、ルーチンがステップ１０４に進むと、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図２のマップから基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ１０５において、ステップ１０４で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ１０６において、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図３のマップから基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ１０７において、ステップ１０６で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。次いで、ステップ１０８において、ステップ１０５で設定された目標ＥＧＲ率を達成しつつステップ１０７で設定された目標ＥＧＲガス割合を達成することができる目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が設定される。次いで、ステップ１０９において、ステップ１０８で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
一方、ステップ１０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、ルーチンがステップ１１０に進むと、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図４のマップから基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれる。次いで、ステップ１１１において、ステップ１１０で読み込まれた基準酸素濃度Ｃｏｂが目標酸素濃度に設定される。次いで、ステップ１１２において、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、ステップ１１１で設定された目標酸素濃度が達成されるように目標第２ＥＧＲガス量が設定される。次いで、ステップ１０９において、ステップ１１２で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第２実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。そして、第２実施形態では、斯くして読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、上記目標ＥＧＲ率を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第２実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由から判るように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に低下せしめられる。すなわち、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときのＥＧＲ率は、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに図２のマップから読み込まれて目標ＥＧＲ率に設定される基準ＥＧＲ率よりも大きくなる。ここで、最高火炎温度は図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として生じる温度である。云い方を換えれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったとき、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったものと言える。したがって、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、ＥＧＲ率が図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きければ、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度が低下することから、最高火炎温度が低下するのである。
また、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、基準ＥＧＲ率よりも犬きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、この目標ＥＧＲ率に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態には、第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されていることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第１実施形態には、第２実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
なお、第２実施形態では、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差、すなわち、火炎温度差に関係なく、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも一定値だけ大きなＥＧＲ率に設定されてもよいし、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲ率に設定されてもよい。例えば、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲ率に設定される場合、火炎温度差が大きいほど目標ＥＧＲ率が段階的に大きなＥＧＲ率に設定されてもよいし、火炎温度差が大きいほど目標ＥＧＲ率が連続的に大きなＥＧＲ率に設定されてよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
次に、第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図６に示されているフローチャートが利用される。図６のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図６のフローチャートのステップ２００〜ステップ２０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図６のルーチンにおいて、ステップ２０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ２１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ２１１において、ステップ２１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂよりも一定値だけ大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ２１２において、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、第１ＥＧＲガス量が零である状況下においてステップ２１１で設定された目標ＥＧＲ率を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ２０９において、ステップ２１２で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第３実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。そして、基準ＥＧＲ率を達成しつつ基準ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。そして、斯くして算出された基準第１ＥＧＲガス量がそのまま目標第１ＥＧＲガス量に設定される。一方、目標第２ＥＧＲガス量は以下のように設定される。
すなわち、第３実施形態では、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれ、この基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されている状況下において、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度にすることができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第３実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同様の理由から、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御される。
また、第３実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量が算出され、この基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量がこの目標ＥＧＲガス量に制御される。一方、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、第１ＥＧＲガス量は零に制御される。ここで、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときには、いずれの実施形態でも、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量が算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に制御されることになる。このため、第１実施形態および第２実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が零に制御されていると、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的長い時間がかかる。しかしながら、第３実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御されていれば、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的短い時間しかかからない。こうした理由から、第３実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときに第１ＥＧＲガス量がその時の目標第１ＥＧＲガス量に即座に制御されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第２実施形態には、第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は零にされる。一方、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は基準ＥＧＲ率と基準ＥＧＲガス割合とに基づいて算出される基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御される。ここで、このように第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に制御されている場合よりも、第１ＥＧＲガス量が零にされている場合のほうが相対的に第２ＥＧＲガス量が多くなる傾向にあると言える。上述したように、燃焼室には、第１ＥＧＲガスよりも第２ＥＧＲガスのほうが早く到達する。さらに、第２ＥＧＲガス量が相対的に多いほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きい。したがって、第３実施形態のように第１ＥＧＲガス量を零にする場合よりも、第１実施形態および第２実施形態のように第１ＥＧＲガス量を目標第１ＥＧＲガス量に制御する場合のほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きいことになる。こうした理由から、第１実施形態および第２実施形態には、第３実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に低下せしめられるという利点があると言える。
