JP5718610B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路に排出される排気ガスの一部をＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）を介して吸気通路に還流ガスとして再循環（還流）させ、混合気に混入させて燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を抑制している。

このようにして排気ガスを吸気通路に還流させると、燃焼室内での混合気の着火性が低下し、エンジン出力の低下およびエンジン運転性の低下を招くので、吸気通路内に還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）の流量をエンジンの運転状態に応じて調整する必要がある。そこで、この種のＥＧＲ装置においては、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを設け、このＥＧＲバルブの開度を制御することにより吸気通路に還流するＥＧＲ量を調整して、目標とするＥＧＲ量（目標ＥＧＲ量）を得るようにしている。また、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、このＥＧＲクーラによりＥＧＲ通路を通過する高温のＥＧＲガスを冷却してＥＧＲガスの密度を高めるようにしている。

ところで、排気ガス中には、Ｓｏｏｔ（煤）や、ＳＯＦ（オイルミストなど）、未燃ＨＣ（未燃炭化水素）などの粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が含まれている。このため、そのようなＰＭがＥＧＲクーラに次第に付着・堆積し、このようなＥＧＲクーラの経年劣化にともなって、ＥＧＲ量が減少し、目標ＥＧＲ量から乖離することが懸念される。従来では、ＥＧＲバルブの前後の圧力差から算出されたＥＧＲ率と、目標ＥＧＲ率との差または比に応じて、ＥＧＲバルブの開度を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、ＥＧＲバルブの前後の圧力差は、排気ガスの圧力脈動の影響を受けやすく、ＥＧＲ率の誤差が大きくなるという問題がある。

特開２００４−１５０３４３号公報

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、排気ガス中のＰＭの堆積に起因するＥＧＲクーラの経年劣化によらず、高精度に目標ＥＧＲ量を確保することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置であって、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度に基づいて、上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を算出し、算出されたＰＭ堆積量に基づいて、上記ＥＧＲ量の減少量を算出し、算出されたＥＧＲ量の減少量に基づいて、上記ＥＧＲバルブの開度を補正し、上記排気ガス中のＳｏｏｔ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、上記算出された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を、内燃機関のインジェクタの実開弁期間、および内燃機関のオイル消費量のうち、少なくとも１つによって補正することを特徴としている。
また、本発明は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置であって、排気ガス中のＳＯＦ濃度に基づいて、上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を算出し、算出されたＰＭ堆積量に基づいて、上記ＥＧＲ量の減少量を算出し、算出されたＥＧＲ量の減少量に基づいて、上記ＥＧＲバルブの開度を補正し、上記排気ガス中のＳＯＦ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、上記算出された排気ガス中のＳＯＦ濃度を、内燃機関のオイル消費量によって補正することを特徴としている。

上記構成によれば、排気ガス中のＰＭ（ＳｏｏｔまたはＳＯＦ）の堆積に起因するＥＧＲクーラの経年劣化によらず、高精度に目標ＥＧＲ量を確保することができる。すなわち、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度またはＳＯＦ濃度に基づいてＥＧＲクーラのＰＭ堆積量（ＳｏｏｔまたはＳＯＦの堆積量）を求め、そのＰＭ堆積量からＥＧＲ量の減少量を算出するので、ＥＧＲクーラの経年劣化に起因するＥＧＲ量の減少量を精度よく算出することができる。そして、ＥＧＲ量の減少量からＥＧＲバルブの開度を補正することで、ＥＧＲクーラの経年劣化を考慮したＥＧＲ量の制御を行うことができ、高精度に目標ＥＧＲ量を確保することができる。

ここで、上記ＥＧＲバルブの開度補正量は、上記算出されたＥＧＲ量の減少量から算出される現在のＥＧＲ量と、目標ＥＧＲ量との比に基づいて算出することが可能である。

本発明において、上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量は、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度またはＳＯＦ濃度から算出される上記ＥＧＲクーラへのＰＭ堆積速度に基づいて算出されることが好ましい。

