JP5459499B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスを排気通路から吸気通路へ還流させる排気再循環（ＥＧＲ）を必要に応じて行う内燃機関に適用される制御装置に関する。

火花点火式内燃機関およびディーゼル機関などの内燃機関（特に、ディーゼル機関）から排出されるガスには、窒素酸化物および微粒子状物質などの物質（以下、「エミッション」とも称呼する。）が含まれる。このエミッションの排出量は、出来る限り低減されることが望ましい。エミッション排出量を低減する方法として、例えば、上記排気再循環（ＥＧＲ）が行われるとき、還流されるガスの量であるＥＧＲガス量を内燃ｎ機関の運転状態に応じて制御する方法などが提案されている。

具体的に述べると、従来の内燃機関の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、吸気通路内のガスの圧力、排気通路内の排ガスの圧力、および、排ガスの密度などに基づき、ＥＧＲガス量を算出する。さらに、従来装置は、この算出されたＥＧＲガス量に基づいてＥＧＲ率の推定値を取得する。そして、従来装置は、このＥＧＲ率の推定値が所定の目標値に一致するようにＥＧＲガス量を制御するようになっている。

特開平１０―１０３１６２

従来装置は、上記「排気通路内の排ガスの圧力」を、その圧力に影響を与え得る領域の体積（具体的に述べると、排気通路の容積およびＥＧＲ通路の容積）などに基づき、算出している。ここで、従来装置は、上記領域の体積は所定の「固定値」であると仮定している。しかしながら、上記領域の体積は、その体積を画定する部材の経年劣化などに起因して変化する場合がある。さらに、上記領域の体積を決定する部材（排気管およびＥＧＲ管）は、構造上のばらつき（製造の際に生じ得る同一種の部材間における寸法および性能などの差）を有する場合がある。すなわち、上記領域の体積の実際値と、上記「固定値」と、は一致しない場合がある。以下、便宜上、上記領域を画定する部材の経年劣化などの異常と、構造上のばらつきと、を単に「異常」と総称する。

上記異常が生じている場合、上記領域の体積の実際値と上記固定値とが一致しないので、従来装置によって取得されるＥＧＲ率の推定値と、ＥＧＲ率の実際値と、は一致しない。従来装置は、このＥＧＲ率の推定値を用いてＥＧＲガス量を制御する。その結果、エミッション排出量が十分に低減されない。

このように、排気再循環が行われる内燃機関において、排気通路内の排ガスの圧力に影響を与え得る領域の体積が上記異常によって変化した場合、エミッション排出量を十分に低減することができない虞があるという問題がある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、上記異常が生じた場合であっても上記領域の体積を適切に把握することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を達成するための本発明による内燃機関の制御装置は、
排気弁と、排ガスを排気通路から吸気通路へ還流する通路部と、還流される排ガスの量を制御する制御弁と、排気通路に設けられる圧力損失発生部と、を備える内燃機関に適用される。

具体的に述べると、排気弁は、
内燃機関の燃焼室と排気通路との間に設けられる。この排気弁が閉弁したとき、排ガスは前記燃焼室から前記排気通路に流出不能である。さらに、この排気弁が開弁したとき、排ガスは前記燃焼室から前記排気通路に流出可能である。

なお、本発明において、排ガスとは、燃焼室から流出し得るあらゆる物質を含むガスを意味する。すなわち、排ガスは、燃焼室に導入される空気と燃料とが反応（燃焼）することによって生じる物質、燃焼室に導入される空気であって燃焼に供されない空気（いわゆるフューエルカット運転が行われる際の空気も含む。）、未燃物、および、排気再循環によって還流されたガスなどを含む。

通路部は、
一端が前記排気通路に接続されると共に他端が前記内燃機関の吸気通路に接続される。排ガスは、この通路部を通過して前記排気通路から前記吸気通路に還流可能である。

制御弁は、
前記通路部に設けられる。この制御弁が閉弁したとき、排ガスは前記通路部を通流不能である。さらに、この制御弁が開弁したとき、この制御弁の開度に応じて前記通路部を通過する排ガスの量が変化する。

圧力損失発生部は、上述したように前記排気通路に設けられる。前記燃焼室から前記排気通路に流出する排ガスのうちの前記通路部を通過する排ガス「以外」の排ガスは、この圧力損失発生部を通過するようになっている。

上記排気弁は、所定のタイミング（例えば、内燃機関の運転状態に応じて定められ得るタイミング）にて開弁または閉弁するように、作動され得る。さらに、上記制御弁は、所定の目標開度（例えば、内燃機関の運転状態に応じて定められ得る開度）と一致するようにその開度が変更されるように、作動され得る。これら排気弁および制御弁は、互いに関連して作動されるように構成され得る。加えて、これら排気弁および制御弁は、互いに関連することなく作動されるように構成され得る。

上記内燃機関は、上述したように作動され得る排気弁および制御弁について、排気弁が「閉弁」しており且つ制御弁が「閉弁」している状態（すなわち、排気弁および制御弁の「双方」が閉弁している状態）が生じ得るように構成される。以下、便宜上、排気弁および制御弁の双方が閉弁している状態を「全弁閉状態」とも称呼する。

上記内燃機関に適用される本発明の制御装置は、
（Ａ）全弁閉状態が生じている期間における「排気弁と、排気通路の内壁面と、制御弁と、通路部の内壁面と、圧力損失発生部と、によって画成される領域である排気領域」内の排ガスの圧力の変化量と、
（Ｂ）全弁閉状態が生じている期間における圧力損失発生部を通過する排ガスの量と、
（Ｃ）全弁閉状態が生じている期間における排気領域内の排ガスの温度と、
に基づいて「排気領域の体積」を推定する体積推定手段、を備える。

上述したように、燃焼室から排気通路に流出する排ガスのうちの通路部を通過する排ガス「以外」の排ガスは、圧力損失発生部を通過するようになっている。全弁閉状態が生じているとき、制御弁は閉弁している。よって、このとき、排ガスは通路部を通過することができない。そのため、全弁閉状態が生じている期間、上記排気領域内の排ガスは、圧力損失発生部「のみ」を通過して、排気領域の外部へ流出する。すなわち、全弁閉状態が生じているとき、上記排気領域は圧力損失発生部のみを介して排気領域の外部と接続されている。