また、第３実施形態には、第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されていることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第３実施形態には、第２実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第２実施形態には、第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、上述したように、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、基準ＥＧＲ率よりも大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、この目標ＥＧＲ率に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
次に、第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図７に示されているフローチャートが利用される。図７のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図７のフローチャートのステップ３００〜ステップ３０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図７のルーチンにおいて、ステップ３０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ３１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１１において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１２において、ステップ３１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂを達成しつつステップ３１１で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂを達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。次いで、ステップ３１３において、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１４において、ステップ３１２で算出された基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定されると共に、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されている状況下において、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度をステップ３１３で読み込まれた基準酸素濃度にすることができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ３０９において、ステップ３１４で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第４実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。そして、基準ＥＧＲ率を達成しつつ基準ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。そして、斯くして算出された基準第１ＥＧＲガス量がそのまま目標第１ＥＧＲガス量に設定される。一方、斯くして算出された基準第２ＥＧＲガス量よりも大きなＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第４実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由から判るように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に低下せしめられる。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときのＥＧＲ率は、結果的に、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに図２のマップから読み込まれて目標ＥＧＲ率に設定される基準ＥＧＲ率よりも大きくなる。ここで、最高火炎温度は図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として生じる温度である。云い方を換えれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったとき、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったものと言える。したがって、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、ＥＧＲ率が図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きければ、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度が低下することから、最高火炎温度が低下するのである。
また、第４実施形態には、第１実施形態および第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、目標ＥＧＲ率を達成することができる基準第２ＥＧＲガス量よりも大きなＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第１実施形態および第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、目標ＥＧＲ率を達成することができる基準第２ＥＧＲガス量を大きくすることによって目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第４実施形態には、第１実施形態および第３実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第３実施形態には、第４実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第１実施形態および第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第１実施形態および第３実施形態には、第４実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
また、第４実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量が算出され、この基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量がこの目標ＥＧＲガス量に制御される。一方、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、第１ＥＧＲガス量は零に制御される。ここで、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときには、いずれの実施形態でも、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量が算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に制御されることになる。このため、第１実施形態および第２実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が零に制御されていると、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的長い時間がかかる。しかしながら、第４実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御されていれば、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的短い時間しかかからない。このように、第４実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときに第１ＥＧＲガス量がその時の目標第１ＥＧＲガス量に即座に制御されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第２実施形態には、第４実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は零にされる。一方、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は基準ＥＧＲ率と基準ＥＧＲガス割合とに基づいて算出される基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御される。ここで、このように第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に制御されている場合よりも、第１ＥＧＲガス量が零にされている場合のほうが相対的に第２ＥＧＲガス量が多くなる傾向にあると言える。上述したように、燃焼室には、第１ＥＧＲガスよりも第２ＥＧＲガスのほうが早く到達する。さらに、第２ＥＧＲガス量が相対的に多いほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きい。したがって、第４実施形態のように第１ＥＧＲガス量を零にする場合よりも、第１実施形態および第２実施形態のように第１ＥＧＲガス量を目標第１ＥＧＲガス量に制御する場合のほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きいことになる。こうした理由から、第１実施形態および第２実施形態には、第４実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に低下せしめられるという利点があると言える。
なお、第４実施形態では、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差、すなわち、火炎温度差に関係なく、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも一定量だけ大きなＥＧＲガス量に設定されてもよいし、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲガス量に設定されてもよい。例えば、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲガス量に設定される場合、火炎温度差が大きいほど目標第２ＥＧＲガス量が段階的に大きなＥＧＲガス量に設定されてもよいし、火炎温度差が大きいほど目標第２ＥＧＲガス量が連続的に大きなＥＧＲガス量に設定されてもよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
次に、第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図８に示されているフローチャートが利用される。図８のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図８のフローチャートのステップ４００〜ステップ４０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図８のルーチンにおいて、ステップ４０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ４１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ４１１において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ４１２において、ステップ４１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂを達成しつつステップ４１１で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂを達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。次いで、ステップ４１３において、ステップ４１２で算出された基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定されると共に、ステップ４１２で算出された基準第２ＥＧＲガス量よりも一定量だけ大きいＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ４０９において、ステップ４１３で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
