JP5854328B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費向上、ノック（ノッキング）や排気エミッションの低減等を目的として、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を搭載するようにしたものがある。

しかし、ＥＧＲ装置を搭載した内燃機関は、減速時にスロットル開度（スロットルバルブの開度）を閉じ側に制御したときに、ＥＧＲ弁を閉弁するようにしても、ＥＧＲ弁の下流側のＥＧＲ通路内や吸気通路内にＥＧＲガスが滞留する（特にスロットルバルブの上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させるシステムでは、スロットルバルブの上流側の吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留する）ため、減速時やその後の再加速時に筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって燃焼状態が悪化して失火が発生し易くなるという問題がある。

この対策として、例えば、特許文献１（特開２０１０−３６７８０号公報）に記載されているように、減速要求があるときにスロットル開度を失火限界閉止速度よりも遅い速度で閉じることで、吸気通路にＥＧＲガスが大量に還流されることを防止して、燃焼悪化を抑制するようにしたものがある。

特開２０１０−３６７８０号公報

ところで、減速直前の運転状態によっては減速開始時に既に吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留していることもある。しかし、上記特許文献１の技術は、減速時にスロットル開度を失火限界閉止速度よりも遅い速度で閉じることで吸気管圧力の急低下（吸気管負圧の急増加）を抑制してＥＧＲガスの吸い込みを抑制する技術であり、減速開始時に既に吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留している場合には、筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって失火が発生する可能性がある。また、減速後の再加速時まで吸気通路内にＥＧＲガスが滞留している場合に対応することができず、再加速時に失火が発生する可能性もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止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。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ装置（２８）を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関（１１）の筒内に流入する筒内流入ＥＧＲガス量を推定又は検出する筒内流入ＥＧＲガス量判定手段（３６）と、内燃機関（１１）の運転状態に基づいて正常燃焼可能な筒内流入ＥＧＲガス量の上限値である失火限界ＥＧＲガス量を算出する失火限界ＥＧＲガス量算出手段（３６）と、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量とを比較して失火が発生するか否かを予測する失火発生予測手段（３６）と、この失火発生予測手段で失火が発生すると予測したときに失火を回避するように制御する失火回避制御を実行する失火回避制御手段（３６）とを備え、失火回避制御手段（３６）は、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出し、その要求失火対策効果量に応じた条件で失火回避制御を実行する構成としたものである。

この構成では、減速時や再加速時に拘らず、筒内流入ＥＧＲガス量が過剰に多くなって失火が発生すると予測したときに、失火回避制御を実行することができるため、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止することができる。

図１は本発明の一実施例における過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２はＥＧＲガスによる減速時や再加速時の失火を説明するタイムチャートである。 図３は失火回避制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図４は失火回避制御実行ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図５は失火回避制御選択マップの一例を概念的に示す図である。 図６は筒内流入ＥＧＲガス流量の演算方法を説明するブロック図である。 図７はＥＧＲ弁モデルを説明する図である。 図８はＥＧＲガス遅れモデルを説明するブロック図である。 図９は吸気管移流遅れモデルを説明する図である。 図１０は本実施例の失火回避制御の効果を説明するタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を過給機付きの内燃機関に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて過給機付きのエンジン制御システムの構成を概略的に説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５（排気通路）には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。

このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。この過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、モータ２０によって開度調節されるスロットルバルブ２１と、このスロットルバルブ２１の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ２２とが設けられている。

更に、スロットルバルブ２１の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラがサージタンク２３（吸気通路）と一体的に設けられている。尚、サージタンク２３やスロットルバルブ２１の上流側にインタークーラを配置するようにしても良い。サージタンク２３には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２４（吸気通路）が設けられ、各気筒毎に筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁（図示せず）が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

エンジン１１の各気筒の排気口には排気マニホールド２５が接続され、各気筒の排気マニホールド２５の下流側の集合部が排気タービン１８の上流側の排気管１５に接続されている。また、排気タービン１８の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路２６が設けられ、この排気バイパス通路２６に、排気バイパス通路２６を開閉するウェイストゲートバルブ２７が設けられている。

