JP5966746B2 - 内燃エンジンシステムの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、内燃エンジンに排気を再循環させる内燃エンジンシステムに関する。

ＥＧＲ量の誤差が大きいと、失火やノッキングが発生する。そこで、特許文献１では、車両の加減速時においてＥＧＲ弁から吸気系へのＥＧＲガスの遅れ時間が推定され、遅れ時間に基づいてスロットル弁の駆動速度が遅延される。

特開平７−０８３０８６号公報

しかしながら、前述した従来のシステムによっても、内燃機関の挙動変化時においては要求されるＥＧＲ量よりも実際に供給されるＥＧＲ量の誤差が大きくなり、失火やノッキングが発生する可能性がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、内燃エンジンでの失火やノッキングの発生をより確実に防ぐことにある。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明による制御装置は、内燃エンジンの運転状態に基づいて、目標ＥＧＲ率により定められるスロットル弁の目標開口面積とＥＧＲ弁の目標開口面積とを算出する算出部を含む。さらに、ＥＧＲ弁の目標開口面積の変化に応じて、ＥＧＲ弁の実流量を特定する特定部と、ＥＧＲ弁の実流量に基づいて、前記スロットル弁の目標開口面積を、正常燃焼に必要なＥＧＲ率の限界値により制限する制限部と、を含む。そして制御装置は、前記制限部で制限された目標開口面積に基づいてスロットル弁を制御し、前記算出部で算出された目標開口面積に基づいてＥＧＲ弁を制御する。
ことを特徴とする。

この態様によれば、制御装置は、ＥＧＲ弁の実流量に基づいて、ＥＧＲ率の限界値によりスロットル弁の開口面積を制限するので、内燃エンジンでの失火やノッキングの発生をより確実に防ぐことができる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態における内燃エンジンシステムを示す図である。 図２は、内燃エンジンシステムの制御方法を示すフローチャートである。 図３は、内燃エンジンシステムの燃料効率を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態における制御方法を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における内燃エンジンシステムを示す構成図である。

内燃エンジンシステム１００は、内燃エンジン２０に排ガスを再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）システムである。

内燃エンジンシステム１００は、吸気通路１と、排気通路２と、ＥＧＲ通路３と、内燃エンジン２０と、コントローラー１１０と、アクセルペダル操作量センサー１１１と、クランク角センサー１１２と、ブレーキ機構１２１と、燃料タンク１２２と、を備える。

吸気通路１は、通路の一端が大気に開放され、他端が内燃エンジン２０に接続される。吸気通路１には、エアフロメーター１１とスロットル弁１２とが設けられる。さらに吸気通路１の途中には、吸気コレクター４が設けられる。吸気コレクター４には、圧力センサー１３が設けられる。

エアフロメーター１１は、大気から吸気通路１に流入する新気の流量を計測する。エアフロメーター１１は、計測された新気の流量を示す新気流量信号をコントローラー１１０に出力する。

スロットル弁１２は、コントローラー１１０の制御に従って、内燃エンジン２０に供給する新気の流量を調整する制御バルブである。コントローラー１１０の制御によってスロットル弁１２が開かれると、吸気通路１を流れる新気は吸気コレクター４を通過する。

圧力センサー１３は、吸気コレクター４を流れる新気の圧力を検出する。圧力センサー１３は、検出された新気の圧力を示す新気圧力信号をコントローラー１１０に出力する。スロットル弁１２の開口面積は、圧力センサー１３の信号に基づいて調整される。吸気コレクター４を通過する新気は、吸気通路１を通じて内燃エンジン２０へ供給される。

内燃エンジン２０は、吸気通路１から供給される新気に燃料を混合し、混合された燃料の燃焼によって生じるエネルギーをクランクシャフトの回転運動に変換する。内燃エンジン２０は、吸気弁機構２１と、インジェクター２２と、点火プラグ２３と、排気弁機構２４と、を備える。

吸気弁２１は、開閉し、スロットル弁１２から供給される新気を内燃エンジン２０の燃焼室に供給する。

インジェクター２２は、内燃エンジン２０に設けられる燃料噴射弁である。インジェクター２２は、本実施形態では、燃料タンク１２２に貯留された燃料を燃焼室内に噴射する。インジェクター２２は、吸気弁２１により燃焼室に新気が吸入されると、コントローラー１１０の制御に従って燃料を噴射する。