なお、上述した実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、目標第１ＥＧＲガス量と目標第２ＥＧＲガス量とを個別に設定しているが、結果的には、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合を変更しているとも言える。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合よりも小さいＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定されるとも言える。したがって、上述した実施形態は、広義には、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合よりも小さいＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定され、この目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定されるものとも言える。
このように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合を変更することによって、最高火炎温度を低下させる実施形態について説明する。
この実施形態（以下「第５実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合が読み込まれる。そして、上記基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定されると共に、上記基準ＥＧＲガス割合が小さくされ、この小さくされた基準ＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定される。そして、目標ＥＧＲ率を達成しつつ目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量とがそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入され且つ目標第２ＥＧＲガス量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御される。
なお、第５実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、基準ＥＧＲガス割合が零にされてもよい。この場合、目標第１ＥＧＲガス量が零になる。
次に、第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図９に示されているフローチャートが利用される。図９のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図９のフローチャートのステップ５００〜ステップ５０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図９のルーチンにおいて、ステップ５０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ５１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ５１１において、ステップ５１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ５１２において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ５１２で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが小さくなるように補正される。次いで、ステップ５１４において、ステップ５１３で補正された基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。次いで、ステップ５１５において、ステップ５１１で設定された目標ＥＧＲ率を達成しつつステップ５１４で設定された目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ５０９において、ステップ５１５で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
なお、上述した実施形態では、ＥＧＲガス割合は第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量との総量に対する第１ＥＧＲガス量の割合としているが、第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量との総量に対する第２ＥＧＲガス量の割合としてもよいし、第１ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比としてもよいし、第２ＥＧＲガス量に対する第１ＥＧＲガス量の比としてもよい。もちろん、これらの場合であっても、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに設定される目標第２ＥＧＲガス量よりも多い第２ＥＧＲガス量が吸気通路に導入されるように、ＥＧＲガス割合が変更されることになる。
また、上述した実施形態では、目標第２ＥＧＲガス量を設定するときに基準第２ＥＧＲガス量を目標第２ＥＧＲガス量に設定するか否かを判断するパラメータとして、最高火炎温度が利用される。しかしながら、ＮＯｘ生成量に大きく関与するパラメータが最高火炎温度ではなく火炎温度である場合、或いは、ＮＯｘ生成量に大きく関与するパラメータとして最高火炎温度ではなく火炎温度を利用すれば十分であると判断される場合には、目標第２ＥＧＲガス量を設定するときに基準第２ＥＧＲガス量を目標第２ＥＧＲガス量に設定するか否かを判断するパラメータとして、火炎温度が利用されてもよい。
また、上述した実施形態は圧縮自着火式の内燃機関に本発明の排気再循環装置を適用したものである。しかしながら、本発明の排気循環装置は燃焼室内の燃料を点火栓から発せられる火花によって燃焼させる火花点火式の内燃機関にも適用可能である。
図１に示されているように、内燃機関１０は機関本体２０を有する。機関本体２０内には、４つの燃焼室２１が形成されている。各燃焼室２１には、該燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２２が配置されている。各燃料噴射弁２２には、燃料ポンプ２３から燃料通路２４を介して燃料が供給される。
また、機関本体２０には、吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０は、各燃焼室２１に連通する吸気ポートに接続される吸気枝管３１と、該吸気枝管３１に接続される吸気管３２とを有する。吸気枝管３１には、該吸気枝管３１内のガスの温度、すなわち、各燃焼室２１に吸入されるガス（以下このガスを「吸気ガス」という）の温度を検出するセンサ（以下このセンサを「吸気温度センサ」という）７０が取り付けられている。また、吸気管３２には、上流側から順に、エアクリーナ３３、吸気管３２内を流れる空気の量を検出するエアフローメータ７１、吸気管３２内を流れるガスを冷却するインタークーラ３４、吸気管３２内を流れるガスの量を制御するスロットル弁３５が配置されている。スロットル弁３５には、該スロットル弁３５を駆動するアクチュエータ３５ａが取り付けられている。
また、機関本体２０には、排気通路４０が接続されている。排気通路４０は、各燃焼室２１に連通する排気ポートに接続される排気枝管４１と、該排気枝管に接続される排気管４２とを有する。排気管４２には、排気ガス中の特定の成分、例えば、窒素酸化物や炭化水素を浄化する触媒４３ａを備えた触媒コンバータ４３が配置されている。
ところで、内燃機関１０は過給機３５を有する。過給機３５のコンプレッサ３５ａは吸気通路３０に配置され、詳細には、インタークーラ３４よりも上流であってエアフローメータ７１よりも下流の吸気管３２に配置されている。一方、過給機３５の排気タービン３５ｂは排気通路４０に配置され、詳細には、触媒コンバータ４３よりも上流の排気管４２に配置されている。排気タービン３５ｂは燃焼室２１から排出される排気ガスによって回転せしめられ、これによって、コンプレッサ３５ａが回転せしめられる。
ところで、内燃機関１０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続して燃焼室２１から排出された排気ガスを排気通路４０から吸気通路３０に導入する排気再循環通路（以下この排気再循環通路を「第１ＥＧＲ通路」という）５０を有する。詳細には、第１ＥＧＲ通路５０は、排気タービン３５ｂよりも下流であって且つ触媒コンバータ４３よりも下流の排気管４２と、コンプレッサ３５ａよりも上流であって且つエアフローメータ７１よりも下流の吸気管３２とを接続している。第１ＥＧＲ通路５０には、該第１ＥＧＲ通路５０を通って流れる排気ガスの量、すなわち、該第１ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量を制御する制御弁（以下この制御弁を「第１ＥＧＲ制御弁」という）５１が配置されている。さらに、第１ＥＧＲ通路５０には、該第１ＥＧＲ通路５０を通って流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５２が配置されている。
さらに、内燃機関１０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続して燃焼室２１から排出された排気ガスを排気通路４０から吸気通路３０に導入する排気再循環通路（以下この排気再循環通路を「第２ＥＧＲ通路」という）５５を有する。詳細には、第２ＥＧＲ通路５５は、排気タービン３５ｂよりも上流の排気枝管４１と、コンプレッサ３５ａよりも下流であって且つスロットル弁３５ａよりも下流の吸気枝管３１とを接続している。第２ＥＧＲ通路５５には、該第２ＥＧＲ通路５５を通って流れる排気ガスの量、すなわち、該第２ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量を制御する制御弁（以下この制御弁を「第２ＥＧＲ制御弁」という）５６が配置されている。さらに、第２ＥＧＲ通路５５には、該第２ＥＧＲ通路５５を通って流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５７が配置されている。
また、内燃機関１０はクランクシャフトの位相角を検出するクランクシャフトセンサ７２と、アクセルペダルＡＰの踏込量を検出するアクセル開度センサ７３と、電気制御装置（ＥＣＵ）６０とを有する。クランクポジションセンサ７２はクランクシャフトが１０°回転する毎に幅狭のパルス信号を発生すると共にクランクシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルス信号を発生する。クランクポジションセンサ７２が発生するパルス信号に基づいて内燃機関の回転数（以下この回転数を「機関回転数」という）が算出される。
電気制御装置（ＥＣＵ）６０はマイクロコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６１と、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３と、バックアップＲＡＭ６４と、ＡＤ変換器を含むインターフェース６５とを有する。インターフェース６５は燃料噴射弁２２、スロットル弁３５用のアクチュエータ３５ａ、第１ＥＧＲ制御弁５１、および、第２ＥＧＲ制御弁５６に接続されている。また、吸気温度センサ７０、エアフローメータ７１、クランクポジションセンサ７２、および、アクセル開度センサ７３もインターフェース６５に接続されている。
ところで、上述したように、本実施形態（以下「第１実施形態」という）では、第１ＥＧＲ通路５０または第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に排気ガスを導入することによって排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができる。第１実施形態では、燃焼室２１に吸入されるガス、すなわち、空気と排気ガスとのトータルの量に対する燃焼室２１に吸入される排気ガスの量の割合（以下この割合を「ＥＧＲ率」という）を以下のように制御する。