このエンジン１１には、排気管１５から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２８が搭載されている。このＥＧＲ装置２８は、排気管１５のうちの触媒１６の下流側と吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側との間にＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ通路）が接続され、このＥＧＲ配管２９に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３０と、ＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁３１が設けられている。このＥＧＲ弁３１は、モータ等のアクチュエータ（図示せず）によって開度が調整され、ＥＧＲ弁３１を開弁することで排気管１５のうちの触媒１６の下流側から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側へＥＧＲガスを還流させるようになっている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング機構３２と、排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング機構３３が設けられている。その他、エンジン１１には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３４や、クランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３５等が設けられ、クランク角センサ３５の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３６に入力される。このＥＣＵ３６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３６は、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷とエンジン回転速度等）に応じて目標ＥＧＲ率を算出し、この目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁３１の開度を制御する。

しかし、図２に示すように、ＥＧＲ装置２８を搭載したエンジン１１は、減速時にスロットル開度を閉じ側に制御したときに、ＥＧＲ弁３１を閉弁するようにしても、ＥＧＲ弁３１の下流側のＥＧＲ配管２９内や吸気管１２内にＥＧＲガスが滞留する（特にスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させるシステムでは、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留する）ため、そのままでは減速時やその後の再加速時に筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって燃焼状態が悪化して失火が発生し易くなるという問題がある。

この対策として、本実施例では、ＥＣＵ３６により後述する図３及び図４の失火回避制御用の各ルーチンを実行することで、後述する推定方法（図６乃至図９参照）により筒内流入ＥＧＲガス量（筒内に流入するＥＧＲガス量）を推定すると共に、エンジン運転状態に基づいて正常燃焼可能（失火せずに燃焼可能）な筒内流入ＥＧＲガス量の上限値である失火限界ＥＧＲガス量を算出し、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量とを比較して失火が発生するか否かを予測する。そして、失火が発生すると予測したときに、失火を回避するように制御する失火回避制御を実行する。その際、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出し、その要求失火対策効果量に応じた条件で失火回避制御を実行する。

尚、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量に代えて、筒内流入ＥＧＲ率と失火限界ＥＧＲ率を用いるようにしても良い。
筒内流入ＥＧＲ率＝（筒内流入ＥＧＲガス量／筒内流入総ガス量）
失火限界ＥＧＲ率＝（失火限界ＥＧＲガス量／筒内流入総ガス量）
ここで、筒内流入総ガス量＝筒内流入新気量＋筒内流入ＥＧＲガス量である。

以下、本実施例でＥＣＵ３６が実行する図３及び図４の失火回避制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［失火回避制御］
図３に示す失火回避制御ルーチンは、ＥＣＵ３６の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう失火回避制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転条件パラメータ（例えば、エンジン回転速度、吸入空気量等）を読み込む。

この後、ステップ１０２に進み、図示しない筒内流入ＥＧＲガス量推定ルーチンを実行することで、後述する推定方法（図６乃至図９参照）により筒内流入ＥＧＲガス量を推定する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう筒内流入ＥＧＲガス量判定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、エンジン運転状態（例えば吸入空気量等）に基づいて失火限界ＥＧＲガス量（正常燃焼可能な筒内流入ＥＧＲガス量の上限値）をマップ又は数式等により算出する。この失火限界ＥＧＲガス量のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう失火限界ＥＧＲガス量算出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０４に進み、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量とを比較して失火が発生するか否かを予測する。具体的には、失火限界ＥＧＲガス量と筒内流入ＥＧＲガス量との差分値が所定の閾値よりも小さいか否かによって、失火が発生するか否かを予測する。筒内流入ＥＧＲガス量が失火限界ＥＧＲガス量を越えると、失火が発生するため、失火限界ＥＧＲガス量と筒内流入ＥＧＲガス量との差分値が閾値よりも小さいか否かを判定すれば、失火が発生するか否かを精度良く予測することができる。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう失火発生予測手段としての役割を果たす。