したがって、全弁閉状態が生じている期間において圧力損失発生部を通過する排ガスの量と、該期間における排気領域内の排ガスの圧力の変化量と、該期間における排気領域内の排ガスの温度と、排気領域の体積と、の間には密接な関連があると考えられる。そこで、上記体積推定手段は、これらパラメータに基づいて排気領域の体積を推定する。

排気領域の体積を推定する具体例な方法は、特に制限されない。例えば、上記パラメータと排気領域の体積との関係をあらかじめ定めたマップなどを利用して排気領域の体積を算出する方法、が採用され得る。さらに、気体の状態方程式を利用して排気領域の体積を算出する方法、が採用され得る。

このように、本発明の制御装置は、その「全弁閉状態」が生じている期間における上記パラメータを利用することにより、排気領域の体積を推定することができる。換言すると、本発明の制御装置は、このような推定が行われる毎に、その推定が行われた時点における排気領域の体積を把握することができる。したがって、本発明の制御装置は、排気領域の体積を固定値とする場合に比べて、上記異常が生じた場合であっても排気領域の体積を適切に把握することができる。

本発明の内燃機関の制御装置の一の態様として、
前記制御装置は、
「前記排気領域の体積を含む所定の運転パラメータ」に基づいて前記通路部を通過する排ガスの量を制御する還流ガス量制御手段を備える、ように構成され得る。

通路部を通過する排ガスの量（ＥＧＲガス量）は、例えば上記従来装置に示されているように、排気領域の体積を含む運転パラメータに基づいて算出され得る。上述したように、本発明の制御装置は、「排気領域の体積」を適切に把握することができる。そこで、この排気領域の体積を利用することにより、排気領域の体積を固定値とする場合に比べて、通路部を通過する排ガスの量（ＥＧＲガス量）をより適切に制御することができる。その結果、上記異常が生じた場合であっても、エミッション排出量を適切に低減することができる。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様として、
前記体積推定手段は、
前記排気領域内の排ガスの圧力の変化量と、前記圧力損失発生部を通過する排ガスの量と、前記排気領域内の排ガスの温度と、前記排気領域内の排ガスの気体定数と、を「気体の状態方程式」に適用することによって前記排気領域の体積を推定する、ように構成され得る。

本態様においては、排気領域の体積を容易に推定する観点から、気体の状態方程式として「理想気体の状態方程式」が適用され得る。ただし、気体の状態方程式は理想気体の状態方程式に限定されず、気体の状態方程式として、ペン・ロビンソンの状態方程式、ファンデルワールスの状態方程式、および、ビリヤルの式等の実在気体に対応した周知の状態方程式が適用されてもよい。

さらに、本態様においては、排気領域の体積を容易に推定する観点から、排気領域内の排ガスの気体定数として「理想気体の気体定数」が適用され得る。ただし、排気領域内の排ガスの気体定数は理想気体の気体定数に限定されず、排ガスの気体定数として、実際に排気領域内に存在する物質（例えば、空気、窒素酸化物および未燃焼物質等）を考慮した適値が適用されてもよい。

ところで、上記圧力損失発生部は、その圧力損失発生部を通過した後の排ガスの圧力がその圧力損失発生部を通過する前の排ガスの圧力よりも小さくなる部分であればよく、特に制限されない。例えば、本発明の内燃機関の制御装置のさらに他の態様として、
前記内燃機関は、
前記排気通路に設けられるタービンと、前記吸気通路に設けられるコンプレッサと、を有する過給機を備え、
前記圧力損失発生部は前記タービンであるように構成され得る。

本発明の実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関の概略図である。 本発明の実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

＜装置の概要＞
以下、本発明の制御装置の一の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る制御装置（以下、単に「実施装置」とも称呼する。）を内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。内燃機関１０は、４気筒ディーゼル機関である。以下、内燃機関を単に「機関」とも称呼する。

この機関１０は、図１に示すように、燃料噴射（供給）系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０に空気を導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０から流出するガスを機関１０の外部に排出するための排気系統４０、排ガスを排気系統４０から吸気系統３０に還流させるためのＥＧＲ装置５０、および、排ガスのエネルギによって駆動されてエンジン本体２０に導入される空気を圧縮する過給装置６０、を備えている。

エンジン本体２０は、吸気系統３０および排気系統４０が連結されたシリンダヘッド２１を有している。このシリンダヘッド２１は、各気筒に対応するように各気筒の上部に設けられた複数の燃料噴射装置２２を有している。各燃料噴射装置２２は、図示しない燃料タンクと接続されており、電気制御装置８０からの指示信号に応じて各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するようになっている。

吸気系統３０は、シリンダヘッド２１に形成された図示しない吸気ポートを介して各気筒に連通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と各気筒の燃焼室との間に設けられてインテークマニホールド３１と燃焼室とを導通または遮断する吸気弁（図示省略。）、インテークマニホールド３１の上流側の集合部に接続された吸気管３２、吸気管３２内の開口断面積を可変とするスロットル弁（吸気絞り弁）３３、電気制御装置８０からの指示信号に応じてスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流側において吸気管３２に設けられたインタークーラ３４、および、インタークーラ３４の上流側に設けられた過給装置６０よりも上流側の吸気管３２の端部に設けられたエアクリーナ３５、を有している。インテークマニホールド３１および吸気管３２は、吸気通路を構成している。

排気系統４０は、シリンダヘッド２１に形成された図示しない排気ポートを介して各気筒に連通されたエキゾーストマニホールド４１、各気筒の燃焼室とエキゾーストマニホールド４１との間に設けられて燃焼室とエキゾーストマニホールド４１とを導通または遮断する排気弁４２、エキゾーストマニホールド４１の下流側の集合部に接続された排気管４３、および、排気管４３に設けられた過給装置６０よりも下流側の排気管４３に設けられた排ガス浄化用触媒（ＤＰＮＲ）４４、を有している。エキゾーストマニホールド４１および排気管４３は、排気通路を構成している。

なお、排気弁４２が閉弁したとき、排ガスは燃焼室からエキゾーストマニホールド４１に流出不能である。さらに、排気弁４２が開弁したとき、排ガスは燃焼室からエキゾーストマニホールド４１に流出可能である。

ＥＧＲ装置５０は、排ガスをエキゾーストマニホールド４１からインテークマニホールド３１へと還流させる通路部（ＥＧＲ通路）を構成するＥＧＲ管５１、ＥＧＲ管５１に介装されたＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラ）５２、および、ＥＧＲ管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５３、を有している。

