JP6028795B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関において、燃焼室内の酸素濃度を制御する技術が知られている。例えば特許文献１には、燃焼室から排出された排気の一部を燃焼室へ再循環させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が開示されている。このようなＥＧＲ装置によれば、燃焼室内の酸素濃度が所定値より高くなる場合には、燃焼室から排出された排気の一部を燃焼室へ再循環させることで、燃焼室内の酸素濃度を低下させることができる。

特開２０１０−２０３２８２号公報

ところで、内燃機関の燃焼室に吸入される前のガス（以下、吸気と称する場合がある）の成分が、燃焼室に吸入される前段階で変化することが考えられる。具体例を挙げると、例えば吸気に凝縮水が発生した場合、吸気は発生した凝縮水の分、水分が除去された状態で燃焼室に吸入されることになる。これとは逆に、例えば吸気に水分が取り込まれることも考えられる。この場合、吸気は水分が添加された状態で燃焼室に吸入されることになる。

このように吸気から酸素以外の成分である特定成分が除去または添加されることで吸気の成分が変化した場合、吸気中の酸素濃度が変化することが分った。具体例を挙げてこれを説明すると、例えば吸気に凝縮水が発生し、その結果、吸気から水分が除去された場合、除去された水分の分、吸気中の酸素濃度は増加することが分った。これとは逆に、吸気に水分が添加された場合、添加された水分の分、吸気中の酸素濃度は減少することが分った。このように吸気中の酸素濃度が変化した場合、吸気が燃焼室に吸入された後の燃焼室内の酸素濃度も当初想定していた範囲からずれるおそれがある。この場合、排気エミッションが悪化するおそれがある。

本発明は、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室から排出された排気の一部を前記燃焼室に再循環させるＥＧＲ通路を有する内燃機関の制御装置であって、前記燃焼室に吸入される前のガスである吸気は、新気と、前記ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスと、を含み、前記ＥＧＲガス中の酸素以外の成分である特定成分の量を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記特定成分の量に基づき、前記燃焼室に吸入される前のＥＧＲガスから前記特定成分が除去された場合に前記特定成分の除去による前記吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように前記新気の量または前記ＥＧＲガスの量の少なくとも一方を制御し、且つ、前記ＥＧＲガスに前記特定成分が添加された場合に前記特定成分の添加による前記吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように前記新気の量または前記ＥＧＲガスの量の少なくとも一方を制御する制御部を備えている。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、特定成分の除去による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできるとともに特定成分の添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできることから、吸気が燃焼室に吸入された後の燃焼室内の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。それにより、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

上記構成において、前記吸気は、新気と、前記燃焼室から排出された排気の一部を前記燃焼室に再循環させるＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスと、を含み、前記制御部は、前記吸気の量を制御するにあたり、前記新気の量または前記ＥＧＲガスの量を制御してもよい。

この構成によれば、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合における排気エミッションの悪化を抑制することができるとともにＥＧＲガスに特定成分が添加された場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

上記構成において、前記制御部は、前記ＥＧＲガスから前記特定成分が除去された場合には、前記特定成分の除去前に比較して前記ＥＧＲガスの量を増加させてもよくまたは前記特定成分の除去前に比較して前記新気の量を減少させてもよく、前記ＥＧＲガスに前記特定成分が添加された場合には、前記特定成分の添加前に比較して前記ＥＧＲガスの量を減少させてもよくまたは前記特定成分の添加前に比較して前記新気の量を増加させてもよい。

この構成によれば、ＥＧＲガスから特定成分が除去されることによる吸気中の酸素濃度の増加量を小さくすることができる。また、ＥＧＲガスに特定成分が添加されることによる吸気中の酸素濃度の減少量を小さくすることができる。

上記構成において、前記特定成分は水分でもよい。この構成によれば、吸気から水分が除去されることによる吸気中の酸素濃度の変化量を小さくすることができるとともに吸気に水分が添加されることによる吸気中の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。

上記構成において、前記内燃機関は、水素を燃料として用いる内燃機関でもよい。内燃機関が水素を燃料として用いる場合、内燃機関が燃料としてガソリンや軽油等の水素以外の燃料を用いる場合に比較して、吸気から水分が除去される可能性が高いと考えられる。したがって、本構成によれば、このような吸気から水分が除去される可能性の高い水素を燃料として用いる内燃機関の排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

図１は内燃機関の模式図である。 図２（Ａ）は、特定成分が除去されず添加もされない場合の吸気中の成分比率を示す模式図である。図２（Ｂ）は、特定成分が除去された場合における吸気中の成分比率を示す模式図である。図２（Ｃ）は、ＥＧＲガスから特定成分として水分が除去された場合において酸素濃度変化抑制制御が実行されたときの吸気中の成分比率を示す模式図である。 図３は、基準値Ｒ_０／λ_０のマップの一例を示す模式図である。 図４は、数６において目標ＥＧＲ率（Ｒ）を５０％とした場合の空気過剰率（λ）および酸素濃度変化係数（ｋ）と吸気中の酸素濃度との関係を示す模式図である。 図５（Ａ）は、排気中の窒素、酸素および水分の濃度と当量比（Φ）との関係を示す模式図である。図５（Ｂ）は飽和蒸気圧曲線の模式図である。 図６は、制御部が酸素濃度変化抑制制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置１００（以下、制御装置１００と称する）について説明する。まず、制御装置１００が適用される内燃機関５の全体構成について説明し、次いで制御装置１００の詳細について説明する。図１は内燃機関５の模式図である。内燃機関５としては、燃料としてガソリンを用いる内燃機関、燃料として軽油を用いる内燃機関、燃料として水素（Ｈ_２）を用いる内燃機関等、種々の内燃機関を用いることができる。本実施例においては内燃機関５の一例として、水素を燃料に用いる内燃機関を用いる。具体的には内燃機関５として、燃焼室内に水素を直接噴射する筒内直接噴射式の内燃機関を用いる。