この構成によれば、ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を精度よく算出することができるので、そのＰＭ堆積量からＥＧＲ量の減少量を精度よく算出することができ、ＥＧＲバルブの開度を精度よく補正することができる。したがって、ＥＧＲクーラの経年劣化を考慮したＥＧＲ量の制御を行うことができ、高精度に目標ＥＧＲ量を確保することができる。

上記構成では、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度またはＳＯＦ濃度に基づいて、ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を求めることによって、ＥＧＲバルブの開度を補正した。しかし、ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を求めることなく、ＥＧＲバルブの開度を補正することも可能であり、その具体的な構成としては、以下の２つが挙げられる。

（１）排気ガス中のＳｏｏｔ濃度が大きいときには、Ｓｏｏｔ濃度が小さいときに比べて上記ＥＧＲバルブの開度を大きくする構成。この場合、上記排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出し、上記算出された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を、内燃機関のインジェクタの実開弁期間、および内燃機関のオイル消費量のうち、少なくとも１つによって補正することが好ましい。

（２）排気ガス中のＳＯＦ濃度が大きいときには、ＳＯＦ濃度が小さいときに比べて上記ＥＧＲバルブの開度を大きくする構成。この場合、上記排気ガス中のＳＯＦ濃度を、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出し、上記算出された排気ガス中のＳＯＦ濃度を、内燃機関のオイル消費量によって補正することが好ましい。

本発明によれば、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度、ＳＯＦ濃度、およびＨＣ濃度のうち、少なくとも１つに基づいてＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を求め、そのＰＭ堆積量からＥＧＲ量の減少量を算出するので、ＥＧＲクーラの経年劣化に起因するＥＧＲ量の減少量を精度よく算出することができる。そして、ＥＧＲ量の減少量からＥＧＲバルブの開度を補正することで、ＥＧＲクーラの経年劣化を考慮したＥＧＲ量の制御を行うことができ、高精度に目標ＥＧＲ量を確保することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブの開度補正制御の一例を示すフローチャートである。 エンジン回転数および体積効率と、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度との関係を示す図である。 インジェクタの基本開弁期間に対する実開弁期間の比と、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度との関係を示す図である。 エンジンのオイル消費量と、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度との関係を示す図である。 エンジンのオイル消費量と、排気ガス中のＳＯＦ濃度との関係を示す図である。 現在のＥＧＲクーラのＰＭ堆積量と、ＥＧＲクーラの圧力損失との関係を示す図である。 目標ＥＧＲ量に対するＥＧＲ量の比と、ＥＧＲバルブの開度補正量との関係を示す図である。

本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成について、図１を参照して説明する。なお、図１では、エンジンの１気筒の構成のみを示している。

エンジン１は、複数（例えば４つ）の気筒が形成されたシリンダブロック１ａと、このシリンダブロック１ａの上端に取り付けられたシリンダヘッド１ｂとを備えている。シリンダブロック１ａの気筒には、上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃは、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転運動に変換される。

シリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間には、燃焼室１ｄが形成されている。燃焼室１ｄには、点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングは、イグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００によって制御される。

クランクシャフト１５には、シグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には、複数の歯（突起）１７ａが等角度（例えば、１０°ＣＡ（クランク角度））ごとに設けられている。シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。

シリンダブロック１ａの下部には、潤滑油（オイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留されたオイルは、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などのエンジン１の各部に供給され、その各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、オイルは、エンジン１の各部の潤滑・冷却等の後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。シリンダブロック１ａには、エンジン１によって消費されるオイルの消費量を検出するオイル消費量センサ３２が配置されている。

燃焼室１ｄには、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は、吸気ポート１１ａおよび吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。吸気通路１１には、サージタンク１１ｃが設けられている。また、吸気通路１１には、吸気を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３３、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５は、サージタンク１１ｃの上流側（吸気流れの上流側）に設けられており、ＤＣモータ等のスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度は、スロットル開度センサ３４によって検出される。スロットルバルブ５の開度（スロットル開度）は、ＥＣＵ１００によって制御される。