すなわち、第１実施形態では、機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲ率（この最適なＥＧＲ率に関する詳細は後述する）が実験等によって予め求められ、このＥＧＲ率が図２に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準ＥＧＲ率ＲｅｇｒｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、内燃機関の運転中、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれ、この基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。そして、この目標ＥＧＲ率を達成することができる量の排気ガスが排気通路４０から吸気通路３０に導入されるように、第１ＥＧＲ通路５０または第２ＥＧＲ通路を介して排気通路４０から吸気通路３０に導入される排気ガスの量が第１ＥＧＲ制御弁５１または第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
ところで、上述したように、図２のマップに規定されている基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂは機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲ率である。この最適なＥＧＲ率は以下の条件を満たすＥＧＲ率である。すなわち、ＥＧＲ率が大きくなるほど、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多くなり、燃焼室２１に吸入される空気の量が少なくなる。ここで、燃焼室２１における燃料の燃焼（以下単に「燃料の燃焼」という）に伴って生成される窒素酸化物の量（以下この量を「ＮＯｘ生成量」という）を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多いほど好ましい。すなわち、排気ガスには二酸化炭素のような不活性ガスが含まれており、この不活性ガスは燃焼室２１における燃料の燃焼温度（以下単に「燃料の燃焼温度」という）を低下させる。そして、これによれば、ＮＯｘ生成量が少なくなる。こうした理由から、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される排気ガスの量が多いほど、すなわち、ＥＧＲ率が大きいほど好ましいのである。一方、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させるという観点では、燃焼室２１に吸入される空気の量が多いほど、すなわち、ＥＧＲ率が小さいほど好ましい。
こうした事情に鑑みると、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させることができる量の空気を燃焼室２１に吸入させると共にＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲ率が最適なＥＧＲ率であると言える。そして、こうした最適なＥＧＲ率は機関回転数と機関負荷とに応じて異なる。そこで、図２のマップに規定されている基準ＥＧＲ率は、機関回転数と機関負荷とに応じて、燃料噴射弁２２から噴射された燃料を燃焼室２１において十分に燃焼させることができる量の空気を燃焼室２１に吸入させると共にＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の排気ガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲ率である。
なお、機関回転数が高いほど或いは機関負荷が高いほど、燃料を十分に燃焼させるために必要な空気の量が多くなる傾向にある。こうした理由から、第１実施形態では、機関負荷が同じであれば機関回転数が高くなるほど基準ＥＧＲ率が小さくなる傾向にあり、機関回転数が同じであれば機関負荷が高くなるほど基準ＥＧＲ率が小さくなる傾向にある。
ところで、第１実施形態では、第１ＥＧＲ通路５０および第２ＥＧＲ通路５５のいずれの通路を介しても排気通路４０から吸気通路３０に排気ガスを導入することができる。第１実施形態では、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入される排気ガスの量（以下この量を「第１ＥＧＲガス量」という）と第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入される排気ガスの量（以下この量を「第２ＥＧＲガス量」という）との総量、すなわち、吸気通路３０に導入される排気ガスのトータルの量に対する第１ＥＧＲガス量の割合（以下この割合を「ＥＧＲガス割合」という）を以下のように制御する。
すなわち、第１実施形態では、機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲガス割合（この最適なＥＧＲガス割合に関する詳細は後述する）が実験等によって予め求められ、このＥＧＲガス割合が図３に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準ＥＧＲガス割合ＲｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、内燃機関の運転中、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれ、この基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。そして、この目標ＥＧＲガス割合を達成しつつ目標ＥＧＲ率を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標とすべき第１ＥＧＲガス量（以下このＥＧＲガス量を「目標第１ＥＧＲガス量」という）および目標とすべき第２ＥＧＲガス量（以下このＥＧＲガス量を「目標第２ＥＧＲガス量」という）に設定される。そして、これら目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
ところで、上述したように、図３のマップに規定されている基準ＥＧＲガス割合Ｒｂは機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲガス割合である。この最適なＥＧＲガス割合は以下の条件を満たすＥＧＲガス割合である。すなわち、ＥＧＲガス割合が大きくなるほど、燃焼室２１に吸入される排気ガスに占める第１ＥＧＲガス量の割合が大きくなり、燃焼室２１に吸入される排気ガスに占める第２ＥＧＲガス量の割合が小さくなる。ここで、例えば、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多いほど好ましい。すなわち、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入される排気ガスは排気タービン３５ｂや触媒４３ａを通過した後の排気ガスであり、その温度が比較的低くなっている。したがって、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多ければ、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が低くなる。そして、これによれば、燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘ生成量が少なくなる。こうした理由から、ＮＯｘ生成量を少なくするという観点では、燃焼室２１に吸入される第１ＥＧＲガス量が多いほど、すなわち、ＥＧＲガス割合が大きいほど好ましいのである。一方、燃焼室２１における燃料の燃焼性を向上させるという観点では、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多いほど好ましい。すなわち、第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入される排気ガスは燃焼室２１から排出された直後の排気ガスであり、その温度が比較的高い。したがって、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多ければ、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が高くなる。そして、これによれば、燃焼室２１における燃料の燃焼性が向上する。こうした理由から、燃焼室２１における燃料の燃焼性を向上させるという観点では、燃焼室２１に吸入される第２ＥＧＲガス量が多いほど、すなわち、ＥＧＲガス割合が小さいほど好ましいのである。
こうした事情に鑑みると、燃料の燃焼性を向上させる要請よりもＮＯｘ生成量を少なくする要請のほうが強い場合には燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させると共に、ＮＯｘ生成量を少なくする要請よりも燃料の燃焼性を向上させる要請のほうが強い場合にはＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合が最適なＥＧＲガス割合であると言える。そして、こうした最適なＥＧＲガス割合は機関回転数と機関負荷とに応じて異なる。そこで、図３のマップに規定されている基準ＥＧＲガス割合は、機関回転数と機関負荷とに応じて、燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、或いは、ＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合である。
なお、機関回転数が高いほど或いは機関負荷が高いほど、燃焼室２１内の平均的な温度（以下この温度を「筒内温度」という）が高くなる傾向にあることから、燃料の燃焼性を向上させる要請よりもＮＯｘ生成量を少なくする要請のほうが強い。一方、機関回転数が低いほど或いは機関負荷が低いほど、筒内温度が低くなる傾向にあることから、ＮＯｘ生成量を少なくする要請よりも燃料の燃焼性を向上させる要請のほうが強い。こうした理由から、第１実施形態では、機関負荷が同じであれば機関回転数が高いほど基準ＥＧＲガス割合が大きくなる傾向にあり、機関回転数が同じであれば機関負荷が高いほど基準ＥＧＲガス割合が大きくなる傾向にある。
ところで、上述したように、第１実施形態によれば、基準ＥＧＲガス割合は、燃料の燃焼性を許容範囲を越えて損なうことなくＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、或いは、ＮＯｘ生成量を許容範囲を越えて増大させることなく燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合に設定される。別の云い方をすれば、基準ＥＧＲガス割合は、筒内温度が比較的高いときにはＮＯｘ生成量を可能な限り少なくすることができる量の第１ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させ、筒内温度が比較的低いときには燃料の燃焼性を可能な限り向上させることができる量の第２ＥＧＲガスを燃焼室２１に吸入させることができるＥＧＲガス割合に設定される。すなわち、第１実施形態では、ＮＯｘ生成量に深く関与するパラメータが筒内温度であることを前提に、基準ＥＧＲガス割合が設定される。
しかしながら、本願の発明者の研究により、燃焼室２１において燃料が燃焼することによって発生する火炎の温度（以下この温度を単に「火炎温度」という）のうち、最高の火炎温度（以下この温度を「最高火炎温度」という）が或る温度よりも高い場合、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与することが判明した。すなわち、筒内温度は燃焼室２１内の平均的な温度であることから、筒内温度が比較的低くても最高火炎温度が非常に高い場合があり、この場合、ＮＯｘ生成量が比較的多くなる。すなわち、この場合、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与していることになる。
そこで、第１実施形態では、筒内温度よりも最高火炎温度のほうがＮＯｘ生成量に深く関与することになる最高火炎温度が実験等によって予め求められ、この最高火炎温度が許容上限火炎温度とされ、最高火炎温度がこの許容上限火炎温度よりも高いときには、目標ＥＧＲガス割合が以下のように設定される。