ＥＧＲ管５１は、その一端がエキゾーストマニホールド４１に接続されると共にその他端がインテークマニホールド３１に接続されている。ＥＧＲ制御弁５３は、ＥＧＲ制御弁５３が閉弁したときに排ガスがＥＧＲ管５１を通過不能であると共にＥＧＲ制御弁５３が開弁したときにその開度に応じてＥＧＲ管５１を通過する排ガスの量が変化する、ように構成されている。ＥＧＲ制御弁５３は、電気制御装置８０からの指示信号に応じてその開度を変更し得るようになっている。排ガスがＥＧＲ管５１を通過可能であるとき、燃焼室からエキゾーストマニホールド４１に流出された排ガスの一部が、このＥＧＲ管５１を通過する。

過給装置６０は、コンプレッサ６１およびタービン６２を有している。コンプレッサ６１は吸気通路（吸気管３２）に設けられている。タービン６２は排気通路（排気管４３）に設けられている。コンプレッサ６１とタービン６２とは、図示しないローターシャフトによって同軸回転可能に連結されている。燃焼室からエキゾーストマニホールド４１に流出された排ガスのうちの上記「ＥＧＲ管５１を通過する排ガス」以外の排ガスが、タービン６２を通過する。これにより、タービン６２が排ガスによって回転せしめられると、コンプレッサ６１が回転すると共にコンプレッサ６１に供給される空気が圧縮される（過給が行われる）。なお、排ガスがタービン６２を通過するとき、排ガスの圧力は低下する（圧力損失が生じる）。

この実施装置は、吸入空気量センサ７１、吸気温度センサ７２、吸気圧センサ７３、クランクポジションセンサ７４、排気温度センサ７５、過給装置回転速度センサ７６、および、アクセル開度センサ７７、を備えている。

吸入空気量センサ７１は、吸気通路（吸気管３２）に設けられている。吸入空気量センサ７１は、吸気管３２内を流れると共に機関１０に吸入される空気の質量流量である吸入空気量（すなわち、機関１０に吸入される空気の質量）に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、吸入空気量が取得される。

吸気温度センサ７２は、吸気通路（吸気管３２）に設けられている。吸気温度センサ７２は、吸気管３２内を流れると共に機関１０に吸入される空気の温度である吸気温度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、吸気温度が取得される。

吸気圧センサ７３は、スロットル弁３３の下流側において吸気管３２に設けられている。吸気圧センサ７３は、それが設けられている部位における吸気管３２内の空気の圧力（すなわち、機関１０の燃焼室に供給される空気の圧力である過給圧）を表す信号を出力するようになっている。この信号に基づき、過給圧Pimが取得される。

クランクポジションセンサ７４は、図示しないクランクシャフトの近傍に設けられている。クランクポジションセンサ７４は、クランクシャフトが１０°回転する毎に幅の狭いパルスを有する信号を出力すると共に、クランクシャフトが３６０°回転する毎に幅の広いパルスを有する信号を出力するようになっている。これら信号に基づき、クランクシャフトの単位時間あたりの回転数（以下、単に「機関回転速度NE」とも称呼される。）が取得される。

排気温度センサ７５は、タービン６２の上流側において排気通路（エキゾーストマニホールド４１）に設けられている。排気温度センサ７５は、燃焼室から流出した排ガスの温度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、排気温度Texが取得される。

過給装置回転速度センサ７６は、図示しないタービンシャフトの近傍に設けられている。過給装置回転速度センサ７６は、過給装置６０のタービンシャフトの単位時間あたりの回転数に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、過給装置回転速度NTが取得される。

アクセル開度センサ７７は、機関１０の操作者によって操作されるアクセルペダルＡＰに設けられている。アクセル開度センサ７７は、このアクセルペダルＡＰの開度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、アクセルペダル開度Accpが取得される。

電気制御装置８０は、ＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ）および定数などをあらかじめ記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じて一時的にデータを格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納すると共に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ＲＡＭ８４、ならびに、ＡＤコンバータを含むインターフェース８５、などを有する。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、ＲＡＭ８４およびインターフェース８５は、互いにバスで接続されている。

インターフェース８５は、上記各センサなどと接続され、ＣＰＵ８１に上記各センサなどから出力される信号を供給するようになっている。さらに、インターフェース８５は、ＣＰＵ８１の指示に応じて、燃料噴射装置２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、および、ＥＧＲ制御弁５３などに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

機関１０において、「排気弁４２と、エキゾーストマニホールド４１の内壁面と、ＥＧＲ制御弁５３と、ＥＧＲ管５１の内壁面と、タービン６２と、によって画成される領域」が、上記「排気領域」に相当する。以下、この領域を、上記同様に「排気領域」と称呼する。

上記説明から明らかなように、各気筒の燃焼室から排気領域に流出する排ガスの一部は、ＥＧＲ管５１を通過してインテークマニホールド３１に還流される。一方、該排ガスの上記一部以外の他部は、タービン６２を通過する。すなわち、該排ガスのうちのＥＧＲ管５１を通過する排ガス以外の排ガスが、タービン６２を通過する。

＜装置の作動の概要＞
以下、上述したように構成された実施装置の作動の概要について説明する。
実施装置は、ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが「閉弁」している期間における排気領域内の排ガスの圧力Pexの変化量DPexと、その期間におけるタービン６２を通過する排ガスの量Mtbと、その期間における排気領域内の排ガスの温度Texと、に基づき、排気領域の体積Vexを推定する。

さらに、実施装置は、排気領域の体積Vexを含む所定の運転パラメータに基づき、ＥＧＲガス量の推定値Gegrestを取得する。次いで、ＣＰＵ８１は、そのＥＧＲガス量の推定値Gegrestに基づき、ＥＧＲ率の推定値Regrestを取得する。そして、実施装置は、そのＥＧＲ率の推定値Regrestと、所定の運転パラメータに基づいて決定されるＥＧＲ率の目標値Regrtgtと、が一致するように、スロットル弁３３の開度およびＥＧＲ制御弁５３の開度を制御する。以上が実施装置の作動の概要である。

ところで、機関１０のＲＯＭ８２には、排気領域の体積Vexの「初期値」が格納（保存）されている。この初期値は、例えば機関１０を搭載した車両の工場出荷時などにおいて、ＲＯＭ８２に格納される。実施装置は、上述したように排気領域の体積Vex（推定値）が取得される前、この初期値を用いて上述したようにＥＧＲ率の推定値Regrestを取得する。そして、実施装置は、排気領域の体積Vex（推定値）が取得された後、この体積Vex（推定値）を用いてＥＧＲ率の推定値Regrestを取得する。