排気通路１２の一部は、排気ポート１２ａおよび排気マニホールド１２ｂによって形成されている。排気通路１２には三元触媒１２ｃが配置されている。三元触媒１２ｃにおいては、燃焼室１ｄから排気通路１２に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化、およびＮＯｘの還元が行われ、それらをＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂とすることによって排気ガスの浄化が図られている。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間には、吸気バルブ１３が設けられており、吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間には、排気バルブ１４が設けられており、排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３および排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。

シリンダヘッド１ｂには、吸気ポート１１ａに燃料を噴射するインジェクタ２が配置されている。インジェクタ２は気筒ごとに設けられる。インジェクタ２はデリバリパイプ９１に接続されている。デリバリパイプ９１には、燃料供給系９の燃料タンク９４に貯留された燃料が供給され、これによってインジェクタ２から吸気ポート１１ａ内に燃料が噴射される。

インジェクタ２から噴射された燃料は、吸入空気と混合されて混合気となり、吸気バルブ１３の開弁にともない燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は、点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によって、ピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。そして、混合気の燃焼により生じた燃焼ガスは、排気バルブ１４の開弁にともない排気ガスとして排気通路１２に排出される。

燃料供給系９は、デリバリパイプ９１、このデリバリパイプ９１に接続された燃料供給管９２、燃料ポンプ（例えば電動ポンプ）９３、燃料タンク９４などを備えている。燃料ポンプ９３の駆動はＥＣＵ１００によって制御される。そして、燃料ポンプ９３を駆動することにより、燃料タンク９４内に貯留された燃料が、燃料供給管９２を介してデリバリパイプ９１に供給されるようになっている。

また、エンジン１には、ＥＧＲ装置８が備えられている。ＥＧＲ装置８は、排気ガスの一部を吸気通路１１に還流させて燃焼室１ｄへ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる装置である。ＥＧＲ装置８は、排気通路１２の三元触媒１２ｃの上流側（排気流れの上流側）と、吸気通路１１のスロットルバルブ５の下流側とを接続するＥＧＲ通路８１を備えている。ＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲバルブ８２と、ＥＧＲクーラ８３とが設けられている。ＥＧＲバルブ８２の開度を調整することにより、排気通路１２から吸気通路１１に還流されるＥＧＲ量（排気還流量）が調整される。ＥＧＲバルブ８２の開度は、ＥＣＵ１００によって制御される。ＥＧＲクーラ８３により、ＥＧＲ通路８１を通過するＥＧＲガスが冷却される。

ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態を制御するもので、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた構成となっている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびバックアップＲＡＭは、双方向性バスを介して相互に接続されるとともに、入力インターフェースおよび出力インターフェースと接続されている。

入力インターフェースには、上述したクランクポジションセンサ３１、オイル消費量センサ３２、エアフロメータ３３、スロットル開度センサ３４などの各種センサが接続されている。出力インターフェースには、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、ＥＧＲ装置８のＥＧＲバルブ８２、燃料供給系９の燃料ポンプ９３などが接続されている。

ＥＣＵ１００は、上述した各種センサの検出信号に基づいて、以下に述べるＥＧＲ装置８のＥＧＲバルブ８２の開度補正制御を含むエンジン１の各種制御を実行する。

次に、ＥＧＲ装置８のＥＧＲバルブ８２の開度補正制御について説明する。この実施形態では、排気ガス（ＥＧＲガス）中のＳｏｏｔ、ＳＯＦ、およびＨＣがＥＧＲクーラ８３に堆積することに起因するＥＧＲ量の減少量を求め、このＥＧＲ量の減少量に基づいてＥＧＲバルブ８２の開度を補正するようにしている。より詳細には、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度、ＳＯＦ濃度、およびＨＣ濃度に基づいて、ＥＧＲクーラ８３のＳｏｏｔ、ＳＯＦ、およびＨＣの堆積量（堆積厚さ）を算出し、算出されたＥＧＲクーラ８３のＳｏｏｔ、ＳＯＦ、およびＨＣの堆積量からＥＧＲ量の減少量を算出して、ＥＧＲバルブ８２の開度を補正する。