このステップ１０４で、失火が発生すると予測した場合（失火限界ＥＧＲガス量と筒内流入ＥＧＲガス量との差分値が閾値よりも小さいと判定した場合）には、ステップ１０５に進み、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差（つまり失火限界ＥＧＲガス量に対する筒内流入ＥＧＲガス量の超過分であり、燃焼悪化度合の情報となる）に基づいて、失火回避に必要な要求失火対策効果量をマップ又は数式等により算出する。この要求失火対策効果量のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。

尚、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差（失火限界ＥＧＲガス量に対する筒内流入ＥＧＲガス量の超過分）を筒内流入総ガス量で除算した値を、要求失火対策効果量として算出するようにしても良い。或は、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量に代えて、筒内流入ＥＧＲガス率と失火限界ＥＧＲ率を用いる場合には、筒内流入ＥＧＲガス率と失火限界ＥＧＲ率との差（失火限界ＥＧＲ率に対する筒内流入ＥＧＲガス率の超過分）を要求失火対策効果量として算出するようにしても良い。

この後、ステップ１０６に進み、図４の失火回避制御実行ルーチンを実行することで、次のようにして失火回避に必要な要求失火対策効果量に応じた条件で失火回避制御を実行する。

まず、ステップ２０１で、現在の運転状態（例えば、エンジン回転速度、負荷、車速、アクセル開度、シフトレバーのシフト位置等）や現在選択されている走行モード（例えば、エコモードやスポーツモード等）に基づいて、次の(1) 〜(4) の優先条件の中から今回の優先条件を選択する。

(1) 燃費優先
(2) ドラビリ優先（ドライバビリティ優先）
(3) 応答性優先
(4) エミッション優先

このステップ２０１で、上記(1) 〜(4) の優先条件の中から今回の優先条件を選択した後、次のステップ２０２〜２０５のいずれかで、図５に示す失火回避制御選択マップを用いて、複数種類の失火回避制御の中から、要求失火対策効果量と今回の優先条件を満たす失火回避制御を選択して実行する。図５の失火回避制御選択マップは、複数種類の失火回避制御に対して、各失火回避制御毎にそれぞれの失火限界拡大効果量と燃費悪化度とドラビリ悪化度と応答性悪化度とエミッション悪化度が設定されている。この失火回避制御選択マップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。

具体的には、上記ステップ２０１で、今回の優先条件として、(1) 燃費優先が選択された場合には、ステップ２０２に進み、図５に示す失火回避制御選択マップの失火限界拡大効果量と燃費悪化度の項目を参照して、複数種類の失火回避制御の中から、失火限界拡大効果量の合計値が要求失火対策効果量以上となり且つ燃費悪化度の合計値が最小となるように失火回避制御の組み合わせ（又は１つの失火回避制御）を選択し、その選択した失火回避制御を実行する。

また、上記ステップ２０１で、今回の優先条件として、(2) ドラビリ優先が選択された場合には、ステップ２０３に進み、図５に示す失火回避制御選択マップの失火限界拡大効果量とドラビリ悪化度の項目を参照して、複数種類の失火回避制御の中から、失火限界拡大効果量の合計値が要求失火対策効果量以上となり且つドラビリ悪化度の合計値が最小となるように失火回避制御の組み合わせ（又は１つの失火回避制御）を選択し、その選択した失火回避制御を実行する。

また、上記ステップ２０１で、今回の優先条件として、(3) 応答性優先が選択された場合には、ステップ２０４に進み、図５に示す失火回避制御選択マップの失火限界拡大効果量と応答性悪化度の項目を参照して、複数種類の失火回避制御の中から、失火限界拡大効果量の合計値が要求失火対策効果量以上となり且つ応答性悪化度の合計値が最小となるように失火回避制御の組み合わせ（又は１つの失火回避制御）を選択し、その選択した失火回避制御を実行する。

また、上記ステップ２０１で、今回の優先条件として、(4) エミッション優先が選択された場合には、ステップ２０５に進み、図５に示す失火回避制御選択マップの失火限界拡大効果量とエミッション悪化度の項目を参照して、複数種類の失火回避制御の中から、失火限界拡大効果量の合計値が要求失火対策効果量以上となり且つエミッション悪化度の合計値が最小となるように失火回避制御の組み合わせ（又は１つの失火回避制御）を選択し、その選択した失火回避制御を実行する。