なお、上記「ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している期間」が、上記「全弁閉状態」が生じている期間に相当する。以下、「ＥＧＲ弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している状態」を、上記同様に「全弁閉状態」と称呼する。

さらに、以下、便宜上、排気領域内の排ガスの圧力Pexを「排気圧力Pex」と称呼し、排気領域内の排ガスの温度Texを「排気温度Tex」と称呼する。

＜実際の作動＞
以下、実施装置の実際の作動について説明する。
実施装置において、ＣＰＵ８１は、図２および図３にフローチャートによって示した各ルーチンを所定のタイミング毎に繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、これらルーチンにおいて、体積取得フラグXVEを用いる。

体積取得フラグXVEは、その値が「０」であるとき、排気領域の体積Vexが実施装置によって取得されていない（すなわち、所定の初期値である）ことを表す。一方、体積取得フラグXVEは、その値が「１」であるとき、排気領域の体積Vexが実施装置によって取得されていることを表す。

体積取得フラグXVEの値は、機関１０を搭載した車両の工場出荷時およびサービス点検実施時などにおいて電気制御装置８０に対して所定の操作がなされたとき、「０」に設定されるようになっている。

以下、ＣＰＵ８１が実行する各ルーチンについて詳細に説明する。
まず、現時点における体積取得フラグXVEの値は「０」に設定されていると仮定する。以下、便宜上、この仮定を「初期設定仮定」とも称呼する。

ＣＰＵ８１は、機関１０が始動されると、所定時間が経過する毎に、図２にフローチャートによって示した「排気領域体積推定ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、排気領域の体積Vexを推定する。

具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図２のステップ２００から処理を開始してステップ２０５に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２０５にて、ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが閉弁しているか否か（すなわち、全弁閉状態が生じているか否か）を判定する。現時点にてＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２のうちの少なくとも１つが「開弁」していると、ＣＰＵ８１は、ステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２１０に進む。

ＣＰＵ８１は、ステップ２１０にて、体積取得フラグXVEの値が「１」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従えば、現時点における体積取得フラグXVEの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図３にフローチャートによって示した「ＥＧＲ率制御ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、機関１０の運転状態に応じてＥＧＲ率の目標値Regrtgtを決定する。さらに、ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、その目標値Regrtgtと、ＥＧＲ率の推定値Regrestと、が一致するようにスロットル弁３３およびＥＧＲ制御弁５３を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図３のステップ３００から処理を開始してステップ３１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３１０にて、「機関回転速度NEと、アクセルペダル開度Accpと、ＥＧＲ率の目標値Regrtgtと、の関係」をあらかじめ定めたＥＧＲ率目標値決定テーブルMapRegrtgt（NE，Accp）に、現時点における機関回転速度NEおよびアクセルペダル開度Accpを適用することにより、ＥＧＲ率の目標値Regrtgtを決定する。

上記機関回転速度NEとして、クランクポジションセンサ７４によって取得される値が採用される。上記アクセルペダル開度Accpとして、アクセル開度センサ７７によって取得される値が採用される。さらに、上記ＥＧＲ率目標値決定テーブルMapRegrtgt（NE，Accp）において、ＥＧＲ率の目標値Regrtgtは、エミッション排出量を出来る限り低減する観点における適値となるように、定められる。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ３２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３２０にて、「気筒内に吸入されるガス量Gcylと、燃料噴射量の目標値Qtgtと、気筒から流出するガス量Mcylと、の関係」を表す排ガス量算出関数FnMcyl（Gcyl，Qtgt）に、現時点における気筒内に吸入されるガス量Gcylおよび燃料噴射量の目標値Qtgtを適用することにより、排ガス量Mcylを算出する。

上記気筒内に吸入されるガス量Gcylは、所定の図示しないルーチンにより、機関１０の運転状態に基づいて算出されるようになっている。さらに、上記燃料噴射量の目標値Qtgtは、所定の図示しないルーチンにより、機関１０の運転状態に応じた量として定められるようになっている。上記排ガス量算出関数FnMcyl（Gcyl，Qtgt）において、排ガス量Mcylは、気筒内に吸入されるガス量Gcylが大きくなるにつれて大きくなるように、定められる。加えて、上記排ガス量算出関数FnMcyl（Gcyl，Qtgt）において、排ガス量Mcylは、燃料噴射量の目標値Qtgtが大きくなるにつれて大きくなるように、定められる。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ３３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３３０にて、タービン６２を通過する排ガスの量であるタービン通過排ガス量Mtbを取得する。なお、タービン通過排ガス量Mtbを取得する方法として、例えば、「気筒から流出するガス量Mcylおよび過給装置回転速度NTなどの運転パラメータと、タービン通過排ガス量Mtbと、の関係をあらかじめ定めたマップ」に基づいてタービン通過排ガス量Mtbを算出する方法が採用され得る。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ３４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３４０にて、「排気領域の体積Vexと、排気温度Texと、排ガス量Mcylと、タービン通過排ガス量Mtbと、過給圧Pimと、ＥＧＲ制御弁５３の開度Oegrvと、ＥＧＲガス量の推定値Gegrestと、の関係」を表すＥＧＲガス量推定関数FnGegrest（Vex，Tex，Mcyl，Mtb，Pim，Oegrv）に、現時点における排気領域の体積Vexと、排気温度Texと、排ガス量Mcylと、タービン通過排ガス量Mtbと、過給圧Pimと、ＥＧＲ制御弁５３の開度Oegrvと、を適用することにより、ＥＧＲガス量の推定値Gegrestを取得する。

現時点における排気領域の体積Vexとして、上述したようにＲＯＭ８２に格納されている排気領域の体積Vexの初期値が採用される。さらに、排気温度Texとして、排気温度センサ７５によって取得される値が採用される。過給圧Pimとして、吸気圧センサ７３によって取得される値が採用される。ＥＧＲ弁５３の開度Oegrvとして、電気制御装置８０からＥＧＲ制御弁５３に送出される指示信号に対応する値が採用される。なお、排ガス量Mcylおよびタービン通過排ガス量Mtbとして、上記各ステップにて取得された値が採用される。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ３５０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３５０にて、「ＥＧＲガス量の推定値Gegrestと、気筒内に吸入されるガス量Gcylと、ＥＧＲ率の推定値Regrestと、の関係」を表すＥＧＲ率推定関数FnRegrest（Gegrest，Gcyl）に、現時点におけるＥＧＲガス量の推定値Gegrestおよび気筒内に吸入されるガス量Gcylを適用することにより、ＥＧＲ率の推定値Regrestを取得する。なお、ＥＧＲガス量の推定値Gegrestおよびガス量Gcylとして、上記各ステップにて取得された値が採用される。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ３６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３６０にて、ＥＧＲ率の推定値Regrestと、その目標値Regrtgtと、が一致しているか否かを判定する。なお、ＥＧＲ率の推定値Regrestおよび目標値Regrtgtとして、上記各ステップにて取得された値が採用される。