図１に示すように内燃機関５は、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド１１と、ピストン１２と、吸気通路２０と、排気通路２５と、吸気弁３０と、排気弁３５と、燃料噴射弁４０と、排気浄化触媒５０と、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置６０と、各種センサと、制御装置１００とを備えている。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ通路６１とＥＧＲ弁６２とＥＧＲクーラ６３とを備えている。

シリンダヘッド１１は、シリンダブロック１０の上方に配置されている。ピストン１２は、シリンダブロック１０に形成された気筒に配置されている。ピストン１２には、クランクシャフト（図示せず）が接続されている。シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とピストン１２とによって囲まれた領域に、燃焼室１３が形成されている。

吸気通路２０は、燃焼室１３に吸入される前のガスである吸気が通過する通路である。本実施例において吸気通路２０の燃焼室１３とは反対側の端部に流入する吸気は空気である。この空気を新気と称する。すなわち、本実施例に係る新気は空気である。排気通路２５は、燃焼室１３において燃焼した後のガスである排気が通過する通路である。吸気弁３０は、吸気通路２０の燃焼室１３側の端部を開閉する弁である。排気弁３５は、排気通路２５の燃焼室１３側の端部を開閉する弁である。

燃料噴射弁４０は、燃料を噴射する弁である。本実施例に係る燃料噴射弁４０は、燃料を燃焼室１３に直接噴射するように内燃機関５に配置されている。燃料噴射弁４０には、燃料供給装置から燃料として水素が供給される。排気浄化触媒５０は、排気通路２５に配置されている。具体的には排気浄化触媒５０は、排気通路２５のＥＧＲ通路６１が接続されている箇所よりも排気流動方向下流側に配置されている。排気浄化触媒５０は、排気通路２５を通過する排気を浄化するための触媒である。排気浄化触媒５０の種類は特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、三元触媒を用いる。

ＥＧＲ装置６０は、燃焼室１３から排出された排気の一部を燃焼室１３へ再循環させる装置である。ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ通路６１は、燃焼室１３から排出された排気の一部を燃焼室１３へ再循環させる通路である。本実施例に係るＥＧＲ通路６１は、排気通路２５の通路途中と吸気通路２０の通路途中とを連通している。これ以降、ＥＧＲ通路６１を通過する排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲ弁６２は、ＥＧＲ通路６１に配置されている。ＥＧＲ弁６２は、ＥＧＲ通路６１を通過するＥＧＲガスの量を調整する弁である。

ＥＧＲ弁６２が閉弁することでＥＧＲ通路６１が閉になった場合、ＥＧＲガスは吸気通路２０に流入しない。ＥＧＲ弁６２が開弁することでＥＧＲ通路６１が開になった場合、ＥＧＲガスは吸気通路２０に流入して新気と混ざり合い、その後、燃焼室１３に再循環する。この場合、燃焼室１３には、新気とＥＧＲガスとを含んだガスが吸入されることになる。すなわち、本実施例において、燃焼室１３に吸入される吸気は、新気とＥＧＲガスとを含んでいる。ＥＧＲ弁６２の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路６１の開度も大きくなり、その結果、単位時間当たりにＥＧＲ通路６１を通過するＥＧＲガスの量も多くなる。

ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６１に配置されている。ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲガスを冷却する装置である。ＥＧＲクーラ６３の具体的な構成は、ＥＧＲガスを冷却可能なものであれば特に限定されるものではない。本実施例においては、ＥＧＲクーラ６３として、冷媒を用いてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを用いる。ＥＧＲクーラ６３のＥＧＲ通路６１への配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施例に係るＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲ弁６２よりもＥＧＲガスの流動方向上流側に配置されている。なお、これ以降、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガスの流動方向上流側に存在するＥＧＲガスをＥＧＲクーラ入口ガスと称し、ＥＧＲクーラ入口ガスの圧力をＥＧＲクーラ入口圧と称する場合がある。また、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガスの流動方向下流側に存在するＥＧＲガスをＥＧＲクーラ出口ガスと称し、ＥＧＲクーラ出口ガスの圧力をＥＧＲクーラ出口圧と称する場合がある。

各種センサは、制御装置１００の制御に必要な情報を検出するセンサである。図１においては、各種センサの一例として、クランクポジションセンサ７０、酸素センサ７１、温度センサ７２、圧力センサ７３ａおよび圧力センサ７３ｂが図示されている。クランクポジションセンサ７０は、クランクシャフトの位置を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて、内燃機関５のクランク角を取得する。なお、内燃機関５の吸気行程、圧縮行程等の各行程、燃料噴射時期、吸気弁３０および排気弁３５の位置、ピストン１２の位置等の内燃機関５の運転状態を示す指標はクランク角を基準単位としている。したがって制御装置１００は、クランク角を取得することで内燃機関５の運転状態を取得することができる。また本実施例に係る制御装置１００は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて、内燃機関５の回転数（Ｎｅ）も取得する。