点火プラグ２３は、内燃エンジン２０の燃焼室の上部に設けられる。点火プラグ２３は、インジェクター２２から燃料室内に噴射された燃料を点火する。

排気弁２４は、点火プラグ２３により点火された燃料を排ガスとして内燃エンジン２０の燃焼室から排気通路２に排出する。

排気通路２は、内燃エンジン２０の燃焼室から排ガスを排出する通路である。排気通路２には、排気浄化触媒２５と排気浄化触媒２６が連なって設けられる。

排気浄化触媒２５及び排気浄化触媒２６は、排気通路２を流れる排ガスを浄化する三元触媒である。排気浄化触媒２５と排気浄化触媒２６とによって、排ガスに含まれる窒素酸化物が除去され、除去された排ガスが排気通路２を通じて大気中に排出される。また、排気浄化触媒２５と排気浄化触媒２６との間にＥＧＲ通路３が繋がれる。なお、排気浄化触媒２５よりも上流側の排気通路２にＥＧＲ通路３を繋ぐようにしてもよい。

ＥＧＲ通路３は、排気通路２と吸気コレクター４との間を結ぶ通路である。本実施形態では、ＥＧＲ通路３を流れる排ガスを、以下「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲ通路３には、ＥＧＲ弁３１と、圧力センサー３２と、温度センサー３３と、ＥＧＲクーラー３４と、が設けられる。

ＥＧＲクーラー３４は、ＥＧＲ通路３を流れる高温のＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲガスの冷却によって、高温のＥＧＲガスが内燃エンジン２０に供給されることで圧縮行程中に燃料が自己発火する、いわゆるノッキングが抑制される。

温度センサー３３は、ＥＧＲクーラー３４で冷却されたＥＧＲガスの温度を測定する。温度センサー３３は、測定された温度を示すＥＧＲ温度信号をコントローラー１１０に出力する。ＥＧＲクーラー３４は、温度センサー３３の信号に基づいて制御される。

圧力センサー３２は、排気通路２からＥＧＲ通路３を流れるＥＧＲガスの圧力を検出する。圧力センサー３２は、検出された圧力を示すＥＧＲガス圧力信号をコントローラー１１０に出力する。圧力センサー３２は、ＥＧＲ弁３１とＥＧＲクーラー３４との間を結ぶＥＧＲ通路３に設けられる。ＥＧＲ弁３１の流量は、圧力センサー３２の信号に基づいて調整される。

ＥＧＲ弁３１は、コントローラー１１０の制御に従って、内燃エンジン２０に供給するＥＧＲガスの流量を調整する制御バルブである。例えば、ＥＧＲ弁３１は、ステッピングモーターによって開閉される。すなわち、ＥＧＲ弁３１の開口面積は、ステッピングモーターのステップ数に基づいて調整される。本実施形態では、ＥＧＲ弁３１は、スロットル弁１２の作動速度よりも遅い。

ＥＧＲ弁３１がコントローラー１１０の制御により開かれると、ＥＧＲガスが吸気コレクター４に流れ、スロットル弁１２からの新気と合流する。新気と合流したＥＧＲガスは内燃エンジン１０の燃焼室に吸入される。燃焼室内にＥＧＲガスを流入させることで、燃焼に使われる燃焼室内のガスの割合が低下し、内燃エンジン２０の燃焼効率が下がるので、燃焼室の温度上昇が抑制されてノッキングの発生が抑えられる。

ＥＧＲ弁３１から供給されるＥＧＲガスの流量と、スロットル弁１２から供給される新気の流量との比、すなわちＥＧＲ率は、内燃エンジン２０の運転状態によって決定される。内燃エンジン２０の運転状態を特定するためには、例えば、ブレーキ機構１２１、アクセルペダル操作量センサー１１１や、クランク角センサー１１２等の検出情報が用いられる。

ブレーキ機構１２１は、運転者によるブレーキペダルの踏込量に基づいて車両を減速させる。ブレーキ機構１２１の状態情報は、コントローラー１１０に出力される。

アクセルペダル操作量センサー１１１は、運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出する。アクセルペダル操作量センサー１１１は、検出された踏込量を示す操作量信号をコントローラー１１０に出力する。例えば、操作量信号は、アクセルペダルの踏込量が大きくなるほど、信号レベルが高くなる。