ここで、複数種類の失火回避制御としては、例えば、次のような制御が挙げられる。
・燃料噴射量を増量する燃料噴射量増量制御
・点火放電時間を長くして点火エネルギを増加させる第１の点火エネルギ増加制御
・点火放電電流を大きくして点火エネルギを増加させる第２の点火エネルギ増加制御
・点火回数を増やして点火エネルギを増加させる第３の点火エネルギ増加制御
・タンブル制御弁により筒内のタンブル流を強化する第１の気流強化制御
・スワール制御弁により筒内のスワール流を強化する第２の気流強化制御
・吸気バルブのリフト量を小さくし筒内への吸気通路を絞ることで筒内に流入する吸気の流速を速くして気流を強化する第３の気流強化制御
・筒内に新気を噴射可能な新気噴射弁により筒内に新気を噴射して気流を強化する第４の気流強化制御
・スロットル開度を増加させて吸入空気量を増加させる吸入空気量増加制御

燃料噴射量増量制御により燃料噴射量を増量すれば、混合気の着火性や燃焼速度を高めて燃焼状態を改善することができ、失火の発生を防止することができる。また、点火エネルギ増加制御により点火エネルギを増加させれば、混合気の着火性を高めて燃焼状態を改善することができ、失火の発生を防止することができる。また、気流強化制御により筒内の気流を強化すれば、混合気の燃焼速度を高めて燃焼状態を改善することができ、失火の発生を防止することができる。更に、吸入空気量増加制御により吸入空気量を増加させれば、筒内充填空気量を増加させて耐ＥＧＲ性を高めることができ、失火の発生を防止することができる。

尚、図４のルーチンでは、要求失火対策効果量に応じて失火回避制御の種類と組み合わせを変更するようにしたが、これに限定されず、例えば、要求失火対策効果量に応じて失火回避制御の制御量（例えば、燃料噴射増加量、点火エネルギ増加量、気流強化増加量、吸入空気増加量等）や実施タイミングを変更するようにしても良い。

この後、図３の１０７に進み、吸入空気量増加制御を実行する場合（失火回避制御として吸入空気量増加制御を選択した場合）には、吸入空気量増加制御によるトルク変化（トルク増加）を防止するトルク補正制御を実行する。これにより、吸入空気量増加制御によるトルク増加分をトルク補正制御によるトルク減少分で打ち消して、吸入空気量増加制御によるトルク変化を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

トルク補正制御としては、例えば、次のような制御が挙げられる。
・複数気筒のうちの一部の気筒の運転を休止してトルクを減少させる制御
・点火時期を最適点火時期ＭＢＴよりも遅角してトルクを減少させる制御
・ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）により制動力を発生させてトルクを減少させる制御
・エンジン１１の補機（例えばエアコンのコンプレッサ、電動ファン等）を駆動してトルクを減少させる制御

その後、上記ステップ１０４で、失火限界ＥＧＲガス量と筒内流入ＥＧＲガス量と差分値が閾値以上であると判定した場合には、ステップ１０８に進み、失火回避制御を終了する（トルク補正制御を実行していた場合にはトルク補正制御も終了する）。

［筒内流入ＥＧＲガス量推定］
次に、図６乃至図９を用いて筒内流入ＥＧＲガス量の推定方法を説明する。
本実施例のように、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）にＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ方式のＥＧＲ装置２８を採用したシステムの場合には、ＥＣＵ３６により筒内流入ＥＧＲガス流量を次のようにして演算（推定）する。

図６に示すように、筒内流入総ガス流量演算部３７では、まず、吸気管１２内を流れる気体がスロットルバルブ２１を通過する挙動を模擬したスロットルモデル３９を用いて、スロットル通過総ガス流量（スロットルバルブ２１を通過する総ガス流量）を演算する。尚、スロットルモデル３９として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載されたスロットルモデルを使用しても良い。