酸素センサ７１は、排気通路２５を通過する排気中の酸素濃度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、酸素センサ７１の検出結果に基づいて排気中の酸素濃度を取得する。酸素センサ７１の排気通路２５への配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施例においては、排気通路２５のＥＧＲ通路６１が接続されている箇所よりも排気流動方向下流側且つ排気浄化触媒５０よりも排気流動方向上流側である。

本実施例に係る制御装置１００は、酸素センサ７１の検出結果に基づいて空気過剰率（λ）を取得する。空気過剰率とは、吸気中の空気量を燃料の燃焼に必要な理論空気量で除した値をいう。空気過剰率が１のときがストイキに相当する。空気過剰率と排気中の酸素濃度とは相関を有することから、排気中の酸素濃度を取得することで、空気過剰率を推定することができるのである。すなわち本実施例に係る酸素センサ７１は、空気過剰率を検出するセンサとしての機能を有している。但し、制御装置１００による空気過剰率の取得手法は、このような酸素センサ７１の検出結果に基づいて取得する手法に限定されるものではない。例えば内燃機関５は、吸気通路２０に空気過剰率を検出するためのセンサ（例えば酸素センサ）を別途備え、制御装置１００はこのセンサの検出結果に基づいて空気過剰率を取得してもよい。あるいは制御装置１００は、空気過剰率と相関を有する他の指標に基づいて空気過剰率を推定することで取得してもよい。

温度センサ７２は、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガスの流動方向下流側に配置されている。温度センサ７２は、ＥＧＲクーラ出口ガスの温度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、温度センサ７２の検出結果に基づいてＥＧＲクーラ出口ガスの温度を取得する。但し、制御装置１００によるＥＧＲクーラ出口ガスの温度取得手法は、このような温度センサ７２の検出結果に基づいて取得する手法に限定されるものではない。例えば制御装置１００は、ＥＧＲクーラ出口ガスの温度と相関を有する指標（例えば内燃機関５の負荷等）に基づいて、ＥＧＲクーラ出口ガスの温度を推定することで取得してもよい。

圧力センサ７３ａは、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガスの流動方向下流側に配置されている。圧力センサ７３ａは、ＥＧＲクーラ出口圧を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。圧力センサ７３ｂは、ＥＧＲ通路６１のＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガスの流動方向上流側に配置されている。圧力センサ７３ｂは、ＥＧＲクーラ入口圧を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、圧力センサ７３ａの検出結果に基づいてＥＧＲクーラ出口圧を取得し、圧力センサ７３ｂの検出結果に基づいてＥＧＲクーラ入口圧を取得する。

但し、制御装置１００によるＥＧＲクーラ出口圧およびＥＧＲクーラ入口圧の取得手法は、このような圧力センサの検出結果に基づいて取得する手法に限定されるものではない。例えば制御装置１００は、ＥＧＲクーラ出口圧およびＥＧＲクーラ入口圧と相関を有する指標（例えば内燃機関５の負荷等）に基づいて、ＥＧＲクーラ出口圧およびＥＧＲクーラ入口圧を推定することによって取得してもよい。なお図１において図示はされていないが、内燃機関５は、吸気通路２０に流入する新気の量を検出するエアフロメータも備えている。また本実施例に係る内燃機関５は車両に搭載されているが、この車両にはアクセルの開度（以下、アクセル開度と称する）を検出するアクセルポジションセンサが配置されている。

制御装置１００は、燃料噴射弁４０およびＥＧＲ弁６２を制御する制御部と、制御部の動作に必要な情報を記憶する記憶部とを備えている。制御装置１００として、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。本実施例においては、制御装置１００の一例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３を備える電子制御装置を用いる。制御部の機能は、ＣＰＵ１０１によって実現される。記憶部の機能は、ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３によって実現される。

記憶部には、内燃機関５に要求される負荷に相当する要求燃料噴射量のマップが記憶されている。このマップにおいて要求燃料噴射量は、アクセル開度に関連付けて規定されている。制御部は、アクセルポジションセンサの検出結果に基づいてアクセル開度を取得し、アクセル開度に対応する要求燃料噴射量をマップから抽出し、抽出された要求燃料噴射量の燃料が噴射されるように燃料噴射弁４０を制御する。

また制御部は、ＥＧＲガスの量を吸気の量で除した値であるＥＧＲ率が、所定の目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ率を制御している。なお、制御部によるＥＧＲ率の具体的な取得手法は特に限定されるものではないが、本実施例に係る制御部は、ＥＧＲ率をエアフロメータの検出結果とＥＧＲ弁６２の開度とに基づいて取得する。ＥＧＲ率は新気の量とＥＧＲガスの量とに基づいて取得することができ、新気の量はエアフロメータの検出結果に基づいて取得することができ、ＥＧＲガスの量はＥＧＲ弁６２の開度に基づいて取得することができるからである。

さらに制御部は、吸気から酸素以外の成分である特定成分が除去された場合または吸気に酸素以外の成分である特定成分が添加された場合に、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように吸気の量を制御する酸素濃度変化抑制制御を実行する。

続いて制御装置１００の詳細について説明する。具体的には、制御装置１００の制御部が実行する酸素濃度変化抑制制御の詳細について説明する。まず、吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合に、吸気中の酸素濃度がどのように変化するかについて図を用いて詳細に説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化を説明するための模式図である。具体的には図２（Ａ）は、特定成分が除去されず添加もされない場合の吸気中の成分比率を模式的に示している。図２（Ｂ）は、特定成分が除去された場合における吸気中の成分比率を模式的に示している。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、本実施例に係る吸気は新気とＥＧＲガスとを含んでいる。図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、目標ＥＧＲ率は一定に制御されているものとする。その結果、図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、吸気に占めるＥＧＲガスの割合は同じになっており、吸気に占める新気の割合も同じになっている。