以下、ＥＧＲバルブ８２の開度補正制御について図２のフローチャートを参照して詳しく説明する。図２のフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＵ１００が実行するＥＧＲバルブ８２の開度補正制御に関するものであり、一定周期ごとに繰り返される。

まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１において、エンジン１のエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン１の体積効率Ｅｖｏｌを読み込む。この場合、エンジン回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ３１の検出信号から算出することが可能である。また、体積効率Ｅｖｏｌは、エンジン回転数Ｎｅ、および、エアフロメータ３３の検出信号から算出される吸入空気量に基づいて算出することが可能である。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ２において、ステップＳＴ１で得られたエンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCを算出する。排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCは、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに応じて変化する。この実施形態では、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌと、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（Ｓｏｏｔ濃度算出マップ）として記憶させておくようにしている。このＳｏｏｔ濃度算出マップは、例えば図３に示すように、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌをパラメータとする２次元マップとされる。Ｓｏｏｔ濃度算出マップは、図３の矢印で示すように、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが大きくなり、また、体積効率Ｅｖｏｌが高いほど、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが大きくなるようなマップとされる。そして、ステップＳＴ１で得られたエンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに基づき、Ｓｏｏｔ濃度算出マップを参照することによって、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを算出するようにしている。

同様に、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌと、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭにマップ（ＳＯＦ濃度算出マップ）として記憶させておき、このマップを参照することによって、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを算出する。また、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌと、排気ガス中のＨＣ濃度Ｘ_HCとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭにマップ（ＨＣ濃度算出マップ）として記憶させておき、このマップを参照することによって、排気ガス中のＨＣ濃度Ｘ_HCを算出する。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ３において、インジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJおよび基本開弁期間ｔ_INJ0を読み込む。インジェクタ２の基本開弁期間ｔ_INJ0は、適合時に予め設定されるインジェクタ２の開弁期間（初期値）であり、インジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJは、基本開弁期間ｔ_INJ0に対してエンジン１の運転状態に応じた各種の補正処理を行った後の開弁期間である。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ４において、ステップＳＴ３で得られたインジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJおよび基本開弁期間ｔ_INJ0によって、ステップＳＴ２で得られた排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正する。詳細には、基本開弁期間ｔ_INJ0に対する実開弁期間ｔ_INJの比（ｔ_INJ／ｔ_INJ0）に基づいて、ステップＳＴ２で得られた排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正する。この場合、上記比（ｔ_INJ／ｔ_INJ0）と、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（Ｓｏｏｔ濃度補正マップ）として記憶させておくようにしている。このＳｏｏｔ濃度補正マップは、例えば図４に示すように、上記比（ｔ_INJ／ｔ_INJ0）が大きくなるほど、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが大きくなるようなマップとされる。そして、ステップＳＴ３で得られたインジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJおよび基本開弁期間ｔ_INJ0に基づき、Ｓｏｏｔ濃度補正マップを参照することによって、Ｓｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTの増加量ΔＸ_SOOT1（図４参照）を求めて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正するようにしている。