すなわち、第１実施形態では、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度であって機関回転数と機関負荷とに応じて最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が実験等によって予め求められ、この酸素濃度が図４に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で基準酸素濃度ＣｏｂとしてＥＣＵ６０に記憶されている。そして、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれ、この基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定される。そして、目標ＥＧＲガス割合が零に設定され、すなわち、目標とする第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、目標酸素濃度を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。そして、第１ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第２ＥＧＲガス量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御される。
これによれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御される。
すなわち、最高火炎温度は燃焼室２１に吸入されるガスの温度よりも燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度に大きく依存する。したがって、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下の温度に制御するためには、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を低下させる必要がある。ここで、第１実施形態によれば、第１ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第２ＥＧＲガス量、すなわち、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度のガスを燃焼室２１に吸入させることができる量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されることから、最高火炎温度が確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御されることになる。
また、目標酸素濃度（すなわち、最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度）のガスを燃焼室２１に吸入させるためには、例えば、目標第２ＥＧＲガス量が零に設定され、目標酸素濃度を達成することができる第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第２ＥＧＲガス量が零となり且つ目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第２ＥＧＲ制御弁５６の開度および第１ＥＧＲ制御弁５１の開度が制御されてもよい。しかしながら、第１ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路３０に導入された排気ガスよりも第２ＥＧＲ通路５５を介して吸気通路３０に導入された排気ガスのほうが燃焼室２１に早く到達する。すなわち、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとしたときに、第１ＥＧＲガス量によって酸素濃度を目標酸素濃度に制御するよりも第２ＥＧＲガス量によって酸素濃度を目標酸素濃度に制御するほうが早期に酸素濃度が目標酸素濃度に制御される。こうした理由から、第１実施形態によれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に許容上限火炎温度以下の温度に制御されることになる。
なお、第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じて決定される基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、また、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じて決定される基準ＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定され、これら目標ＥＧＲ率および目標ＥＧＲガス割合を達成することができるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
したがって、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときには、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が考慮されつつ同ガス中の酸素濃度が制御されるのに対し、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、燃焼室２１に吸入されるガスの温度が考慮されずに同ガス中の酸素濃度が制御されると言える。
また、第１実施形態では、目標酸素濃度（すなわち、基準酸素濃度）として、機関回転数と機関負荷とに応じて最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が採用されている。しかしながら、こうした酸素濃度に代えて、機関回転数や機関負荷に関係なく最高火炎温度を許容上限火炎温度以下にすることができる酸素濃度が採用されてもよい。この場合、機関回転数と機関負荷とに応じた目標酸素濃度を算出する必要がないことから、目標第２ＥＧＲガス量を算出するときの計算負荷が小さくなるという利点が得られる。
また、第１実施形態では、図４のマップから読み込まれる基準酸素濃度がそのまま目標酸素濃度に設定される。しかしながら、これに代えて、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差（以下この差を「火炎温度差」という）に応じて補正された基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定されてもよい。例えば、この場合、火炎温度差が大きいほど基準酸素濃度が段階的に小さくなるように補正されてもよいし、火炎温度が大きいほど基準酸素濃度が連続的に小さくなるように補正されてもよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
また、第１実施形態では、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度を制御することによって第１ＥＧＲガス量が制御されるが第１ＥＧＲ制御弁５１の開度が同じであったとしてもスロットル弁３５の開度に応じて第１ＥＧＲガス量が異なる。したがって、第１実施形態において、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度およびスロットル弁３５の開度を制御することによって第１ＥＧＲガス量が制御されてもよい。
次に、第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第１実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図５に示されているフローチャートが利用される。図５のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。
図５のルーチンが開始されると、始めに、ステップ１００において、機関回転数Ｎが読み込まれる。次いで、ステップ１０１において、機関負荷Ｌが読み込まれる。次いで、ステップ１０２において、最高火炎温度Ｔが次式１に従って算出される。
Ｔ＝ΔＨ／（Ｃｐｋ＋Ｃｐａ・（Ａ／Ｆｓｔ）・２３．２／Ｒｏｘｃ）＋Ｔｃｔｏｐ …（１）
上式１において、ΔＨは燃料の低位発熱量であり、Ｃｐｋは燃料の比熱であり、Ｃｐａは燃焼室２１内のガスの比熱であり、Ａ／Ｆｓｔは理論空燃比であり、Ｒｏｘｃは燃焼室２１内のガス中の酸素濃度であり、Ｔｃｔｏｐは燃焼室２１においてピストンが圧縮上死点に到達したときの筒内温度であり、２３．２は空気中の酸素の質量分率である。
また、上式１において利用される筒内温度Ｔｃｔｏｐは次式２に従って算出される。
Ｔｃｔｏｐ＝Ｔｃｉｎｉ・ε（κ−１） …（２）
上式２において、Ｔｃｉｎｉは燃焼室２１に吸入されるガスの温度であり、εは燃焼室２１における圧縮比であり、κは燃焼室２１に吸入されるガスの比熱比である。
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で算出された最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈ以下である（Ｔ≦Ｔｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≦Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１０４以降のステップに進む。一方、Ｔ＞Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１１０以降のステップに進む。
ステップ１０３においてＴ≦Ｔｔｈであると判別され、ルーチンがステップ１０４に進むと、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図２のマップから基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ１０５において、ステップ１０４で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ１０６において、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図３のマップから基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ１０７において、ステップ１０６で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。次いで、ステップ１０８において、ステップ１０５で設定された目標ＥＧＲ率を達成しつつステップ１０７で設定された目標ＥＧＲガス割合を達成することができる目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が設定される。次いで、ステップ１０９において、ステップ１０８で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
一方、ステップ１０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、ルーチンがステップ１１０に進むと、ステップ１００で読み込まれた機関回転数Ｎとステップ１０１で読み込まれた機関負荷Ｌとに応じて図４のマップから基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれる。次いで、ステップ１１１において、ステップ１１０で読み込まれた基準酸素濃度Ｃｏｂが目標酸素濃度に設定される。次いで、ステップ１１２において、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、ステップ１１１で設定された目標酸素濃度が達成されるように目標第２ＥＧＲガス量が設定される。次いで、ステップ１０９において、ステップ１１２で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第２実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。そして、第２実施形態では、斯くして読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、上記目標ＥＧＲ率を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第２実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由から判るように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に低下せしめられる。すなわち、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときのＥＧＲ率は、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに図２のマップから読み込まれて目標ＥＧＲ率に設定される基準ＥＧＲ率よりも大きくなる。ここで、最高火炎温度は図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として生じる温度である。云い方を換えれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったとき、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったものと言える。したがって、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、ＥＧＲ率が図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きければ、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度が低下することから、最高火炎温度が低下するのである。