新気は、窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）とを含んでいる。またＥＧＲガスも窒素と酸素とを含んでいる。吸気から特定成分が除去されず吸気に特定成分が添加もされていない場合における吸気中の窒素と酸素との割合は、図２（Ａ）に示すような割合になっている。結露等によって吸気に凝縮水が発生した場合、発生した凝縮水の分、吸気から水分（Ｈ_２Ｏ）が除去されることになる。図２（Ｂ）は、このように吸気から特定成分として水分が除去された状態を示している。図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較すると、図２（Ｂ）の方が吸気中の酸素濃度（太線で図示されている）が多くなっている。これは、吸気から水分が除去された分、吸気全体に占める酸素濃度の割合が吸気から水分が除去される前に比較して増加していることを示している。

以上のようにＥＧＲガスから特定成分が除去された場合、特定成分の除去の影響を受けて吸気中の酸素濃度は増加する。これとは逆に、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合、特定成分の添加の影響を受けて、吸気中の酸素濃度は減少する。これは、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合またはＥＧＲガスに特定成分が添加された場合のみならず、新気から特定成分が除去された場合または新気に特定成分が添加された場合も同様である。すなわち、吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合、特定成分の添加の影響を受けて、吸気中の酸素濃度は変化する。

なお本実施例において、特定成分の除去による酸素濃度の変化とは、特定成分の除去によって酸素自体が消費されることによって酸素濃度が減少することを意味するものではない。本実施例に係る特定成分の除去による酸素濃度の変化とは、特定成分の除去によって酸素自体は消費されないが、特定成分が除去された分、吸気中の酸素濃度が特定成分の除去前に比較して増加することを意味している。また本実施例において特定成分の添加による酸素濃度の変化とは、特定成分の添加によって酸素が生成されることによって酸素濃度が増加することを意味するものではない。本実施例に係る特定成分の添加による酸素濃度の変化とは、特定成分の添加によって酸素は生成されないが、特定成分が添加された分、吸気中の酸素濃度が特定成分の添加前に比較して減少することを意味している。

上述したように吸気中の酸素濃度が変化した場合、吸気が燃焼室１３に吸入された後の燃焼室１３内の酸素濃度も当初想定していた範囲からずれるおそれがある。この場合、排気エミッションが悪化するおそれがある。具体的には吸気中の酸素濃度が増加した場合、燃焼室１３内の酸素濃度も増加し、その結果、燃焼室１３における火炎温度（または燃焼温度）が当初想定していた温度よりも高くなるおそれがある。この場合、排気中のＮＯｘが目標値を超えるおそれがある。その結果、排気エミッションが悪化するおそれがある。また吸気中の酸素濃度が減少した場合、燃焼室１３内の酸素濃度も減少し、その結果、燃焼室１３における火炎温度が当初想定していた温度よりも低くなるおそれがある。この場合、例えば排気に含まれる未燃焼の燃料量が増加する等のおそれがある。その結果、排気エミッションが悪化するおそれがある。

そこで、本実施例に係る制御部は酸素濃度変化抑制制御において、吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合に、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように吸気の量を制御している。これにより、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできることから、燃焼室１３内の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。その結果、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

ここで本実施例においては、内燃機関５はＥＧＲ装置６０を備えており、さらにＥＧＲ装置６０はＥＧＲクーラ６３を備えていることから、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過することによってＥＧＲガスから水分が除去される可能性が高く、またＥＧＲガスに水分が添加される可能性も高くなっている。そこで、これ以降の説明において、吸気から特定成分が除去された場合の一例として、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合を用い、吸気に特定成分が添加された場合の一例として、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合を用いて酸素濃度変化抑制制御を説明することとする。

この場合、制御部は、酸素濃度変化抑制制御において、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合またはＥＧＲガスに特定成分が添加された場合に、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように吸気の量を制御することになる。またこれ以降の説明において、特に断りがない限り、特定成分として水分を用いることとする。

制御部は、酸素濃度変化抑制制御において吸気の量を制御するにあたり、新気の量を制御してもよく、ＥＧＲガスの量を制御してもよい。すなわち、制御部は、酸素濃度変化抑制制御において、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合またはＥＧＲガスに特定成分が添加された場合に、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように新気の量またはＥＧＲガスの量を制御すればよい。

制御部が酸素濃度変化抑制制御において新気の量を制御する場合、具体的には制御部は、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合には、特定成分の除去前に比較して新気の量が減少するように新気の量を制御する。また制御部は、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合には、特定成分の添加前に比較して新気の量が増加するように新気の量を制御する。このように新気の量が制御されることにより、ＥＧＲガスから特定成分が除去されることによる吸気中の酸素濃度の増加量を小さくすることができるとともに、ＥＧＲガスに特定成分が添加されることによる吸気中の酸素濃度の減少量を小さくすることができる。