また、エアフローメータ１４で検出した新気流量（吸気管１２内を流れる新気の流量）を用いて、スロットル通過総ガス流量の演算値（スロットルモデル３９を用いて演算したスロットル通過総ガス流量）を補正するようにしても良い。具体的には、所定の補正値学習条件が成立したとき（例えば定常運転状態のとき）に、エアフローメータ１４で検出した新気流量とスロットル通過総ガス流量の演算値との差をガス流量補正値として算出して記憶する。そして、このガス流量補正値を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。これにより、スロットル通過総ガス流量を精度良く求めることができる。

或は、エアフローメータ１４を備えていないシステムの場合には、吸気管圧力センサ（図示せず）で検出した吸気管圧力に基づいて新気流量を推定（演算）し、この推定した新気流量を用いて、スロットル通過総ガス流量の演算値を補正するようにしても良い。具体的には、所定の補正値学習条件が成立したとき（例えば定常運転状態のとき）に、吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力に基づいて新気流量をマップ又は数式等により推定（演算）すると共に、空燃比フィードバック補正量に基づいて新気流量の補正値をマップ又は数式等により演算し、この補正値を用いて、吸気管圧力から推定した新気流量を補正する。この後、吸気管圧力から推定した新気流量（補正後の新気流量）とスロットル通過総ガス流量の演算値との差をガス流量補正値として算出して記憶する。そして、このガス流量補正値を用いてスロットル通過総ガス流量の演算値を補正する。これにより、エアフローメータ１４を備えていないシステムの場合でも、スロットル通過総ガス流量を精度良く求めることができる。

この後、スロットルバルブ２１を通過した気体がスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）内に充填される挙動を模擬したインマニモデル４０を用いて、スロットル通過総ガス流量と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいてインマニ圧力（スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路内の圧力）を演算する。尚、インマニモデル４０として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気管モデルを使用しても良い。

この後、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填された気体が筒内に吸入される挙動を模擬した吸気弁モデル４１を用いて、インマニ圧力に基づいて筒内流入総ガス流量（＝筒内流入新気流量＋筒内流入ＥＧＲガス流量）を演算する。尚、吸気弁モデル４１として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気弁モデルを使用しても良い。

一方、筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８では、まず、ＥＧＲ配管２９内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁３１を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル４２を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量（ＥＧＲ弁３１を通過するＥＧＲガス流量）を演算する。

図７に示すように、ＥＧＲ弁モデル４２は、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップにより構築され、このＥＧＲ弁通過ガス流量のマップを用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とに応じたＥＧＲ弁通過ガス流量を演算する。ＥＧＲ弁通過ガス流量のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。

或は、ＥＧＲ弁モデル４２を、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr との関係を規定する物理式により構築するようにしても良い。
具体的には、次の絞りの式（オリフィスの式）でＥＧＲ弁モデル４２を近似する。

ここで、Ｃは流量係数で、ＡはＥＧＲ弁３１の開度に応じて変化するＥＧＲ配管２９の開口断面積である。また、Ｒは気体定数で、Ｔegr はＥＧＲ弁３１の上流側のＥＧＲガスの温度であり、Φ（Ｐout ／Ｐin）は（Ｐout ／Ｐin）を変数とする関数である。

この場合、上記の絞りの式（オリフィスの式）を用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲガスの温度とに基づいてＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr を演算する。

この後、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル４３（図６参照）を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する。

図８に示すように、ＥＧＲガス遅れモデル４３は、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路（吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側）に流入する挙動を模擬した新気合流遅れモデル４４と、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの挙動を模擬した吸気管移流遅れモデル４５と、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填される挙動を模擬したインマニ充填遅れモデル４６と、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬した吸気ポート移流遅れモデル４７とから構成されている。

これにより、ＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入する際の遅れと、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの移流遅れと、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填される際の充填遅れと、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの移流遅れを、筒内流入ＥＧＲガス流量の演算に反映させることができ、筒内流入ＥＧＲガス流量の推定精度を高めることができる。

筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する場合には、まず、新気合流遅れモデル４４を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr(a)に基づいてスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)を演算する。