また、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、基準ＥＧＲ率よりも犬きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、この目標ＥＧＲ率に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態には、第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第１実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されていることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第１実施形態には、第２実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
なお、第２実施形態では、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差、すなわち、火炎温度差に関係なく、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも一定値だけ大きなＥＧＲ率に設定されてもよいし、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲ率に設定されてもよい。例えば、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲ率に設定される場合、火炎温度差が大きいほど目標ＥＧＲ率が段階的に大きなＥＧＲ率に設定されてもよいし、火炎温度差が大きいほど目標ＥＧＲ率が連続的に大きなＥＧＲ率に設定されてよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
次に、第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第２実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図６に示されているフローチャートが利用される。図６のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図６のフローチャートのステップ２００〜ステップ２０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図６のルーチンにおいて、ステップ２０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ２１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ２１１において、ステップ２１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂよりも一定値だけ大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ２１２において、目標第１ＥＧＲガス量が零に設定されると共に、第１ＥＧＲガス量が零である状況下においてステップ２１１で設定された目標ＥＧＲ率を達成することができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ２０９において、ステップ２１２で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第３実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。そして、基準ＥＧＲ率を達成しつつ基準ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。そして、斯くして算出された基準第１ＥＧＲガス量がそのまま目標第１ＥＧＲガス量に設定される。一方、目標第２ＥＧＲガス量は以下のように設定される。
すなわち、第３実施形態では、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれ、この基準酸素濃度が目標酸素濃度に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されている状況下において、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度にすることができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第３実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同様の理由から、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下の温度に制御される。
また、第３実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量が算出され、この基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量がこの目標ＥＧＲガス量に制御される。一方、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、第１ＥＧＲガス量は零に制御される。ここで、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときには、いずれの実施形態でも、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量が算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に制御されることになる。このため、第１実施形態および第２実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が零に制御されていると、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的長い時間がかかる。しかしながら、第３実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御されていれば、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的短い時間しかかからない。こうした理由から、第３実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときに第１ＥＧＲガス量がその時の目標第１ＥＧＲガス量に即座に制御されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第２実施形態には、第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は零にされる。一方、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は基準ＥＧＲ率と基準ＥＧＲガス割合とに基づいて算出される基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御される。ここで、このように第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に制御されている場合よりも、第１ＥＧＲガス量が零にされている場合のほうが相対的に第２ＥＧＲガス量が多くなる傾向にあると言える。上述したように、燃焼室には、第１ＥＧＲガスよりも第２ＥＧＲガスのほうが早く到達する。さらに、第２ＥＧＲガス量が相対的に多いほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きい。したがって、第３実施形態のように第１ＥＧＲガス量を零にする場合よりも、第１実施形態および第２実施形態のように第１ＥＧＲガス量を目標第１ＥＧＲガス量に制御する場合のほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きいことになる。こうした理由から、第１実施形態および第２実施形態には、第３実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に低下せしめられるという利点があると言える。
また、第３実施形態には、第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されていることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第３実施形態には、第２実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第２実施形態には、第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、上述したように、第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、基準ＥＧＲ率よりも大きなＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、この目標ＥＧＲ率に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第２実施形態には、第１実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
次に、第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第３実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図７に示されているフローチャートが利用される。図７のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図７のフローチャートのステップ３００〜ステップ３０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図７のルーチンにおいて、ステップ３０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度Ｔが許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ３１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１１において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１２において、ステップ３１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂを達成しつつステップ３１１で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂを達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。次いで、ステップ３１３において、図４のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準酸素濃度Ｃｏｂが読み込まれる。次いで、ステップ３１４において、ステップ３１２で算出された基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定されると共に、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されている状況下において、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度をステップ３１３で読み込まれた基準酸素濃度にすることができる第２ＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ３０９において、ステップ３１４で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