なお制御部は、例えば以下の手法を用いて新気の量を増加または減少させることができる。まず、制御装置１００が適用される内燃機関５は、制御装置１００によって制御可能なスロットル弁を吸気通路２０に備えている。このようなスロットル弁の一例として、電子制御スロットル弁を用いることができる。この電子制御スロットル弁（以下、特段の断りがない限り、電子制御スロットル弁を単にスロットル弁と称する）は、吸気通路２０のＥＧＲ通路６１が接続されている箇所よりも吸気の流動方向上流側に配置されている。制御部は、スロットル弁の開度をより大きな値に制御することで新気の量を増加させることができる。また制御部は、スロットル弁の開度をより小さな値に制御することで新気の量を減少させることができる。このように制御部は、スロットル弁の開度を制御することで、新気の量を増加または減少させればよい。

これ以降の説明において、制御部は、酸素濃度変化抑制制御において新気の量を制御するのではなく、ＥＧＲガスの量を制御するものとする。このＥＧＲガスの量の制御として、具体的には制御部は、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合には、特定成分の除去前に比較してＥＧＲガスの量が増加するようにＥＧＲガスの量を制御する。また制御部は、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合には、特定成分の添加前に比較してＥＧＲガスの量が減少するようにＥＧＲガスの量を制御する。

図２（Ｃ）は、ＥＧＲガスから特定成分として水分が除去された場合においてＥＧＲガスの量が増大するように酸素濃度変化抑制制御が実行されたときの吸気中の成分比率を示す模式図である。図２（Ｃ）に示すように、酸素濃度変化抑制制御の実行によってＥＧＲガスの量が増加し、その結果、吸気中の酸素濃度は図２（Ｂ）に比較して低下している。

図２（Ｃ）から、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合に制御部がＥＧＲガスの量を増加させることで、ＥＧＲガスから特定成分が除去されることによる吸気中の酸素濃度の増加量を小さくすることができることを理解することができる。また、これとは逆に、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合には、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合とは逆の制御、すなわち制御部がＥＧＲガスの量を減少させる制御を実行することで、吸気中の酸素濃度の減少量を小さくすることができることを理解することができる。

なお図２（Ｃ）から、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合において、ＥＧＲガスの量を増大させる代わりに新気の量を減少させることによっても吸気中の酸素濃度の増加量を小さくすることができることが理解できる。また、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合には、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合とは逆の制御、すなわち新気の量を増加させる制御を実行することによっても吸気中の酸素濃度の減少量を小さくすることができることが理解できる。

制御部がどのようにしてＥＧＲガスの量を増加または減少させるか、その具体的な手法は特に限定されるものではない。例えば本実施のように制御部が、ＥＧＲ率を所定の目標ＥＧＲ率に制御する場合には、この目標ＥＧＲ率が増加または減少するように目標ＥＧＲ率を変更することで、ＥＧＲガスの量を増加または減少させることができる。また仮に制御装置１００がＥＧＲ弁６２の開度が所定の目標開度となるようにＥＧＲ弁６２を制御している場合には、この目標開度を増加または減少させることによってもＥＧＲガスの量を増加または減少させることができる。また仮に制御装置１００がＥＧＲガスの量が所定の目標量となるようにＥＧＲ弁６２を制御している場合には、この目標量を増加または減少させることによってもＥＧＲガスの量を増加または減少させることができる。

本実施例においては、制御部は、酸素濃度変化抑制制御においてＥＧＲガスの量を変更するにあたって、目標ＥＧＲ率を変更することでＥＧＲガスの量を変更するものとする。続いて、制御部によるこの目標ＥＧＲ率の変更制御について説明する。

まず、下記に示す数１は、排気中の酸素濃度とＥＧＲ率との関係を規定する式である。

数１において、［Ｏ_２］_ｅｘは排気中の酸素濃度である。ＲはＥＧＲ率である。［Ｏ_２］_ａは新気中の酸素濃度である。λは空気過剰率である。数１の右辺の分母のａ（＋ａのａである）は、単位当たりの燃料の燃焼によって生成される二酸化炭素（ＣＯ_２）および水の量である。Ｌ_０は単位当たりの燃料の燃焼に必要な理論空気量である。

数１において、ｋは、吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合において、吸気中の酸素濃度の変化度合いを示す指標であり、これ以降、酸素濃度変化係数と称する。酸素濃度変化係数（ｋ）は０より大きな値をとる。また酸素濃度変化係数（ｋ）は、吸気から特定成分が除去されず特定成分が添加もされない場合に１の値をとるように設定される。吸気から除去される特定成分の量が多いほど（すなわち特定成分の除去による吸気中の酸素濃度の増加量が多くなるほど）、酸素濃度変化係数（ｋ）は１より大きな値になるように設定される。吸気に添加される特定成分の量が多いほど（すなわち特定成分の添加による吸気中の酸素濃度の減少量が多くなるほど）、酸素濃度変化係数（ｋ）は１より小さい値になるように設定される。本実施例においては、酸素濃度変化係数（ｋ）を所定の算出式を用いて算出する。この酸素濃度変化係数（ｋ）の具体的な算出手法は後述する。

なお数１において、右辺の分子の［Ｏ_２］_ａ×λＬ_０は新気中の酸素量を示し、ｋ［Ｏ_２］_ｅｘ×（Ｒ／（１−Ｒ））×λＬ_０はＥＧＲガス中の酸素量を示し、［Ｏ_２］_ａ×Ｌ_０は燃焼で消費される酸素量を示している。また数１において、右辺の分母のλＬ_０は新気の量を示し、（Ｒ／（１−Ｒ））×λＬ_０はＥＧＲガスの量を示し、［Ｏ_２］_ａ×Ｌ_０は燃焼で消費される酸素量を示している。