現時点にてＥＧＲ率の推定値Regrestと目標値Regrtgtとが一致していれば、ＣＰＵ８１は、ステップ３６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、現時点にてＥＧＲ率の推定値Regrestと目標値Regrtgtと一致していなければ、ＣＰＵ８１は、ステップ３６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３７０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３７０にて、ＥＧＲ率の推定値Regrestと目標値Regrtgtとが一致するように、スロットル弁３３の開度およびＥＧＲ制御弁５３の開度を制御する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、実施装置は、排気領域の体積Vex（推定値）が取得される前、ＲＯＭ８２に格納されている排気領域の体積Vexの「初期値」を用いてＥＧＲ率の制御を行う。

次いで、現時点にてＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが「閉弁」していると仮定し、説明を続ける。

ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図２のステップ２００から処理を開始すると、ステップ２０５に進む。上記仮定に従えば、ＣＰＵ８１は、ステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１５に進む。

ＣＰＵ８１は、ステップ２１５にて、現時点におけるタービン通過排ガス量Mtb（k）を取得する。なお、タービン通過排ガス量Mtb（k）を取得する方法として、上記ステップ３３０にて採用されている方法と同様の方法が採用され得る。なお、kは現時点を表す指標であり、k−1は現時点よりも前の時点を表す指標である。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２２０にて、現時点におけるタービン６２の下流側の排ガスの圧力に対する上流側の排ガスの圧力の比（以下、「タービン圧力比」とも称呼する。）Rptb（k）を取得する。具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、「タービン通過排ガス量Mtbと、過給装置回転速度NTと、タービン圧力比Rptbと、の関係」をあらかじめ定めたタービン圧力比テーブルMapRptb（Mtb，NT）に、現時点におけるタービン通過排ガス量Mtb（k）および過給装置回転速度NT（k）を適用することにより、タービン圧力比Rptb（k）を取得する。

上記タービン圧力比テーブルMapRptb（Mtb，NT）において、タービン圧力比Rptbは、タービン通過排ガス量Mtbが大きいほど大きく、かつ、過給装置回転速度NTが大きいほど大きくなるように、定められる。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２２５に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２２５にて、タービン圧力比Rptb（k）を下記（１）式に適用することにより、現時点における排気圧力Pex（k）を算出する。下記（１）式において、P0（k）は現時点におけるタービン６２の下流側の排ガスの圧力を示す。なお、実施装置は、P0（k）としてＲＯＭ８２に格納（保存）されている大気圧（固定値）を採用する。

Pex（k）＝P0（k）×Rptb（k） ・・・（１）

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２３０にて、体積取得フラグXVEの値が「０」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従えば、現時点における体積取得フラグXVEの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ２３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３５に進む。

ＣＰＵ８１は、ステップ２３５〜ステップ２４５の一連の処理により、ＥＧＲ弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している期間（すなわち、全弁閉状態が生じている期間）における「排気圧力Pexの変化量の積算値DPex」および「タービン通過排ガス量Mtbの積算値DMtb」を算出する。以下、便宜上、排気圧力Pexの変化量の積算値DPexを「圧力変化量積算値DPex」と称呼し、タービン通過排ガス量Mtbの積算値DMtbを「排ガス量積算値DMtb」と称呼する。

圧力変化量積算値DPexおよび排ガス量積算値DMtbを算出するための準備として、ＣＰＵ８１は、ステップ２３５にて、時点k−1における圧力変化量積算値DPex（k−1）に「初期値としてのゼロ」を格納する。さらに、ＣＰＵ８１は、ステップ２３５にて、時点k−1におけるタービン通過排ガス量Mtb（k−1）に「初期値としてのゼロ」を格納する。加えて、ＣＰＵ８１は、ステップ２３５にて、時点k−1における排気圧力Pex（k−1）に「現時点（時点k）における排気圧力Pex（k）」を格納する。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２４０にて、現時点における排気圧力Pex（k）を下記（２）式に適用することにより、現時点における圧力変化量積算値DPex（k）を取得（更新）する。

DPex（k）＝DPex（k−1）＋｛Pex（k−1）−Pex（k）｝ ・・・（２）

上述したように、現時点において、圧力変化量積算値DPex（k−1）および排気圧力Pex（k−1）は、ゼロ（初期値）である。さらに、現時点において、排気圧力Pex（k−1）は、排気圧力Pex（k）である。よって、上記（２）式にこれら値が適用されることにより、圧力変化量積算値DPex（k）として「ゼロ」が取得される。なお、この圧力変化量積算値DPex（k）はＲＡＭ８３に格納される。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２４５に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２４５にて、現時点におけるタービン通過排ガス量Mtb（k）を下記（３）式に適用することにより、現時点における排ガス量積算値DMtb（k）を取得（更新）する。

DMtb（k）＝DMtb（k−1）＋Mtb（k） ・・・（３）

上述したように、現時点において、排ガス量積算値DMtb（k−1）のゼロ（初期値）である。よって、上記（３）式にこの値が適用されることにより、排ガス量積算値DMtb（k）として「Mtb（k）」が取得される。なお、この排ガス量積算値DMtb（k）はＲＡＭ８３に格納される。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２５０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２５０にて、体積取得フラグXVEの値に「１」を設定する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、ステップ２０５にて「ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している（すなわち、全弁閉状態が生じている）」と判定されると、排気圧力Pexの変化量およびタービン通過排ガス量Mtbが積算され始める。

さらに、ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している期間において、ＣＰＵ８１が再び図２のステップ２００から処理を開始すると、ＣＰＵ８１は、ステップ２０５、ステップ２１５、ステップ２２０およびステップ２２５を経由してステップ２３０に進む。