ところで、上述した第１実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が以下のように設定されてもよい。
すなわち、本実施形態（以下「第４実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。そして、基準ＥＧＲ率を達成しつつ基準ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。そして、斯くして算出された基準第１ＥＧＲガス量がそのまま目標第１ＥＧＲガス量に設定される。一方、斯くして算出された基準第２ＥＧＲガス量よりも大きなＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。
そして、斯くして設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が第１ＥＧＲ制御弁５１および第２ＥＧＲ制御弁５６によって制御される。
第４実施形態によれば、第１実施形態に関連して説明した理由から判るように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に且つ確実に低下せしめられる。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときのＥＧＲ率は、結果的に、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに図２のマップから読み込まれて目標ＥＧＲ率に設定される基準ＥＧＲ率よりも大きくなる。ここで、最高火炎温度は図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定され、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として生じる温度である。云い方を換えれば、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったとき、ＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率に制御されている結果として、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったものと言える。したがって、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高くなったときに、ＥＧＲ率が図２のマップから読み込まれた基準ＥＧＲ率よりも大きければ、燃焼室２１に吸入されるガス中の酸素濃度が低下することから、最高火炎温度が低下するのである。
また、第４実施形態には、第１実施形態および第３実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、目標ＥＧＲ率を達成することができる基準第２ＥＧＲガス量よりも大きなＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用せずに、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一方、第１実施形態および第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、機関回転数と機関負荷とに応じて目標酸素濃度（すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度）が設定され、この目標酸素濃度に基づいて目標第２ＥＧＲガス量が設定される。すなわち、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を直接的に制御されるべきパラメータとして利用して、目標第２ＥＧＲガス量が設定される。一般的に、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を目標酸素濃度に制御しようとして目標第２ＥＧＲガス量を設定するよりも、目標ＥＧＲ率を達成することができる基準第２ＥＧＲガス量を大きくすることによって目標第２ＥＧＲガス量を設定するほうが目標第２ＥＧＲガス量の設定に係わる計算負荷が軽いと言える。こうした理由から、第４実施形態には、第１実施形態および第３実施形態に比べて、軽い計算負荷で目標第２ＥＧＲガス量が設定されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第３実施形態には、第４実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに最高火炎温度がＮＯｘ生成量に大きく関係し、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度がこの最高火炎温度に大きく関係する。そして、第１実施形態および第３実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が直接的に制御されるべきパラメータとして利用されることから、最高火炎温度が即座に且つ確実に許容上限火炎温度以下に制御される。こうした理由から、第１実施形態および第３実施形態には、第４実施形態に比べて、ＮＯｘ生成量が即座に且つ確実に許容範囲に抑制されるという利点があると言える。
また、第４実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量が算出され、この基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量がこの目標ＥＧＲガス量に制御される。一方、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、単に、第１ＥＧＲガス量は零に制御される。ここで、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときには、いずれの実施形態でも、図２のマップから求められる基準ＥＧＲ率と図３のマップから求められる基準ＥＧＲガス割合とに基づいて基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量が算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定され、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に制御されることになる。このため、第１実施形態および第２実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が零に制御されていると、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的長い時間がかかる。しかしながら、第４実施形態のように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに第１ＥＧＲガス量が基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御されていれば、その後、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下になったときに第１ＥＧＲガス量をその時の目標第１ＥＧＲガス量に制御するまでに比較的短い時間しかかからない。このように、第４実施形態には、第１実施形態および第２実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高い温度から該許容上限火炎温度以下の温度になったときに第１ＥＧＲガス量がその時の目標第１ＥＧＲガス量に即座に制御されるという利点があると言える。
もちろん、逆の視点から見れば、第１実施形態および第２実施形態には、第４実施形態に比べて、以下の利点がある。すなわち、第１実施形態および第２実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は零にされる。一方、第４実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、第１ＥＧＲガス量は基準ＥＧＲ率と基準ＥＧＲガス割合とに基づいて算出される基準第１ＥＧＲガス量に等しい目標第１ＥＧＲガス量に制御される。ここで、このように第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に制御されている場合よりも、第１ＥＧＲガス量が零にされている場合のほうが相対的に第２ＥＧＲガス量が多くなる傾向にあると言える。上述したように、燃焼室には、第１ＥＧＲガスよりも第２ＥＧＲガスのほうが早く到達する。さらに、第２ＥＧＲガス量が相対的に多いほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きい。したがって、第４実施形態のように第１ＥＧＲガス量を零にする場合よりも、第１実施形態および第２実施形態のように第１ＥＧＲガス量を目標第１ＥＧＲガス量に制御する場合のほうが第２ＥＧＲガス量を変化させたときの最高火炎温度に対する第２ＥＧＲガスによる影響が大きいことになる。こうした理由から、第１実施形態および第２実施形態には、第４実施形態に比べて、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、最高火炎温度が即座に低下せしめられるという利点があると言える。
なお、第４実施形態では、最高火炎温度と許容上限火炎温度との差、すなわち、火炎温度差に関係なく、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも一定量だけ大きなＥＧＲガス量に設定されてもよいし、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲガス量に設定されてもよい。例えば、目標第２ＥＧＲガス量が基準第２ＥＧＲガス量よりも火炎温度差に応じて大きなＥＧＲガス量に設定される場合、火炎温度差が大きいほど目標第２ＥＧＲガス量が段階的に大きなＥＧＲガス量に設定されてもよいし、火炎温度差が大きいほど目標第２ＥＧＲガス量が連続的に大きなＥＧＲガス量に設定されてもよい。この場合、許容上限火炎温度に対して最高火炎温度が高いほど燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が低下せしめられることから、最高火炎温度がより早く許容上限火炎温度以下の温度に低下せしめられるという利点が得られる。
次に、第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第４実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図８に示されているフローチャートが利用される。図８のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図８のフローチャートのステップ４００〜ステップ４０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図８のルーチンにおいて、ステップ４０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ４１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ４１１において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ４１２において、ステップ４１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂを達成しつつステップ４１１で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂを達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出される。次いで、ステップ４１３において、ステップ４１２で算出された基準第１ＥＧＲガス量が目標第１ＥＧＲガス量に設定されると共に、ステップ４１２で算出された基準第２ＥＧＲガス量よりも一定量だけ大きいＥＧＲガス量が目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ４０９において、ステップ４１３で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