数１を変形して整理すると、数２のようになる。

また吸気中の酸素濃度とＥＧＲ率とは、下記に示す数３を満たしている。

数３において、［Ｏ_２］_ｉｎは吸気中の酸素濃度である。Ｖ_ａは燃焼室１３に流入する新気の体積であり、Ｖ_ｅｇｒは燃焼室１３に流入するＥＧＲガスの体積である。ここで、ＥＧＲ率Ｒは、Ｖ_ｅｇｒ／（Ｖ_ａ＋Ｖ_ｅｇｒ）と表すことができるため、これを用いて数３を整理し、さらに数３の［Ｏ_２］_ｅｘに数２の［Ｏ_２］_ｅｘを代入して整理すると、以下の数４が得られる。

ここで、前述したように、吸気から特定成分が除去されることで吸気中の酸素濃度が増加した場合、酸素濃度変化係数（ｋ）は１より大きい値となり、吸気に特定成分が添加されることで吸気中の酸素濃度が減少した場合、酸素濃度変化係数（ｋ）は１より小さい値となる。このように吸気から特定成分が除去された場合または特定成分が添加された場合であっても、数４の右辺のＲと中かっこ内の値との積が定数になるようにＥＧＲ率（Ｒ）が制御された場合、吸気中の酸素濃度の変化を抑制して吸気中の酸素濃度が当初想定していた酸素濃度の範囲内（以下、目標酸素濃度範囲内と称する）からずれることを抑制することができる。吸気中の酸素濃度が目標酸素濃度範囲内からずれることを抑制できれば、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

数４の右辺のＲと中かっこ内の値との積が定数になるには、以下に示す数５を満たせばよい。

数５においてＣｏｎｓｔは定数である。数５を、近似すると数６のようになる。

本実施例に係る制御部は、数６の二次方程式を解くことによって得られたＥＧＲ率（Ｒ）を目標ＥＧＲ率として用いる。そして制御部は、ＥＧＲ率が数６に基づいて算出された目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ率を制御する。

続いて、制御部が数６の二次方程式から目標ＥＧＲ率（Ｒ）を算出する具体的な手法について説明する。まず、本実施例に係る制御装置１００の記憶部には、吸気から特定成分が除去されず且つ吸気に特定成分が添加もされない状態において、内燃機関５が良好な燃焼状態となるときの数６の右辺の値（以下、これを基準値Ｒ_０／λ_０と称する）が内燃機関５の運転状態を示す指標に関連付けて予め記憶されている。本実施例においては、この内燃機関５の運転状態を示す指標の一例として、内燃機関５に要求される負荷と内燃機関５の回転数とを用いる。内燃機関５に要求される負荷は、特に限定されるものではないが、本実施例においては、要求燃料噴射量を用いる。

図３は、基準値Ｒ_０／λ_０のマップの一例を示す模式図である。図３において、複数の基準値Ｒ_０／λ_０が、要求燃料噴射量（Ｑ）と内燃機関５の回転数（Ｎｅ）とに関連付けて規定されている。具体的には、図３には複数の領域Ｘ_１〜Ｘ_１０が図示されており、それぞれの領域には基準値Ｒ_０／λ_０が格納されている。各々の領域に格納されている基準値Ｒ_０／λ_０は、同じ領域番号の中では同じ値であるが、異なる領域番号間では異なる値に設定されている。一例を挙げてこれを説明すると、領域Ｘ_１には同じ値を有する基準値Ｒ_０／λ_０が格納されており、この領域Ｘ_１に格納されている基準値Ｒ_０／λ_０と領域Ｘ_１以外の領域（領域Ｘ_２〜領域Ｘ_１０）にそれぞれ格納されている基準値Ｒ_０／λ_０とは異なる値に設定されている。

各々の領域に格納されている基準値Ｒ_０／λ_０は、吸気から特定成分が除去されず且つ吸気に特定成分が添加もされないときのＲ／λの値である。さらに各々の領域に格納されている基準値Ｒ_０／λ_０は、数６の右辺にこの基準値Ｒ_０／λ_０を代入して数６の二次方程式を解いた結果得られたＲを目標ＥＧＲ率とし、この目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ率が制御された場合に、内燃機関５の燃焼状態が良好となるようなＲ／λの値である。内燃機関５の燃焼状態が良好となるようなＲ／λの値として、本実施例においては、吸気中の酸素濃度が目標酸素濃度範囲内に収まり、その結果、内燃機関５の排気エミッションが目標値以下となるようなＲ／λの値を用いる。

すなわち本実施例に係る図３のマップは、吸気から特定成分が除去されず且つ吸気に特定成分が添加もされない状態において、内燃機関５の排気エミッションが目標値以下となるようなＲ／λの値を、内燃機関５の運転状態に関連付けて規定したマップとなっている。図３のマップは、予め実験、シミュレーション等によって求めておき、記憶部に記憶させておけばよい。なお、図３はあくまでも基準値Ｒ_０／λ_０を算出するためのマップの一例をイメージとして示したものであり、制御部は、図３に示すような形状の領域に区分されたマップを必ず用いなければならないわけではない。また、基準値Ｒ_０／λ_０に関しても、吸気から特定成分が除去されず且つ吸気に特定成分が添加もされない状態のときのＲ／λの値に限定されるものではなく、吸気から特定成分が除去された状態または吸気に特定成分が添加された状態のときのＲ／λの値を用いてもよい。