現時点における体積取得フラグXVEの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ２３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４０に直接進む。すなわち、このとき、ステップ２３５の処理は行われない。このように、排気圧力Pexの変化量およびタービン通過排ガス量Mtbの積算が一旦開始されると、圧力変化量積算値DPex、排ガス量積算値DMtbおよび排気圧力Pexに上記初期値は設定されない。

ＣＰＵ８１は、ステップ２４０にて、上記（２）式に従って圧力変化量積算値DPex（k）を取得（更新）する。これにより、圧力変化量積算値DPex（k）の値は「時点k−1における排気圧力Pex（k−1）と、現時点kにおける排気圧力Pex（k）と、の差」だけ増大される。

次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ２４５にて、上記（４）式に従って排ガス量積算値DMtb（k）を取得（更新）する。これにより、排ガス量積算値DMtb（k）の値は「現時点におけるタービン通過排ガス量Mtb（k）」だけ増大される。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ２５０を経由してステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

上記説明から明らかなように、ステップ２０５にて「ＥＧＲ弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している（すなわち、全弁閉状態が生じている）」と判定されている期間、ＣＰＵ８１は、圧力変化量積算値DPexおよび排ガス量積算値DMtbの値を積算（更新）し続ける。ここで、現時点においてＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２のうちの少なくとも１つが「開弁」したと仮定する。

上記仮定に従えば、ＣＰＵ８１は、図２のステップ２００から処理を開始してステップ２０５に進むと、ステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２１０に進む。すなわち、このとき、ステップ２１５〜ステップ２４５の処理は実行されないので、圧力変化量積算値DPexおよび排ガス量積算値DMtbの値を積算することが停止される。

次いで、現時点における体積取得フラグXVEの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２５５に進む。

ＣＰＵ８１は、ステップ２５５にて、上述したように取得（積算）された圧力変化量積算値DPex（k）および排ガス量積算値DMtb（k）を下記（４）式に適用することにより、排気領域の体積Vexを算出（推定）する。算出された排気領域の体積Vexは、バックアップＲＡＭ８４に格納される。下記（４）式において、RはＲＯＭ８２にあらかじめ記憶されている理想気体の気体定数を表し、Texは排気温度センサ７５によって取得される排気領域の排ガスの温度を表す。

Vex＝｛R×Tex×DMtb（k）｝／｜DPex（k）｜ ・・・（４）

ここで、上記（４）式についてより詳細に説明する。
上述したように、排気弁４２が開弁しているとき、燃焼室から排気領域に排ガスが流出する。そして、該排ガスの一部はＥＧＲ管５１を通過してインテークマニホールド３１に還流され、該排ガスの一部以外の排ガスはタービン６２を通過して機関１０の外部へ流出する。そのため、ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の双方が「閉弁」している場合（全弁閉状態が生じている場合）、排気領域の内部にはその外部から排ガスが供給されず、排気領域の内部の排ガスはタービン６２「のみ」を介してその外部へ流出する。

そのため、全弁閉状態が生じている期間における排気領域内の排ガスの圧力の変化量（すなわち、上記圧力変化量積算値DPex）と、該期間においてタービン６２を通過する排ガスの量（すなわち、上記排ガス量積算値DMtb）と、該期間における排気領域内の排ガスの温度（すなわち、上記温度Tex）と、を下記（５）式に示すように理想気体の状態方程式に適用することにより、排気領域の体積Vexを算出することができる。

下記（５）式において、Δtは圧力変化量積算値DPexおよび排ガス量積算値DMtbが取得された時間の長さを表す。さらに、実施装置において圧力変化量積算値DPexは負の数であると考えられるので、下記（５）式において圧力変化量積算値DPexの絶対値（｜DPex｜）が採用されている。加えて、全弁閉状態が生じている期間に排気領域の温度Texおよび排気領域の体積Vexは変化しない（すなわち、固定値である）と仮定されている。さらに加えて、気体定数Rとして理想気体の気体定数が採用されている。

｜DPex｜／Δt×Vex＝DMtb／Δt×R×Tex ・・・（５）

上記（５）式に基づき、上記（４）式が導出される。以上が上記（４）式についての説明である。

再び図２を参照すると、ＣＰＵ８１は、ステップ２５５にて排気領域の体積Vexを算出（推定）した後、ステップ２６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ２６０にて、体積取得フラグXVEの値に「０」を設定する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図３のステップ３００から処理を開始すると、ステップ３１０〜ステップ３３０を経由してステップ３４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ３４０にて、上述したように算出（推定）された排気領域の体積Vexを用いてＥＧＲガス量の推定値Gegrestを取得する。

その後、ＣＰＵ８１は、ステップ３３０およびステップ３４０の処理を実行し、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、実施装置は、ＥＧＲ制御弁５３および排気弁４２の全てが閉弁している期間（全弁閉状態が生じている期間）に取得された圧力変化量積算値DPexおよび排ガス量積算値DMtbを用いて、排気領域の体積Vexを推定する。したがって、実施装置は、排気領域の体積Vexを画定する部材に経年劣化などの異常が生じた場合であっても、排気領域の体積を適切に把握することができる。

さらに、実施装置は、上記推定された排気領域の体積Vexを用いて、ＥＧＲ率を制御する。したがって、例えばあらかじめ定められている排気領域の体積（固定値）が用いられる場合に比べて、より適切にＥＧＲ率を制御することができる。

ところで、機関１０は、各気筒において、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および、排気行程の４つの工程を繰り返し行ういわゆる４サイクル４気筒ディーゼル機関である。機関１０は、所定の定常運転がなされているとき（例えば、加速運転および減速運転などの過渡的な運転以外の運転がなされているとき）、概ね、クランクシャフトの回転角度位置（以下、「クランク角度」と称呼する。）０°〜１８０°に亘って吸気行程が行われ、クランク角度１８０°〜３６０°に亘って圧縮行程が行われ、クランク角度３６０°〜５４０°に亘って膨張行程が行われ、クランク角度５４０°〜７２０°に亘って排気行程が行われるようになっている。なお、各気筒に配置されたピストンが特定の上死点にあるときのクランク角度が「０°」に相当し、ピストンが次の上死点にあるときのクランク角度が「３６０°」に相当する。

そして、４気筒ディーゼル機関である機関１０では、概ね、各気筒における吸気行程は、クランク角度１８０°だけずれて行われる。したがって、概ね、各気筒における排気行程も、クランク角度１８０°だけずれて行われる。