新気合流遅れモデルは、下記（１）式で近似されている。
Ｍegr(b)＝｛Ｋ1 ／（τ1 ＋１）｝×Ｍegr(a) ……（１）

上記（１）式の係数Ｋ1 と時定数τ1 は、それぞれＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ弁３１から吸気管１２との合流部までの部分）の配管径と長さ、吸気管１２の配管径等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、吸気管移流遅れモデル４５を用いて、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)とスロットル通過総ガス流量Ｍthとに基づいてスロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)を演算する。

図９に示すように、吸気管移流遅れモデル４５は、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列（例えばサンプル時間１６ｍｓ毎に離散化した３２個の行列）により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。一般に、吸気管１２内のＥＧＲガスの移送速度は、ＥＣＵ３６の演算処理速度と比較して十分に遅いため、任意時間で離散化した行列により吸気管移流遅れモデル４５を構築することができる。この吸気管移流遅れモデル４５で用いる各種の係数は、それぞれ吸気管１２（ＥＧＲ配管２９との合流部からスロットルバルブ２１までの部分）の配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、図８に示すように、インマニ充填遅れモデル４６を用いて、スロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)に基づいてスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)を演算する。

インマニ充填遅れモデル４６は、下記（２）式で近似されている。
Ｍegr(d)＝｛Ｋ2 ／（τ2 ＋１）｝×Ｍegr(c) ……（２）

上記（２）式の係数Ｋ2 とインマニ充填遅れ時定数τ2 は、それぞれスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（吸気管１２のうちのスロットルバルブ２１の下流側の部分、サージタンク２３、吸気マニホールド２４等）の配管径と長さと容積等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。尚、インマニモデル４０でインマニ充填遅れ時定数を用いる場合には、インマニモデル４０で用いたインマニ充填遅れ時定数をインマニ充填遅れモデル４６で使用するようにしても良い。

この後、吸気ポート移流遅れモデル４７を用いて、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量Ｍegr(e)を演算する。

吸気ポート移流遅れモデル４７は、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。この吸気ポート移流遅れモデル４７で用いる各種の係数は、それぞれ吸気ポートの配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

図１０（ａ）に示す従来例（その１）のように、失火回避制御を実行しないシステムの場合、減速時にスロットル開度を閉じ側に制御したときに、吸入空気量が減少して失火限界ＥＧＲガス量が低下すると共に、吸気通路内にＥＧＲガスが滞留するため、減速時や再加速時に筒内流入ＥＧＲガス量が失火限界ＥＧＲガス量を越えて失火が発生する可能性がある。

一方、図１０（ｂ）に示す従来例（その２）ように、減速時に燃焼悪化抑制制御（スロットル開度を失火限界閉止速度よりも遅い速度で閉じる制御）を実行するシステムの場合、減速初期の失火しない領域（筒内流入ＥＧＲガス量が失火限界ＥＧＲガス量以下になる領域）で焼悪化抑制制御を必要以上に実行して燃費が悪化する可能性がある。また、燃焼悪化抑制制御を実行しても、その後、筒内流入ＥＧＲガス量が失火限界ＥＧＲガス量を越えて失火が発生する可能性がある。更に、減速後の再加速時まで吸気通路内にＥＧＲガスが滞留している場合に対応することができず、再加速時に失火が発生する可能性もある。

これに対して、図１０（ｃ）に示すように、本実施例では、ＥＧＲガス流量の挙動を模擬したモデルを用いて筒内流入ＥＧＲガス量を推定すると共に、エンジン運転状態に基づいて失火限界ＥＧＲガス量を算出し、失火限界ＥＧＲガス量と筒内流入ＥＧＲガス量との差分値が所定の閾値よりも小さいか否かによって、失火が発生するか否かを予測する。そして、失火が発生すると予測したときに、失火回避制御（例えば、燃料噴射量増量制御、点火エネルギ増加制御、気流強化制御、吸入空気量増加制御等）を実行する。これにより、減速時や再加速時に拘らず、筒内流入ＥＧＲガス量が過剰に多くなって失火が発生すると予測したときに、失火回避制御を実行することができるため、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止することができる。

また、本実施例では、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出し、その要求失火対策効果量に応じた条件で失火回避制御を実行するようにしたので、要求失火対策効果量に応じて失火回避制御を実行する際の条件（例えば、失火回避制御の種類、組み合わせ、制御量、実施タイミング等）を変更することができ、要求失火対策効果量を実現するのに適した条件で失火回避制御を実行することができる。