制御部は、アクセル開度に基づいて要求燃料噴射量（Ｑ）を取得し、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて内燃機関５の回転数（Ｎｅ）を取得し、取得された要求燃料噴射量と内燃機関５の回転数とに対応する領域に格納されている基準値Ｒ_０／λ_０を図３に示すマップから抽出することで、基準値Ｒ_０／λ_０を取得し、これを数６の右辺（Ｃｏｎｓｔ）とする。

また制御部は、数６の空気過剰率λを酸素センサ７１の検出結果に基づいて取得する。制御部は、数６の酸素濃度変化係数（ｋ）を、ＥＧＲクーラ入口圧と、ＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧と、ＥＧＲクーラ出口圧と、ＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧とに基づいて算出する。具体的には制御部は酸素濃度変化係数（ｋ）を数７に基づいて算出する。

数７において、ＰｉｎはＥＧＲクーラ入口圧である。ＰｏｕｔはＥＧＲクーラ出口圧である。ＰｉｎＯ_２はＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧である。ＰｏｕｔＯ_２はＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧である。数７は、ＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）におけるＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）の比率を、ＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）におけるＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）の比率で除した値を、酸素濃度変化係数（ｋ）とすることを規定した算出式となっている。

前述したように本実施例に係る制御部は、ＥＧＲクーラ出口圧を圧力センサ７３ａの検出結果に基づいて取得し、ＥＧＲクーラ入口圧を圧力センサ７３ｂの検出結果に基づいて取得する。ＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）およびＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）の取得手法は、後述する。

数７を見ると分るように、数７に基づいて算出される酸素濃度変化係数（ｋ）は、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過した場合においてＥＧＲガスから特定成分が除去されず特定成分が添加もされない場合に１の値をとる。また数７に基づいて算出される酸素濃度変化係数（ｋ）は、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過した場合において、ＥＧＲガスから除去される特定成分の量が多くなり、その結果、ＥＧＲ出口ガス中の酸素濃度の増加量が多くなるほど、１より大きな値になる。また数７に基づいて算出される酸素濃度変化係数（ｋ）は、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過した場合において、ＥＧＲガスに添加される特定成分の量が多くなり、その結果、ＥＧＲ出口ガス中の酸素濃度の減少量が多くなるほど、１より小さい値になる。

したがって、数７に基づいて酸素濃度変化係数（ｋ）を算出することによって、制御部はＥＧＲガスから特定成分が除去されたか否か、およびＥＧＲガスに特定成分が添加されたか否かを、酸素濃度変化係数（ｋ）の算出結果に基づいて把握することができる。

ここで、数６で用いられる空気過剰率（λ）および酸素濃度変化係数（ｋ）と吸気中の酸素濃度との関係の理解を容易にするために、図を用いてこれらの関係について説明する。図４は、数６において目標ＥＧＲ率（Ｒ）を５０％とした場合の空気過剰率（λ）および酸素濃度変化係数（ｋ）と吸気中の酸素濃度との関係を示す模式図である。縦軸は吸気中の酸素濃度を示し、横軸は酸素濃度変化係数（ｋ）を示している。図４において、空気過剰率（λ）が１、１．２および１．４の曲線が図示されている。空気過剰率（λ）が１の場合、酸素濃度変化係数（ｋ）が増加しても吸気中の酸素濃度は変化していない。空気過剰率（λ）が１．２および１．４の曲線において、酸素濃度変化係数（ｋ）が大きくなるほど、吸気中の酸素濃度は大きくなっている。このように図４から、空気過剰率（λ）が１より大きい場合において、酸素濃度変化係数（ｋ）が１よりも大きくなるほど、吸気中の酸素濃度は高くなることが分る。

続いて、数７で用いられるＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）およびＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）の取得手法について説明する。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）およびＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）の取得手法を説明するための模式図である。具体的には図５（Ａ）は、排気中の窒素、酸素および水分の濃度と、空気過剰率（λ）の逆数である当量比（Φ）との関係を模式的に示している。図５（Ｂ）は飽和蒸気圧曲線を模式的に示している。図５（Ｂ）の縦軸は飽和蒸気圧を示し、横軸は排気の温度を示している。

図５（Ａ）に示すように、排気中の酸素濃度および窒素濃度は、当量比が大きくなるほど減少している。排気中の水分濃度は、当量比が大きくなるほど増加している。同じ当量比で排気中の酸素濃度と窒素濃度とを比較した場合に、窒素濃度の方が高い値となっている。

記憶部は、図５（Ａ）に示すような排気中の窒素濃度、酸素濃度および水分濃度と当量比（Φ）との関係を示すマップを予め記憶しておく。制御部は、酸素センサ７１の検出結果に基づいて空気過剰率（λ）を取得するとともに、取得した空気過剰率（λ）に対応する窒素濃度、酸素濃度、および水分濃度を、記憶部に記憶されているマップから抽出する。そして制御部は、マップから抽出された窒素濃度、酸素濃度および水分濃度に基づいて、ＥＧＲクーラ入口ガス中の窒素分圧、酸素分圧および水分分圧を算出する。