ここで、特定の目的でもって排気行程において燃焼室内に排ガスを残留させる制御（すなわち、いわゆる内部ＥＧＲ制御）が知られている。この内部ＥＧＲ制御では、各気筒においてクランク角度７２０°よりも早いクランク角度で排気行程を終了させることによって燃焼室内に排ガスを残留させる。このとき、ＥＧＲ制御弁を介して排ガスを燃焼室内に導入する必要がなく且つ各気筒においてクランク角度５４０°またはその近傍のクランク角度から排気行程が開始する場合、全弁閉状態が生じる。

したがって、上述した実施形態（実施装置）は、例えば、内部ＥＧＲ制御が行われている場合において全弁閉弁状態が生じたときに、排気領域の体積の推定を行うものである。

もちろん、各気筒における排気行程が厳密にクランク角度５４０°〜７２０°に亘って行われる場合であっても、クランク角度１８０°毎に全ての気筒における排気弁４２が閉弁している状態（すなわち、排気弁４２の全てが閉弁している状態）が極めて短い期間に亘って生じる。したがって、この極めて短い期間に上述した考え方に従って排気領域の体積の推定を行ってもよい。

上述した実施形態は、このように排気弁４２の全てが閉弁している状態が生じていると共に、ＥＧＲ制御弁５３が閉弁している状態が生じているときに、排気領域の体積Vexを推定するものである。

このように、実施装置は、上述した排気領域の体積の推定を行うべきか否かに「無関係に」全弁閉状態（すなわち、ＥＧＲ制御弁および排気弁の全てが閉弁している状態）が生じたときに上述した排気領域の体積の推定を行うように、構成され得る。なお、上述した内部ＥＧＲ制御が行われている場合において生じる全弁閉状態は、上述した排気領域の体積の推定を行うべきか否かに無関係に生じる全弁閉弁状態のあくまで一例である。

これに対し、実施装置は、上述した排気領域の体積の推定を行うべきであると判別されたときに全弁閉状態を「強制的に」生じさせた上で上述した排気領域の体積の推定を行うようにも、構成され得る。

ここで、上述した排気領域の体積の推定を行うべきであると判別されたときに上述した排気領域の体積の推定を行うために内燃機関の運転状態を考慮せずに全弁閉状態を「強制的に」生じさせると、内燃機関のドライバビリティが低下する場合もあり得るし、内燃機関の性能（例えば、内燃機関の出力性能や内燃機関のエミッション特性）が低下する場合もあり得る。そこで、全弁閉状態を強制的に生じさせる場合には、内燃機関のドライバビリティまたは内燃機関の性能が低下しないタイミング（或いは、内燃機関のドライバビリティまたは内燃機関の性能が低下したとしても、その低下の程度が小さいタイミング）にて全弁閉状態を生じさせることが好ましい。

なお、内燃機関のドライバビリティや内燃機関の性能が低下しないタイミング（或いは、内燃機関のドライバビリティや内燃機関の性能が低下したとしても、その低下の程度が小さいタイミング）として、例えば、減速中のタイミング、または、内燃機関の運転が停止される直前のタイミングなどが挙げられる。

また、４サイクル４気筒ディーゼル機関においては、一般に、各気筒における排気行程がクランク角度３６０°よりも早い（進角した）クランク角度から開始する場合があり、各気筒における排気行程がクランク角度５４０°よりも遅い（遅角した）クランク角度で終了する場合がある。この場合、厳密には、全ての気筒における排気弁が閉弁している状態が生じないことになる。しかしながら、排気行程が開始するクランク角度がクランク角度３６０°よりも僅かに早いクランク角度である場合、実質的には、全ての気筒における排気弁が閉弁している状態が生じているとみなすことができる。さらに、排気行程が終了するクランク角度がクランク角度５４０°よりも僅かに遅いクランク角度である場合、実質的には、全ての気筒における排気弁が閉弁している状態が生じているとみなすことができる。

「厳密に全ての気筒における排気弁が閉弁しており且つＥＧＲ制御弁が閉弁しているとき」に排気領域の体積を推定することが、より正確に排気領域の体積を推定するという観点からは好ましい。しかし、各気筒においてクランク角度３６０°よりも早いクランク角度から排気行程が開始するとしても、「開弁している排気弁の開度が実質的に全ての気筒における排気弁が閉弁しているとみなすことができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。さらに、各気筒においてクランク角度５４０°よりも遅いクランク角度で排気行程が終了するとしても、「開弁している排気弁の開度が実質的に全ての気筒における排気弁が閉弁しているとみなすことができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。

別の云い方をすれば、各気筒においてクランク角度３６０°よりも早いクランク角度から排気行程が開始するとしても、「開弁している排気弁の開度が排気領域の体積を許容可能な精度でもって推定することができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。さらに、各気筒においてクランク角度５４０°よりも遅いクランク角度で排気行程が終了するとしても、「開弁している排気弁の開度が排気領域の体積を許容可能な精度でもって推定することができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。

同様に、厳密にＥＧＲ制御弁が閉弁している状態が生じており且つ全ての気筒における排気弁が閉弁しているときに排気領域の体積を推定することがより正確に排気領域の体積を推定するという観点からは好ましいが、「ＥＧＲ制御弁の開度が実質的にＥＧＲ制御弁が閉弁しているとみなすことができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。

別の云い方をすれば、「ＥＧＲ制御弁の開度が排気領域の体積を許容可能な精度でもって推定することができる程度に小さい開度」であれば、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。

もちろん、上述した考え方に従った排気領域の体積の推定は、４サイクル４気筒ディーゼル機関「以外」の内燃機関であって厳密に或いは実質的に全ての排気弁が閉弁している状態が生じる内燃機関にも、適用され得る。

ところで、上述した考え方に従って排気領域の体積の推定を行うためには、体積を推定すべき排気領域を画定する部分として、排ガスの圧力が低下する部分（すなわち、圧力損失が生じる部分）が必要である。上述した実施形態（実施装置）では、この圧力損失が生じる部分は、タービン６２である。しかしながら、圧力損失が生じる部分は、タービン６２以外の部分でもよい。例えば、上述した実施形態のように、排気管４３に排ガス浄化用触媒４４が設けられている場合、この排ガス浄化用触媒４４が圧力損失が生じる部分となり得る。加えて、排気管４３内に当該排気管４３内を流れる排ガスの流量を制御することができるいわゆる排気絞り弁が設けられている場合、この排気絞り弁が圧力損失が生じる部分となり得る。