クランク角センサー１１２は、内燃エンジン２０のクランクシャフトの近傍に設けられる。クランク角センサー１１２は、クランクシャフトの回転角を検出する。クランク角センサー１１２は、クランクシャフトが特定の回転角になった時にクランク角信号をコントローラー１１０に出力する。

コントローラー１１０は、内燃エンジン２０の運転状態に基づいて、燃焼室内のＥＧＲ率を制御する。コントローラー１１０は、スロットル弁１２の開度と、ＥＧＲ弁３１の開度と、を制御してＥＧＲ率を調整する。

本実施形態では、コントローラー１１０は、アクセルペダル操作量センサー１１１から操作量信号を受け、操作量信号に基づいて目標エンジントルクを算出する。また、コントローラー１１０は、クランク角センサー１１２からクランク角信号を受け、クランク角信号に基づいてエンジン回転速度を算出する。

コントローラー１１０は、目標エンジントルクとエンジン回転速度とに基づいて、目標新気量と目標ＥＧＲ率とを算出する。そしてコントローラー１１０は、目標新気量と目標ＥＧＲ率とに基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積と、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積とを算出する。コントローラー１１０は、スロットル弁１２を目標開口面積に調整するとともに、ＥＧＲ弁３１を目標開口面積に調整する。

このような内燃エンジンシステムにおいて、ＥＧＲ弁の作動速度がスロットル弁よりも遅い場合には、ＥＧＲ弁の開度を変更するときに、内燃エンジン２０に吸入されるＥＧＲガスの流量の誤差が一時的に大きくなり、内燃エンジンで燃焼異常が発生することがある。例えば、ＥＧＲガスの流量が多くなりすぎると、内燃エンジンで失火が発生してしまう。逆に、ＥＧＲガスの流量が少ないと、内燃エンジンの燃焼効率を十分に下げることができず、ノッキングが発生してしまう。

そこで、本発明では、ＥＧＲ弁の開口面積を変更する場合には、ＥＧＲ弁を流れるＥＧＲガスの実流量を特定し、ＥＧＲガスの実流量に基づいてスロットル弁の開度を制御することで、失火やノッキングの発生を防止する。

本実施形態では、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積を算出すると、算出された目標開口面積と、その直前に算出された前回の目標開口面積とを比較し、前回の目標開口面積から今回の目標開口面積が増減したか否かを判断する。ＥＧＲ弁３１の目標開口面積が増減した場合には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積を推定する。そしてコントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積とＥＧＲガスの圧力とに基づいてＥＧＲ弁３１の実流量を特定する。なお、ＥＧＲ弁３１の実流量は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積が大きくなるほど大きくなり、かつ、ＥＧＲガスの圧力が大きくなるほどＥＧＲ弁３１の実流量は大きくなる。

具体的には、コントローラー１１０には、ＥＧＲ弁３１への駆動指令に対する応答遅れ時間、ＥＧＲ弁３１の作動速度や、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積の履歴などが記憶されている。コントローラー１１０は、増減した目標開口面積が算出されると、ＥＧＲ弁３１の応答遅れ時間と作動速度に基づいてＥＧＲ弁３１の実開口面積を算出し、算出した実開口面積を目標開口面積の履歴を用いて補正することで、ＥＧＲ弁３１の実開口面積を推定する。

あるいは、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の開度を検出する開度センサーがＥＧＲ弁３１に設けられている場合には、開度センサーの検出結果に基づいてＥＧＲ弁３１の実開口面積を算出してもよい。なお、ＥＧＲ弁３１の開度が大きくなるほど、実開口面積は大きくなる。

コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積を特定すると、ＥＧＲ弁３１の実開口面積に基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積を、正常燃焼に必要なＥＧＲ率の限界値により制限する。

ＥＧＲ率の限界値には、失火限界値とノック限界値がある。失火限界値は、内燃エンジン２０の失火防止のために規定されるＥＧＲ率の下限値である。ノック限界値は、ノッキングの発生を防止するために規定されるＥＧＲ率の上限値である。なお、ＥＧＲ率の限界値は、固定値でもよい。あるいは、ＥＧＲ率の限界値は、コントローラー１１０で算出された目標ＥＧＲ率に一定の係数を乗じた値であってもよい。この場合には、コントローラー１１０は、失火限界値を、目標ＥＧＲ率に「１．０」よりも大きい係数を乗じて算出し、ノック限界値を、目標ＥＧＲ率に「１．０」よりも小さい係数を乗じて算出する。

コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の開度を大きくする場合には、失火限界値により定められるスロットル弁１２の開口面積を、スロットル弁１２の目標開口面積の下限値として設定する。一方、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の開度を小さくする場合には、ノック限界値により定められるスロットル弁１２の開口面積を、目標開口面積の上限値として設定する。

コントローラー１１０は、スロットル弁１２の制限値を超えない範囲で、スロットル弁１２の目標開口面積を設定する。すなわち、コントローラー１１０は、ＥＧＲ率の限界値により制限された目標開口面積に基づいてスロットル弁１２の開度を制御する。また、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積に基づいてＥＧＲ弁３１の開度を制御する。具体的には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積に対応するステッピングモーターのステップ数にＥＧＲ弁３１の開度を設定する。

本実施形態では、コントローラー１１０は、吸気コレクター４とＥＧＲ弁３１との間を結ぶＥＧＲ通路３と、吸気コレクター４とスロットル弁１２との間を結ぶ吸気通路１と、の容積比に基づいて、スロットル弁１２に対するＥＧＲ弁３１の制御タイミングを補正する。例えば、ＥＧＲ弁３１から流れるＥＧＲガスが吸気コレクター４に到達するまでの時間が、スロットル弁１２から流れる新気が吸気コレクター４に到達するまでの時間よりも遅い場合には、ＥＧＲ弁３１の開閉タイミングをスロットル弁１２よりも遅らせる。

このように、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の作動特性を考慮して、ＥＧＲ弁３１の実開口面積を推定し、実開口面積に基づいてスロットル弁１２の目標開口面積を制限する。したがって、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１とスロットル弁１２の作動速度の違いによってＥＧＲ弁３１の駆動中に生じるＥＧＲガスの流量の誤差を小さくすることができる。よって、ＥＧＲ弁３１の開閉時における内燃エンジン２０の失火やノッキングを防ぐことができる。

次に内燃エンジンシステム１００の動作の詳細について図面を参照して説明する。

図２は、内燃エンジンシステム１００のＥＧＲ率の制御方法の処理手順例を示すフローチャートである。図２では、コントローラー１１０には、所定期間ごとに、アクセルペダル操作量センサー１１１から操作量信号が入力され、クランク角センサー１１２からクランク角信号が入力される。

まず、コントローラー１１０は、ステップＳ９１１において、アクセルペダル操作量センサー１１１からの操作量信号に基づいて目標エンジントルクＴｅを算出し、クランク角信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９１２において、目標エンジントルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、目標新気量と目標ＥＧＲ率を算出する。例えば、コントローラー１１０には、目標エンジントルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとの関係により規定された目標新気量と目標ＥＧＲ率を示すＥＧＲ率マップが予め記憶されている。コントローラー１１０は、目標エンジントルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅを算出すると、ＥＧＲ率マップを参照し、目標エンジントルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅとで特定される目標新気量と目標ＥＧＲ率を取得する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９１３において、目標新気量と目標ＥＧＲ率とに基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡと、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡを算出する。

具体的には、コントローラー１１０は、圧力センサー１３で検出された新気の圧力を示す新気圧力信号を受け、新気圧力信号と目標新気量とに応じてスロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡを算出する。例えば、目標開口面積ＴＨＡは、新気圧力信号のレベルが低くなるほど、大気圧との圧力差が大きくなるため小さくなる。さらに目標開口面積ＴＨＡは、目標新気量が大きくなるほど、大きくなる。

また、コントローラー１１０は、算出された目標新気量に基づいて、目標ＥＧＲ率と一致するＥＧＲガスの目標流量を算出する。コントローラー１１０は、ＥＧＲガスの目標流量に基づいてＥＧＲ弁３１の開口面積を算出する。