なお、上述した実施形態では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、目標第１ＥＧＲガス量と目標第２ＥＧＲガス量とを個別に設定しているが、結果的には、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合を変更しているとも言える。すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合よりも小さいＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定されるとも言える。したがって、上述した実施形態は、広義には、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合よりも小さいＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定され、この目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定されるものとも言える。
このように、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに基準とされるＥＧＲガス割合を変更することによって、最高火炎温度を低下させる実施形態について説明する。
この実施形態（以下「第５実施形態」という）では、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときには、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれると共に、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合が読み込まれる。そして、上記基準ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に設定されると共に、上記基準ＥＧＲガス割合が小さくされ、この小さくされた基準ＥＧＲガス割合が目標ＥＧＲガス割合に設定される。そして、目標ＥＧＲ率を達成しつつ目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量とがそれぞれ基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量として算出され、これら基準第１ＥＧＲガス量および基準第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定される。そして、目標第１ＥＧＲガス量の第１ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入され且つ目標第２ＥＧＲガス量の第２ＥＧＲガスが吸気通路３０に導入されるように第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御される。
なお、第５実施形態において、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いときに、基準ＥＧＲガス割合が零にされてもよい。この場合、目標第１ＥＧＲガス量が零になる。
次に、第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御を実行するフローチャートの一例について説明する。第５実施形態に従ったＥＧＲガス量の制御では、図９に示されているフローチャートが利用される。図９のルーチンは所定の時間間隔毎に実行されるルーチンである。なお、図９のフローチャートのステップ５００〜ステップ５０８は図５のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０８と同じであるので、これらステップに関する説明は省略する。
図９のルーチンにおいて、ステップ５０３においてＴ＞Ｔｔｈであると判別され、すなわち、最高火炎温度が許容上限火炎温度Ｔｔｈよりも高いと判別され、ルーチンがステップ５１０に進むと、図２のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ５１１において、ステップ５１０で読み込まれた基準ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｂが目標ＥＧＲ率に設定される。次いで、ステップ５１２において、図３のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに応じた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが読み込まれる。次いで、ステップ５１２で読み込まれた基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが小さくなるように補正される。次いで、ステップ５１４において、ステップ５１３で補正された基準ＥＧＲガス割合Ｒｂが目標ＥＧＲガス割合に設定される。次いで、ステップ５１５において、ステップ５１１で設定された目標ＥＧＲ率を達成しつつステップ５１４で設定された目標ＥＧＲガス割合を達成することができる第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量がそれぞれ目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量に設定される。次いで、ステップ５０９において、ステップ５１５で設定された目標第１ＥＧＲガス量および目標第２ＥＧＲガス量が達成されるように、第１ＥＧＲ制御弁５１の開度および第２ＥＧＲ制御弁５６の開度が制御され、ルーチンが終了する。
なお、上述した実施形態では、ＥＧＲガス割合は第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量との総量に対する第１ＥＧＲガス量の割合としているが、第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量との総量に対する第２ＥＧＲガス量の割合としてもよいし、第１ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比としてもよいし、第２ＥＧＲガス量に対する第１ＥＧＲガス量の比としてもよい。もちろん、これらの場合であっても、最高火炎温度が許容上限火炎温度よりも高いとき、最高火炎温度が許容上限火炎温度以下であるときに設定される目標第２ＥＧＲガス量よりも多い第２ＥＧＲガス量が吸気通路に導入されるように、ＥＧＲガス割合が変更されることになる。
また、上述した実施形態では、目標第２ＥＧＲガス量を設定するときに基準第２ＥＧＲガス量を目標第２ＥＧＲガス量に設定するか否かを判断するパラメータとして、最高火炎温度が利用される。しかしながら、ＮＯｘ生成量に大きく関与するパラメータが最高火炎温度ではなく火炎温度である場合、或いは、ＮＯｘ生成量に大きく関与するパラメータとして最高火炎温度ではなく火炎温度を利用すれば十分であると判断される場合には、目標第２ＥＧＲガス量を設定するときに基準第２ＥＧＲガス量を目標第２ＥＧＲガス量に設定するか否かを判断するパラメータとして、火炎温度が利用されてもよい。
また、上述した実施形態は圧縮自着火式の内燃機関に本発明の排気再循環装置を適用したものである。しかしながら、本発明の排気循環装置は燃焼室内の燃料を点火栓から発せられる火花によって燃焼させる火花点火式の内燃機関にも適用可能である。
Claims (7)
- 排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備し、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第１目標排気ガス再循環量に制御されると共に、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が予め定められた第２目標排気ガス再循環量に制御される内燃機関の排気再循環装置において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記第１目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第１基準排気ガス再循環量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が内燃機関の運転状態に応じて設定される第２基準排気ガス再循環量に設定され、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が前記第１基準排気ガス再循環量に設定され或いは前記第１基準排気ガス再循環量よりも少ない量に設定されると共に、前記第２目標排気ガス再循環量が前記第２基準排気ガス再循環量よりも多い量に設定される内燃機関の排気再循環装置。
- 燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度を火炎温度を低くすることができる酸素濃度にすることができる量に設定される請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
- 燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２目標排気ガス再循環量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量に設定される請求項１または２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
- 燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１目標排気ガス再循環量が零に設定される請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気再循環装置。
- 排気通路と吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第１排気再循環通路と、該第１排気再循環通路が接続されている排気通路の部位よりも上流の排気通路と前記第１排気再循環通路が接続されている吸気通路の部位よりも下流の吸気通路とを接続して燃焼室から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に導入する第２排気再循環通路とを具備し、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量と前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量との割合が予め定められた目標排気ガス再循環割合に制御される内燃機関の排気再循環装置において、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が予め定められた許容上限火炎温度以下であるときには、前記目標排気ガス再循環割合が内燃機関の運転状態に応じて設定される基準排気ガス再循環割合に設定され、燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が前記基準排気ガス再循環割合を達成することができる量よりも多くなるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される内燃機関の排気再循環装置。
- 燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第２排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度と前記許容上限火炎温度との差が大きいほど多い量になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される請求項５に記載の内燃機関の排気再循環装置。
- 燃焼室における燃料燃焼時の火炎温度が前記許容上限火炎温度よりも高いときには、前記第１排気再循環通路を介して吸気通路に導入される排気ガスの量が零になるように補正された前記基準排気ガス再循環割合に前記目標排気ガス再循環割合が設定される請求項５または６に記載の内燃機関の排気再循環装置。
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