ここで、ステップＳＴ４の補正を行うのは次の理由による。ステップＳＴ２で得られた排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTは、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに基づくものではあるが、インジェクタ２の噴孔詰りの影響は考慮されていない。インジェクタ２の噴孔詰りが発生すると、インジェクタ２の燃料噴射量がエンジン１の運転状態に応じた最適な値から乖離し、これに起因して、不完全燃焼の割合が増加し、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度が増加する。そこで、インジェクタ２の燃料噴射量の最適値からの乖離度を表す上記比（ｔ_INJ／ｔ_INJ0）に応じて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正することで、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを精度よく求めるようにしている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ５において、エンジン１のオイル消費量ΔＬを読み込む。この場合、エンジン１のオイル消費量ΔＬは、オイル消費量センサ３２の検出信号から求めることが可能である。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ６において、ステップＳＴ５で得られたオイル消費量ΔＬによって、ステップＳＴ４で得られた排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、および、ステップＳＴ２で得られたＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを補正する。この場合、オイル消費量ΔＬと、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（Ｓｏｏｔ濃度補正マップ）として記憶させておくようにしている。このＳｏｏｔ濃度補正マップは、例えば図５に示すように、オイル消費量ΔＬが増加するほど、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが大きくなるようなマップとされる。そして、ステップＳＴ５で得られたオイル消費量ΔＬに基づき、Ｓｏｏｔ濃度補正マップを参照することによって、Ｓｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTの増加量ΔＸ_SOOT2（図５参照）を求めて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正するようにしている。

同様に、オイル消費量ΔＬと、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（ＳＯＦ濃度補正マップ）として記憶させておくようにしている。このＳＯＦ濃度補正マップは、例えば図６に示すように、オイル消費量ΔＬが増加するほど、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFが大きくなるようなマップとされる。そして、ステップＳＴ５で得られたオイル消費量ΔＬに基づき、ＳＯＦ濃度補正マップを参照することによって、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOFの増加量ΔＸ_SOF（図６参照）を求めて、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを補正するようにしている。

ここで、ステップＳＴ６の補正を行うのは次の理由による。ステップＳＴ２で得られた排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTおよびＳＯＦ濃度Ｘ_SOFは、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに基づくものではあるが、エンジン１のオイル消費量ΔＬの影響は考慮されていない。例えばオイル上がりや、オイル下がりなどの増加により、オイル消費量が増加すると、エンジン１の燃焼室１ｄ内に流入するオイル量が増加し、これに起因して、オイル由来のＨＣ成分が不完全燃焼し、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度が増加する。同様に、オイル消費量ΔＬの増加に起因して、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFが増加する。そこで、エンジン１のオイル消費量ΔＬの増加量に応じて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTおよびＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを補正することで、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTおよびＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを精度よく求めるようにしている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ７において、ＥＧＲ量の前回値Ｗ’と、ＥＧＲクーラ８３のＳｏｏｔ、ＳＯＦ、およびＨＣの堆積量（以下では、ＰＭ堆積量とも言う）の前回値δ’を読み込む。つまり、前回実行されたフローチャートで得られたＥＧＲ量およびＰＭ堆積量が読み込まれる。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ８において、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCに基づいて、ＥＧＲクーラ８３へのＳｏｏｔ、ＳＯＦ、およびＨＣの堆積速度（以下では、ＰＭ堆積速度と言う）ｄδ／ｄｔを算出する。この場合、ステップＳＴ６の補正後の排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTおよびＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、ステップＳＴ２で算出された排気ガス中のＨＣ濃度Ｘ_HCが用いられる。具体的には、ＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔは、次の式（１）〜（３）によって算出される。

この式（１）において、Ｗは、現在のＥＧＲ量であり、Ｓは、ＥＧＲクーラ８３の流路断面積であり、δは、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量である。また、ｋ₁，ｋ₂は、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCに起因する係数である。この式（１）は、円管に対するＰＭ堆積モデルの近似式であり、ＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔが、ＰＭの付着力（右辺第１項で表される）と、ＰＭの剥離力（右辺第２項で表される）との釣り合いから求められることを意味している。

式（２）、（３）において、ａ₁〜ａ₄，ｂ₁〜ｂ₄は、比例係数であり、予め実験・計算等によって求めることが可能である。式（２）、（３）は、式（１）の係数ｋ₁，ｋ₂の近似式であり、係数ｋ₁，ｋ₂が、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCにそれぞれ比例することを意味している。