具体的には、コントローラー１１０は、圧力センサー３２で検出されたＥＧＲガスの圧力を示すＥＧＲガス圧力信号と、ＥＧＲガスの目標流量とに応じて、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡを算出する。例えば、ＥＧＲガス圧力信号のレベルが低くなるほど、ＥＧＲガス圧力信号と新気圧力信号との圧力差が小さくなるため、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡは大きくなる。一方、ＥＧＲガスの目標流量が小さくなるほど、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡは小さくなる。

ステップＳ９１４において、コントローラー１１０は、今回算出した目標開口面積ｔＥＧＲＶＡが、前回の算出結果よりも増加したか否かを判断する。例えば、コントローラー１１０には、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの増減を判断するために定められた増加閾値と減少閾値とが予め記憶されている。そしてコントローラー１１０は、今回の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡを前回の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡから減算した差分が増加閾値を超えたか否かを判断する。コントローラー１１０は、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が増加閾値を超えた場合には、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡが増加したと判定する。

コントローラー１１０は、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡが増加したと判定すると、ステップＳ９１５において、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいて、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡを推定する。例えば、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の応答遅れ時間と作動速度とを用いて、これまでの目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの履歴から、今回の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに達するまでの実開口面積ｒＥＧＲＶＡを算出する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９１６において、ＥＧＲ率のノック限界値と実開口面積ｒＥＧＲＶＡとに基づいて、スロットル弁１２の開口面積の上限値ＴＨＡＵＬを算出する。具体的には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡに対するスロットル弁１２の開口面積比がＥＧＲ率のノック限界値と一致するまで、スロットル弁１２の開口面積を増減させる。そしてコントローラー１１０は、ノック限界値と一致したスロットル弁１２の開口面積を目標開口面積の上限値ＴＨＡＵＬに設定する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９１７において、スロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡと上限値ＴＨＡＵＬのうち、小さい方の値を目標開口面積ＴＨＡに設定する。すなわち、コントローラー１１０は、スロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡを、上限値ＴＨＡＵＬを超えないように制限する。

また、ステップＳ９１４で目標開口面積ｔＥＧＲＶＡを前回の算出結果から減算した差分が増加閾値を超えない場合には、コントローラー１１０は、ステップＳ９２０において、目標開口面積の差分が減少閾値を超えるか否かを判断する。目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が、増加閾値よりも小さく減少閾値よりも大きな値である場合には、コントローラー１１０は、開口面積ｔＥＧＲＶＡは一定であると判定する。

一方、コントローラー１１０は、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が減少閾値を超える場合には、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡは減少したと判定する。

コントローラー１１０は、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡが減少したと判定すると、ステップＳ９２１において、今回算出した目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいて、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡを推定する。具体的には、コントローラー１１０は、ステップＳ９１５と同様、ＥＧＲ弁３１の応答遅れ時間と作動速度を考慮し、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの履歴からＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡを算出する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９２２において、ＥＧＲ率の失火限界値とＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡとに基づいて、スロットル弁１２の開口面積の下限値ＴＨＡＬＬを算出する。具体的には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡとスロットル弁１２の開口面積との開口面積比が、失火限界値と一致するまで、スロットル弁１２の開口面積を増減させる。そしてコントローラー１１０は、失火限界値と一致した開口面積をスロットル弁１２の下限値ＴＨＡＬＬに設定する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９２３において、スロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡと下限値ＴＨＡＬＬとのうち、大きい方の値を目標開口面積ＴＨＡに設定する。すなわち、コントローラー１１０は、スロットル弁１２の目標開口面積ＴＨＡを、下限値ＴＨＡＬＬよりも小さくならないように制限する。

その後、ステップＳ９１８において、コントローラー１１０は、ステップＳ９１７又はステップＳ９２３で設定された目標開口面積ＴＨＡに基づいて、スロットル弁１２の開度を制御する。

次にコントローラー１１０は、ステップ９１９において、ステップＳ９１３で算出された目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいてＥＧＲ弁３１を制御して、ＥＧＲ率の制御方法の一連の処理手順を終了する。

このように、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいて実開口面積ｒＥＧＲＶＡを推定する。そしてコントローラー１１０は、実開口面積ｒＥＧＲＶＡに基づいて、ノック限界値と失火限界値により算出されるスロットル弁１２の開口面積を、目標開口面積ＴＨＡの上限値と下限値に設定する。