さらに、排気管４３にタービン６２、排ガス浄化用触媒４４または排気絞り弁などが設けられていない場合であっても、厳密には、排気管４３自体が圧力損失が生じる部分となり得る。しかし、上述した考え方に従って排気領域の体積をより正確に推定するという観点からは、タービン６２、排ガス浄化用触媒４４または排気絞り弁などのような圧力損失が生じる部分が排気管４３に存在することが好ましい。ただし、上述した考え方に従って排気領域の体積を許容可能な精度でもって推定することができる限りにおいて、排気管４３自体を圧力損失が生じる部分として、上述した考え方に従って排気領域の体積が推定され得る。

換言すると、タービン６２、排ガス浄化用触媒４４または排気絞り弁などは、上述した考え方に従って排気領域の体積を許容可能な精度でもって推定することができる程度の圧力損失が生じる部分に相当する。

＜実施形態の総括＞
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る制御装置（実施装置）は、
排気弁４２と、
排ガスを排気通路４１から吸気通路３１に還流可能な通路部（ＥＧＲ管５１）と、
通路部５１を通過する排ガスの量を制御する制御弁（ＥＧＲ制御弁５３）と、
排気通路４３に設けられる圧力損失発生部（タービン６２）と、
を備える内燃機関１０に適用される。

この内燃機関１０において、燃焼室から排気通路４１に流出する排ガスのうちの通路部５１を通過する排ガス以外の排ガスは、圧力損失発生部６２を通過する。さらに、この内燃機関１０は、排気弁４２が閉弁しており且つ制御弁５３が閉弁している状態である「全弁閉状態」が生じ得るようになっている。

上記内燃機関１０に適用される実施装置は、
「全弁閉状態」が生じている期間（図２のステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定される期間）における排気弁４２と、排気通路３１の内壁面と、制御弁５３と、通路部５１の内壁面と、圧力損失発生部６２と、によって画成される領域である排気領域内の排ガスの圧力（排気圧力Pex）の変化量（圧力変化量積算値DPex）と、全弁閉状態が生じている期間における圧力損失発生部６２を通過する排ガスの量（排ガス量積算値DMtb）と、全弁閉状態が生じている期間における排気領域内の排ガスの温度（排気温度Tex）と、に基づき、排気領域の体積Vexを推定する体積推定手段（図２のルーチンを参照。）、
を備えている。

さらに、実施装置は、
排気領域の体積Vexを含む所定の運転パラメータに基づいて通路部５１を通過する排ガスの量（ＥＧＲガス量Gegrest）を制御する還流ガス量制御手段（図３のルーチンを参照。）、
を備えている。

より具体的に述べると、実施装置において、
上記体積推定手段は、
排気領域内の排ガスの圧力の変化量DPexと、圧力損失発生部６２を通過する排ガスの量DMtbと、排気領域内の排ガスの温度Texと、排気領域内の排ガスの気体定数Rと、を気体の状態方程式に適用することによって排気領域の体積Vexを推定する、ように構成されている（図２のステップ２５５）。

なお、上述したように、実施装置が適用される内燃機関１０において、圧力損失発生部は、過給機６０のタービン６２に相当する。

本発明は上記各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、本発明の制御装置は、排気領域の体積Vexをより精密に推定する観点から、機関１０が定常運転されているときに（例えば、加速運転および減速運転などの過渡的な運転以外の運転がなされているときに）排気領域の体積Vexが推定されるように、構成され得る。

さらに、本発明の制御装置は、排気領域の体積Vexを推定することを複数回繰り返した後、取得された値の平均値を排気領域の体積Vexとして採用するように構成され得る。例えば、１の燃焼サイクルの間に全弁閉状態が複数回生じる場合、制御装置は、その１の燃焼サイクルの間に取得（推定）された複数の値（推定値）の平均値を体積Vexとして採用するように、構成され得る。

２０…エンジン本体、３１…インテークマニホールド、３３…スロットル弁、４１…エキゾーストマニホールド、４２…排気弁、５１…ＥＧＲ管、５３…ＥＧＲ制御弁、６２…タービン、８０…電気制御装置

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室と排気通路との間に設けられる排気弁であって、該排気弁が閉弁したときに排ガスが前記燃焼室から前記排気通路に流出不能であると共に該排気弁が開弁したときに排ガスが前記燃焼室から前記排気通路に流出可能である排気弁と、
   一端が前記排気通路に接続されると共に他端が前記内燃機関の吸気通路に接続される通路部であって、排ガスが該通路部を通過して前記排気通路から前記吸気通路に還流可能である通路部と、
   前記通路部に設けられる制御弁であって、該制御弁が閉弁したときに排ガスが前記通路部を通過不能であると共に該制御弁が開弁したときに該制御弁の開度に応じて前記通路部を通過する排ガスの量が変化する制御弁と、
   前記排気通路に設けられる圧力損失発生部であって、前記燃焼室から前記排気通路に流出する排ガスのうちの前記通路部を通過する排ガス以外の排ガスが通過する圧力損失発生部と、
   を備える内燃機関であって、前記排気弁が閉弁しており且つ前記制御弁が閉弁している状態である全弁閉状態が生じ得る内燃機関に適用され、
   前記全弁閉状態が生じている期間における前記排気弁と、前記排気通路の内壁面と、前記制御弁と、前記通路部の内壁面と、前記圧力損失発生部と、によって画成される領域である排気領域内の排ガスの圧力の変化量と、該全弁閉状態が生じている期間における前記圧力損失発生部を通過する排ガスの量と、該全弁閉状態が生じている期間における前記排気領域内の排ガスの温度と、に基づき、前記排気領域の体積を推定する体積推定手段、
   を備える内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記排気領域の体積を含む所定の運転パラメータに基づいて前記通路部を通過する排ガスの量を制御する還流ガス量制御手段、
   を備える内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
   前記体積推定手段は、
   前記排気領域内の排ガスの圧力の変化量と、前記圧力損失発生部を通過する排ガスの量と、前記排気領域内の排ガスの温度と、前記排気領域内の排ガスの気体定数と、を気体の状態方程式に適用することによって前記排気領域の体積を推定する内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   前記排気通路に設けられるタービンと、前記吸気通路に設けられるコンプレッサと、を有する過給機を備え、
   前記圧力損失発生部は前記タービンである内燃機関の制御装置。
   
   
   

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