式（１）〜（３）によってＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔを算出する場合、まず、式（２）、（３）によって、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCから、係数ｋ₁，ｋ₂をそれぞれ算出する。そして、算出された係数ｋ₁，ｋ₂を式（１）に代入して、ＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔを算出すればよい。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ９において、ステップＳＴ７で得られたＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量前回値δ’、および、ステップＳＴ８で得られたＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔから、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを算出する。具体的には、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δは、次の式（４）によって算出される。

（数４）
δ＝δ’＋（ｄδ／ｄｔ）・ｔ_CUL ・・・（４）

この式（４）より、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δは、前回実行されたフローチャートで得られたＰＭ堆積量δ’に、演算間隔（演算周期）ｔ_CUL間に増加するＰＭ増加量（ｄδ／ｄｔ）・ｔ_CULを加算した値となっている。つまり、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δは、フローチャートが実行される度に得られるＰＭ増加量（ｄδ／ｄｔ）・ｔ_CULが積算された値となっている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１０において、ステップＳＴ９で得られた現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δに基づいて、ＥＧＲクーラ８３の圧力損失の増加量ΔＰを算出する。この場合、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δと、ＥＧＲクーラ８３の圧力損失との関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（圧力損失算出マップ）として記憶させておくようにしている。この圧力損失算出マップは、例えば図７に示すように、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δが増加するほど、ＥＧＲクーラ８３の圧力損失が増加するようなマップとされる。そして、ステップＳＴ９で得られた現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δに基づき、圧力損失算出マップを参照することによって、ＥＧＲクーラ８３の圧力損失を求めて、その増加量ΔＰを算出するようにしている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１１において、ステップＳＴ１０で得られたＥＧＲクーラ８３の圧力損失の増加量ΔＰ、および、ステップＳＴ７で得られたＥＧＲ量の前回値Ｗ’に基づいて、ＥＧＲ量の減少量ΔＷを算出する。具体的には、ＥＧＲ量の減少量ΔＷは、次の式（５）によって算出される。

この式（５）において、Ｐａは、ＥＧＲバルブ８２の上流側のＥＧＲ通路８１（ＥＧＲクーラ８３からＥＧＲバルブ８２間のＥＧＲ通路８１を通過するＥＧＲガスの圧力であり、Ｐｂは、ＥＧＲバルブ８２の下流側のＥＧＲ通路８１を通過するＥＧＲガスの圧力であり、Ｋは、流量係数である。この式（５）は、オリフィスを通過する流体の流量の算出式である。この場合、現在のＥＧＲ量Ｗは、ＥＧＲバルブ８２の前後の圧力差（Ｐｂ−Ｐａ）から、［Ｗ＝Ｋ√（Ｐｂ−Ｐａ）］と表せるので、ＥＧＲクーラ８３の圧力損失の増加量ΔＰに起因するＥＧＲ量の減少量ΔＷは、ＥＧＲ量の前回値Ｗ’を用いて、式（５）により算出することが可能となっている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１２において、ステップＳＴ７で得られたＥＧＲ量の前回値Ｗ’、および、ステップＳＴ１１で得られたＥＧＲ量の減少量ΔＷから、現在のＥＧＲ量Ｗを算出する。具体的には、現在のＥＧＲ量Ｗは、次の式（６）によって算出される。