したがって、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡを用いてスロットル弁１２の目標開口面積の制限値を設定するため、ＥＧＲ弁３１の開閉時にＥＧＲガスの流量がＥＧＲ率の限界値を超えることを防ぐことができる。すなわち、内燃エンジン２０の燃焼異常の発生をより確実に回避することができる。次に燃焼異常の改善による燃焼効率の向上について図面を参照して説明する。

図３は、内燃エンジンシステム１００の燃費向上率に関する図である。図３（Ａ）には、ＥＧＲ弁の実開口面積でスロットル弁の目標開口面積の制限値を規定しない従来の燃費向上率が示されている。図３（Ｂ）には、本実施形態の燃費向上率が示されている。

図３（Ｂ）に示すように、内燃エンジンシステム１００では、内燃エンジン２０の失火やノッキングの発生が抑制されるので、図３（Ａ）に示した従来の燃費向上率に比べて、燃費向上率が上昇している。

本発明の第１実施形態によれば、ＥＧＲ弁３１の目標開口面積が変化すると、ＥＧＲ弁３１の実流量を特定するために実開口面積を推定し、ＥＧＲ弁３１の実開口面積に基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積をＥＧＲ率の限界値により制限する。

したがって、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積に基づいてＥＧＲ率の限界値によりスロットル弁１２の目標開口面積を制限するので、内燃エンジン２０での失火やノッキングの発生をより確実に防ぐことができる。

また、本実施形態では、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の開度を大きくする場合には、ＥＧＲ率の失火限界値により定められるスロットル弁１２の開口面積を、目標開口面積の下限値として設定する。これにより、スロットル弁１２が目標開口面積に設定された後、スロットル弁１２よりも作動速度の遅いＥＧＲ弁３１を目標開口面積まで大きくしているときに、ＥＧＲガスの流量が一時的に不足してノック限界値を超えることを防止することができる。

さらに、本実施形態では、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の開度を小さくする場合には、ＥＧＲ率のノック限界値により定められるスロットル弁１２の開口面積を、目標開口面積の上限値として設定する。これにより、スロットル弁１２が目標開口面積に設定された後、スロットル弁１２よりも作動速度の遅いＥＧＲ弁３１を目標開口面積まで小さくしているときに、ＥＧＲガスの流量が一時的に増加して失火限界値を超えることを防止することができる。

また、本実施形態では、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実開口面積に基づいて、ＥＧＲ率の限界値と一致するＥＧＲ弁３１とスロットル弁１２の開口面積比を算出し、開口面積比を用いてスロットル弁１２の目標開口面積の制限値を算出する。開口面積の比率を用いることで、ＥＧＲ弁３１の目標流量とスロットル弁１２の目標流量とをそれぞれ算出することなく、スロットル弁１２の目標開口面積の制限値を簡易に算出することができる。よって、スロットル弁１２の目標開口面積の制限値の算出に要する処理負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、コントローラー１１０は、吸気コレクター４とＥＧＲ弁３１とを結ぶＥＧＲ通路３と、吸気コレクター４とスロットル弁１２とを結ぶ吸気通路１との容積比に基づいて、スロットル弁１２とＥＧＲ弁３１の制御タイミングを補正する。例えば、ＥＧＲ弁３１から吸気コレクター４にＥＧＲガスが到達するのに要する到達時間が、スロットル弁１２から吸気コレクター４に新気が到達するのに要する到達時間よりも遅い場合には、ＥＧＲ弁３１の開閉タイミングをスロットル弁１２よりも遅らせる。

これにより、内燃エンジンシステム１００は、ＥＧＲ弁３１から吸気コレクター４へのＥＧＲガスの到達時間と、スロットル弁１２から吸気コレクター４への新気の到達時間との誤差によって生じるＥＧＲガスの流量の誤差を小さくすることができる。したがって、内燃エンジン２０の失火やノッキングという燃焼異常を抑制することができる。

なお、第１実施形態では、スロットル弁１２とＥＧＲ弁３１の開口面積比を用いてスロットル弁１２の制限値を算出する例について説明したが、スロットル弁１２とＥＧＲ弁３１の流量比を用いて算出してもよい。

（第２実施形態）
そこで、本発明の第２実施形態として、スロットル弁１２とＥＧＲ弁３１の流量比を用いてＥＧＲ率を調整する内燃エンジンシステムの制御方法について図面を参照して説明する。なお、第２実施形態における内燃エンジンシステムは、図１に示された内燃エンジンシステム１００と基本構成は同じであるため、図１と同一符号を付して説明する。