更に、本実施例では、要求失火対策効果量に応じた条件で失火回避制御を実行する際に、燃費やドライバビリティやエミッションへの影響、失火回避制御の応答性を考慮して複数種類の失火回避制御の中から今回実行する失火回避制御を選択するようにしたので、失火回避制御による燃費やドライバビリティやエミッションの悪化を抑制したり、失火回避制御の応答遅れを抑制することができる。

尚、上記実施例では、ＥＧＲガス流量の挙動を模擬したモデルを用いて筒内流入ＥＧＲガス量を演算（推定）するようにしたが、筒内流入ＥＧＲガス量の推定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、吸気管圧力センサやエアフローメータの出力信号等に基づいて筒内流入ＥＧＲガス量を演算（推定）するようにしても良い。また、筒内流入ＥＧＲガス量の情報として、吸気管１２内に残留するＥＧＲガス量をセンサで検出するようにしても良い。

また、上記実施例では、筒内流入ＥＧＲガス量と失火限界ＥＧＲガス量との差に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出するようにしたが、これに限定されず、例えば、エンジン運転状態（例えば吸入空気量等）に応じて失火限界ＥＧＲガス量が変化することを考慮して、筒内流入ＥＧＲガス量とエンジン運転状態に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出するようにしても良い。

また、上記実施例では、排気管１５のうちの触媒１６の下流側から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側へＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２８を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、排気管のうちの排気タービンの上流側から吸気管のうちのスロットルバルブの下流側へＥＧＲガスを還流させるＨＰＬ方式（高圧ループ方式）のＥＧＲ装置を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用しても良い。

更に、本発明は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したエンジンに限定されず、機械駆動式の過給機（いわゆるスーパーチャージャ）や電動式の過給機を搭載したエンジンに適用しても良い。

その他、本発明は、過給機付きエンジンに限定されず、過給機を搭載していない自然吸気エンジン（ＮＡエンジン）に適用しても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、２８…ＥＧＲ装置、３６…ＥＣＵ（筒内流入ＥＧＲガス量判定手段，失火発生予測手段，失火回避制御手段，失火限界ＥＧＲガス量算出手段）

Claims (4)

1. 内燃機関（１１）の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ装置（２８）を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関（１１）の筒内に流入する筒内流入ＥＧＲガス量を推定又は検出する筒内流入ＥＧＲガス量判定手段（３６）と、
   前記内燃機関（１１）の運転状態に基づいて正常燃焼可能な前記筒内流入ＥＧＲガス量の上限値である失火限界ＥＧＲガス量を算出する失火限界ＥＧＲガス量算出手段（３６）と、
   前記筒内流入ＥＧＲガス量と前記失火限界ＥＧＲガス量とを比較して失火が発生するか否かを予測する失火発生予測手段（３６）と、
   前記失火発生予測手段で失火が発生すると予測したときに失火を回避するように制御する失火回避制御を実行する失火回避制御手段（３６）とを備え、
   前記失火回避制御手段（３６）は、前記筒内流入ＥＧＲガス量と前記失火限界ＥＧＲガス量との差に基づいて失火回避に必要な要求失火対策効果量を算出し、その要求失火対策効果量に応じた条件で前記失火回避制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記失火回避制御手段（３６）は、前記要求失火対策効果量に応じた条件で前記失火回避制御を実行する際に、燃費、ドライバビリティ、応答性、エミッションのうちの少なくとも１つを考慮して複数種類の失火回避制御の中から今回実行する失火回避制御を選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記失火回避制御手段（３６）は、前記失火回避制御として、燃料噴射量を増量する燃料噴射量増量制御と、点火エネルギを増加させる点火エネルギ増加制御と、筒内の気流を強化する気流強化制御と、吸入空気量を増加させる吸入空気量増加制御のうちの少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記失火回避制御手段（３６）は、前記吸入空気量増加制御を実行する場合に該吸入空気量増加制御によるトルク変化を防止するトルク補正制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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