（数６）
Ｗ＝Ｗ’−ΔＷ ・・・（６）

この式（６）より、現在のＥＧＲ量Ｗは、前回実行されたフローチャートで算出されたＥＧＲ量Ｗ’から、ステップＳＴ１１で算出されたＥＧＲ量の減少量ΔＷを減算した値となっている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１３において、ステップＳＴ１２で得られた現在のＥＧＲ量Ｗと、例えばエンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度に応じた目標ＥＧＲ量Ｗ_AIMとに基づいて、ＥＧＲバルブ８２の開度補正量αを算出する。詳細には、目標ＥＧＲ量Ｗ_AIMに対する現在のＥＧＲ量Ｗの比（Ｗ／Ｗ_AIM）に基づいて、ＥＧＲバルブ８２の開度補正量αを算出する。この場合、上記比（Ｗ／Ｗ_AIM）と、ＥＧＲバルブ８２の開度補正量αとの関係を予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ１００のＲＯＭに（開度補正量算出マップ）として記憶させておくようにしている。この開度補正量算出マップは、例えば図８に示すように、上記比（Ｗ／Ｗ_AIM）が大きくなるほど、ＥＧＲバルブ８２の開度補正量αが比例的に大きくなるようなマップとされる。そして、ステップＳＴ１２で得られた現在のＥＧＲ量Ｗおよび目標ＥＧＲ量Ｗ_AIMに基づき、開度補正量算出マップを参照することによって、ＥＧＲバルブ８２の開度補正量αを算出するようにしている。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１４において、ステップＳＴ１３で得られたＥＧＲバルブ８２の開度補正量αに応じて、ＥＧＲバルブ８２への制御指令値を補正する。そして、補正した制御指令値をＥＧＲバルブ８２へ送り、ＥＧＥバルブ８２を駆動する。

この実施形態によれば、排気ガス中のＰＭの堆積に起因するＥＧＲクーラ８３の経年劣化によらず、高精度に目標ＥＧＲ量Ｗ_AIMを確保することができる。

すなわち、ＥＧＲクーラ８３に次第に堆積するＰＭ堆積量を、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCを用いて積算している。詳しくは、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCからＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔを算出し（ステップＳＴ７）、算出されたＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔから現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δしている（ステップＳＴ９）。そして、算出された現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δからＥＧＲ量の減少量ΔＷを算出している（ステップＳＴ１２）。これにより、現在のＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを精度よく算出することができ、ＥＧＲクーラ８３の経年劣化に起因するＥＧＲ量の減少量ΔＷを精度よく算出することができる。そして、ＥＧＲ量の減少量ΔＷからＥＧＲバルブ８２の開度補正量αを精度よく算出することができるので、ＥＧＲクーラ８３の経年劣化を考慮したＥＧＲ量Ｗの制御を行うことができ、高精度に目標ＥＧＲ量Ｗ_AIMを確保することができる。

−他の実施形態−
上記実施形態では、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCの３つの濃度に基づいて、ＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを算出した。しかし、これに限らず、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCのうち、１つまたは２つの濃度に基づいて、ＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを算出してもよい。この場合にも、算出されたＰＭ堆積量δに基づいて、ＥＧＲ量の減少量ΔＷを算出し、算出されたＥＧＲ量の減少量ΔＷに基づいて、ＥＧＲバルブ８２の開度を補正することが可能である。そして、ＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δは、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCのうち、１つまたは２つの濃度から算出されるＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔに基づいて算出することが可能である。この際、上記の近似式（２）、（３）において、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCのうち、ＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔに用いない濃度の比例係数は、０とされる。

また、上記実施形態では、インジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJおよびエンジン１のオイル消費量ΔＬによって、ステップＳＴ２で算出した排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正した（ステップＳＴ４、ＳＴ５）。しかし、これに限らず、インジェクタ２の実開弁期間ｔ_INJおよびエンジン１のオイル消費量ΔＬのうち、いずれか１つのみによって排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを補正してもよい。

また、上記実施形態では、エンジン回転数Ｎｅおよび体積効率Ｅｖｏｌに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCを算出し（ステップＳＴ２）、ステップＳＴ７のＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔの算出を行った。しかし、これに限らず、排気通路１２に設けたセンサにより検出された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCに基づいて、ステップＳＴ７のＥＧＲクーラ８３へのＰＭ堆積速度ｄδ／ｄｔの算出を行うことも可能である。この場合、図１に示すように、排気通路１２の三元触媒１２ｃの上流側に、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTを検出するＳｏｏｔ濃度センサ３６、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFを検出するＳＯＦ濃度センサ３７、および、排気ガス中のＨＣ濃度Ｘ_HCを検出するＨＣ濃度センサ３８を設けておけばよい。Ｓｏｏｔ濃度センサ３６、ＳＯＦ濃度センサ３７、ＨＣ濃度センサ３８は、それぞれ排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、ＨＣ濃度Ｘ_HCに応じた信号を発生するもので、それぞれＥＣＵ１００に接続されている。