図４は、第２実施形態におけるＥＧＲ率の制御方法の処理手順例を示すフローチャートである。図４では、ステップＳ９１１〜Ｓ９１４と、ステップＳ９１７〜Ｓ９２０と、ステップＳ９２３とは、図２と同じ処理内容であるため、同一符号を付してここでの説明を省略する。

ステップＳ９１４において目標開口面積ｔＥＧＲＶＡが増加したと判定された場合には、コントローラー１１０は、ステップＳ９３１において、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいてＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲを推定する。

例えば、コントローラー１１０は、図２のステップＳ９１５と同様に、ＥＧＲ弁３１の応答遅れ時間と作動速度とを用いて、これまでの目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの履歴から、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに達するまでの実開口面積ｒＥＧＲＶＡを算出する。そしてコントローラー１１０は、圧力センサー３２からのＥＧＲガス圧力信号と圧力センサー１３からの新気圧力信号とを用いて算出された圧力差と、実開口面積ｒＥＧＲＶＡとに応じて、ＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲを算出する。実流量ｒＥＧＲは、ＥＧＲ弁３１の実開口面積ｒＥＧＲＶＡが大きくなるほど大きくなり、かつ、圧力差が小さくなるほど実流量ｒＥＧＲは小さくなる。

コントローラー１１０は、ステップＳ９３２において、ＥＧＲ率のノック限界値とＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲとに基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積の上限値ＴＨＡＵＬを算出する。具体的には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の流量ｒＥＧＲとスロットル弁１２の流量との流量比がノック限界値と一致するまで、スロットル弁１２の流量を増減させる。そしてコントローラー１１０は、ノック限界値と一致したスロットル弁１２の流量を、新気流量の上限値ＱａＵＬに設定する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９３３において、スロットル弁１２の新気流量の上限値ＱａＵＬと、ＥＧＲガス圧力信号から新気圧力信号を減算した圧力差とに基づいて、スロットル弁１２の開口面積を算出する。そしてコントローラー１１０は、算出されたスロットル弁１２の開口面積を目標開口面積の上限値ＴＨＡＵＬに設定する。

また、ステップＳ９１４で目標開口面積ｔＥＧＲＶＡを前回の算出結果から減算した差分が増加閾値を超えない場合には、コントローラー１１０は、ステップＳ９２０において、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が減少閾値を超えるか否かを判断する。目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が増加閾値と減少閾値と範囲内にある場合には、コントローラー１１０は、開口面積ｔＥＧＲＶＡは一定であると判定し、ステップＳ９１８に進む。一方、コントローラー１１０は、開口面積ｔＥＧＲＶＡの差分が減少閾値よりも低い場合には、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡは減少したと判定する。

コントローラー１１０は、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡは減少したと判定すると、ステップＳ９３４において、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいてＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲを推定する。具体的には、コントローラー１１０は、ステップＳ９３１と同様、ＥＧＲ弁３１の応答遅れ時間と作動速度を考慮し、目標開口面積ｔＥＧＲＶＡの履歴からＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲを算出する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９３５において、ＥＧＲ率の失火限界値とＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲとに基づいて、スロットル弁１２の目標開口面積の下限値ＴＨＡＬＬを算出する。具体的には、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実流量ｒＥＧＲとスロットル弁１２の流量との流量比が失火限界値と一致するまで、スロットル弁１２の流量を増減させる。そしてコントローラー１１０は、失火限界値と一致したスロットル弁１２の流量を、新気流量の下限値ＱａＬＬに設定する。

コントローラー１１０は、ステップＳ９３６において、スロットル弁１２の新気流量の下限値ＱａＬＬと、ＥＧＲガス圧力信号から新気圧力信号を減算した圧力差と、に基づいて、スロットル弁１２の開口面積を算出する。コントローラー１１０は、算出されたスロットル弁１２の開口面積を目標開口面積の下限値ＴＨＡＬＬに設定する。

その後、ステップＳ９１８において、コントローラー１１０は、ステップＳ９１７又はステップＳ９２３で設定された目標開口面積ＴＨＡに基づいて、スロットル弁１２の開度を制御する。ステップ９１９において、コントローラー１１０は、ステップＳ９１３で算出された目標開口面積ｔＥＧＲＶＡに基づいてＥＧＲ弁３１の開度を制御して、ＥＧＲ率の制御方法の一連の処理手順を終了する。

本発明の第２実施形態によれば、コントローラー１１０は、ＥＧＲ弁３１の実流量に基づいて、スロットル弁１２とＥＧＲ弁３１の流量比を用いて、スロットル弁１２の目標開口面積の制限値を算出する。これにより、第１実施形態と同様、スロットル弁１２の駆動範囲が、ＥＧＲガスの流量の誤差により失火やノッキングが発生しない範囲に制限される。したがって、ＥＧＲ弁３１が指令値まで駆動する間に、ＥＧＲガスの流量が一時的に増減してＥＧＲ率の限界値を超えることを回避することができる。よって、内燃エンジン２０の燃焼異常を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１ 吸気通路
３ ＥＧＲ通路
４ 吸気コレクター（合流部）
１２ スロットル弁
２０ 内燃エンジン
３１ ＥＧＲ弁
１００ 内燃エンジンシステム
１１０ コントローラー（制御装置）
ステップＳ９１１〜Ｓ９１３ 算出部（算出工程）
ステップＳ９１５、ステップＳ９２１、ステップＳ９３１及びステップＳ９３４ 特定部（特定工程）
ステップＳ９１７及びステップＳ９２３ 制限部（制限工程）
ステップＳ９１８ スロットル弁制御部（スロットル弁制御工程）
ステップＳ９１９ ＥＧＲ弁制部（ＥＧＲ弁制工程）

Claims (6)

1. 内燃エンジンの運転状態に基づいて、目標ＥＧＲ率により定められるスロットル弁の目標開口面積とＥＧＲ弁の目標開口面積とを算出する算出部と、
   ＥＧＲ弁の目標開口面積の変化に応じて、ＥＧＲ弁の実流量を特定する特定部と、
   前記特定部で特定された実流量に基づいて、前記スロットル弁の目標開口面積を、正常燃焼に必要なＥＧＲ率の限界値により制限する制限部と、
   前記制限部で制限された目標開口面積に基づいてスロットル弁を制御するスロットル弁制御部と、
   前記算出部で算出された目標開口面積に基づいてＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御部と、
   を含む制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記制限部は、前記ＥＧＲ弁の開度を大きくする場合には、ＥＧＲ率の失火限界値により定められるスロットル弁の開口面積を、目標開口面積の下限値として設定する、
   制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の制御装置において、
   前記制限部は、前記ＥＧＲ弁の開度を小さくする場合には、ＥＧＲ率のノック限界値により定められるスロットル弁の開口面積を、目標開口面積の上限値として設定する、
   制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記制限部は、スロットル弁とＥＧＲ弁の開口面積比又は流量比を用いて、ＥＧＲ率の限界値により定められるスロットル弁の制限値を算出する、
   制御装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記ＥＧＲ制限部は、ＥＧＲガスが新気と合流する合流部とＥＧＲ弁との間を結ぶＥＧＲ通路と、前記合流部とスロットル弁との間を結ぶ吸気通路と、の容積比に基づいて、スロットル弁に対するＥＧＲ弁の制御タイミングを補正する、
   制御装置。
6. 内燃エンジンに新気を供給するスロットル弁と、前記内燃エンジンにＥＧＲガスを供給するＥＧＲ弁と、を有する内燃エンジンシステムの制御方法であって、
   前記内燃エンジンの運転状態に基づいて、目標ＥＧＲ率により定められるスロットル弁の目標開口面積とＥＧＲ弁の目標開口面積とを算出する算出工程と、
   ＥＧＲ弁の目標開口面積の変化に応じて、ＥＧＲ弁の実流量を特定する特定工程と、
   前記特定工程で特定された実流量に基づいて、前記スロットル弁の目標開口面積を、正常燃焼に必要なＥＧＲ率の限界値により制限する制限工程と、
   前記制限工程で制限された目標開口面積に基づいて前記スロットル弁を制御するスロットル弁制御工程と、
   前記算出部で算出された目標開口面積に基づいて前記ＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制工程と、
   を含む内燃エンジンシステムの制御方法。

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