以上では、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOT、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOF、およびＨＣ濃度Ｘ_HCに基づいて、ＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを求めることによって、ＥＧＲバルブ８２の開度を補正した。しかし、これに限らず、ＥＧＲクーラ８３のＰＭ堆積量δを求めることなく、ＥＧＲバルブ８２の開度を補正することも可能である。具体的には、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが大きいときには、Ｓｏｏｔ濃度Ｘ_SOOTが小さいときに比べてＥＧＲバルブ８２の開度を大きくするようにＥＧＲバルブ８２の開度を補正する。なお、排気ガス中のＳＯＦ濃度Ｘ_SOFが大きいときには、ＳＯＦ濃度Ｘ_SOFが小さいときに比べてＥＧＲバルブ８２の開度を大きくするようにＥＧＲバルブ８２の開度を補正してもよい。あるいは、排気ガス中のＨＣ濃度Ｘ_HCが大きいときには、ＨＣ濃度Ｘ_HCが小さいときに比べてＥＧＲバルブ８２の開度を大きくするようにＥＧＲバルブ８２の開度を補正してもよい。

本発明は、燃焼室から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関に利用可能である。

１ エンジン
８ ＥＧＲ装置
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲバルブ
８３ ＥＧＲクーラ
１００ ＥＣＵ
Ｘ_SOOT 排気ガス中のＳｏｏｔ濃度
Ｘ_SOF 排気ガス中のＳＯＦ濃度
Ｘ_HC 排気ガス中のＨＣ濃度

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   排気ガス中のＳｏｏｔ濃度に基づいて、上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を算出し、
   算出されたＰＭ堆積量に基づいて、上記ＥＧＲ量の減少量を算出し、
   算出されたＥＧＲ量の減少量に基づいて、上記ＥＧＲバルブの開度を補正し、
   上記排気ガス中のＳｏｏｔ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、
   上記算出された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を、内燃機関のインジェクタの実開弁期間、および内燃機関のオイル消費量のうち、少なくとも１つによって補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   排気ガス中のＳｏｏｔ濃度が大きいときには、Ｓｏｏｔ濃度が小さいときに比べて上記ＥＧＲバルブの開度を大きくし、
   上記排気ガス中のＳｏｏｔ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、
   上記算出された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を、内燃機関のインジェクタの実開弁期間、および内燃機関のオイル消費量のうち、少なくとも１つによって補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   排気ガス中のＳＯＦ濃度に基づいて、上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量を算出し、
   算出されたＰＭ堆積量に基づいて、上記ＥＧＲ量の減少量を算出し、
   算出されたＥＧＲ量の減少量に基づいて、上記ＥＧＲバルブの開度を補正し、
   上記排気ガス中のＳＯＦ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、
   上記算出された排気ガス中のＳＯＦ濃度を、内燃機関のオイル消費量によって補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   排気ガス中のＳＯＦ濃度が大きいときには、ＳＯＦ濃度が小さいときに比べて上記ＥＧＲバルブの開度を大きくし、
   上記排気ガス中のＳＯＦ濃度は、内燃機関の回転数、および内燃機関の体積効率に基づいて算出され、
   上記算出された排気ガス中のＳＯＦ濃度を、内燃機関のオイル消費量によって補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量は、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度から算出される上記ＥＧＲクーラへのＰＭ堆積速度に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記ＥＧＲクーラのＰＭ堆積量は、排気ガス中のＳＯＦ濃度から算出される上記ＥＧＲクーラへのＰＭ堆積速度に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１、３、５、または６に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記ＥＧＲバルブの開度補正量は、上記算出されたＥＧＲ量の減少量から算出される現在のＥＧＲ量と、目標ＥＧＲ量との比に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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