具体的には制御部は、圧力センサ７３ｂの検出結果に基づいてＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）を取得し、マップから抽出された窒素濃度（ＣｉｎＮ_２）にＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）を掛けた値をＥＧＲクーラ入口ガス中の窒素分圧（ＰｉｎＮ_２）とする。制御部は、マップから抽出された酸素濃度（ＣｉｎＯ_２）にＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）を掛けた値をＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）とする。制御部は、マップから抽出された水分濃度（ＣｉｎＨ_２Ｏ）にＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）を掛けた値をＥＧＲクーラ入口ガス中の水分分圧（ＰｉｎＨ_２Ｏ）とする。以上の演算を式の形で整理すると以下のようになる。
ＰｉｎＮ_２＝ＣｉｎＮ_２×Ｐｉｎ
ＰｉｎＯ_２＝ＣｉｎＯ_２×Ｐｉｎ
ＰｉｎＨ_２Ｏ＝ＣｉｎＨ_２Ｏ×Ｐｉｎ

制御部は、上記手法で取得されたＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）を数７に基づく酸素濃度変化係数（ｋ）の算出の際に用いる。

また、ＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）は、ＥＧＲクーラ入口ガス中の窒素分圧（ＰｉｎＮ_２）と酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）と水分分圧（ＰｉｎＨ_２Ｏ）との和によって表すことができる。これを式の形で整理すると以下のようになる。
Ｐｉｎ＝ＰｉｎＮ_２＋ＰｉｎＯ_２＋ＰｉｎＨ_２Ｏ
＝（ｒ＋１）×ＰｉｎＯ_２＋ＰｉｎＨ_２Ｏ

上記式においてｒは、酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）に対する窒素分圧（ＰｉｎＮ_２）の割合（以下、窒素−酸素分圧比率と称する）である。制御部は、上記式に基づいて窒素−酸素分圧比率（ｒ）を算出し、記憶部に一時的に記憶しておく。

次いで制御部は、ＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）を算出する。この算出にあたって、記憶部は図５（Ｂ）に示すような飽和蒸気圧曲線を記憶しておく。ここで図５（Ｂ）のマップの読み方について説明する。図５（Ｂ）において、排気の温度（横軸）がＡのとき、飽和蒸気圧曲線に対応する排気の温度がないため、結露による凝縮水は生じない。これに対して、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過することで排気の温度（すなわちＥＧＲガスの温度）がＢからＣにまで減少した場合、飽和蒸気圧Ｄから飽和蒸気圧Ｅに相当する凝縮水が生じることになる。すなわちこの場合、吸気中のＥＧＲガスから特定成分である水分が除去されたことになる。このように図５（Ｂ）は読むことができる。

制御部は、記憶部に記憶されている図５（Ｂ）に示すような飽和蒸気圧曲線のマップからＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）を算出する。具体的には制御部は、温度センサ７２の検出結果に基づいて取得したＥＧＲクーラ出口ガスの温度に対応する飽和蒸気圧をＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）として取得する。一例を挙げると、温度センサ７２の検出結果に基づいて取得したＥＧＲクーラ出口ガスの温度が図５（Ｂ）のＣの場合、制御部は飽和蒸気圧ＥをＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）として取得する。

ここでＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）は、ＥＧＲクーラ出口ガス中の窒素分圧（ＰｏｕｔＮ_２）と酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）と水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）との和によって表すことができる。これを式で表すと以下のようになる。
Ｐｏｕｔ＝ＰｏｕｔＮ_２＋ＰｏｕｔＯ_２＋ＰｏｕｔＨ_２Ｏ

ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ６３を通過した場合においてＥＧＲクーラ６３の入口と出口との間で、ＥＧＲガス中の窒素と酸素との分圧比は変化しないと考えられる。そのため、ＥＧＲクーラ出口ガス中の窒素−酸素分圧比率は、前述した手法で算出したＥＧＲクーラ入口ガス中における窒素−酸素分圧比率（ｒ）を用いることができる。その結果、上記ＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）は、ＥＧＲクーラ入口ガス中における窒素−酸素分圧比率（ｒ）を用いると、以下の式で表すことができる。
Ｐｏｕｔ＝（ｒ＋１）×ＰｏｕｔＯ_２＋ＰｏｕｔＨ_２Ｏ

上記式において、ＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）は圧力センサ７３ａの検出結果に基づいて取得することができ、ＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）は図５（Ｂ）の飽和蒸気圧曲線に基づいて取得できる。したがって、制御部は上記式に基づいてＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）を算出することができる。以上の手法によって、本実施例に係る制御部は、ＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）およびＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）を算出している。

すなわち本実施例に係る制御部は、酸素センサ７１の検出結果に基づいて取得した空気過剰率λと圧力センサ７３ｂの検出結果に基づいて取得したＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）とに基づいてＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）を算出するとともに窒素−酸素分圧比率ｒを算出し、温度センサ７２の検出結果に基づいて取得したＥＧＲクーラ出口ガスの温度に基づいてＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）を算出し、算出された窒素−酸素分圧比率ｒとＥＧＲクーラ出口ガス中の水分分圧（ＰｏｕｔＨ_２Ｏ）と圧力センサ７３ａの検出結果に基づいて取得したＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）とに基づいて、ＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）を算出している。

制御部は、このようにして算出されたＥＧＲクーラ入口ガス中の酸素分圧（ＰｉｎＯ_２）およびＥＧＲクーラ出口ガス中の酸素分圧（ＰｏｕｔＯ_２）と、圧力センサ７３ｂの検出結果に基づいて取得されたＥＧＲクーラ入口圧（Ｐｉｎ）と、圧力センサ７３ａの検出結果に基づいて取得されたＥＧＲクーラ出口圧（Ｐｏｕｔ）とを用いて、前述した数７に基づいて酸素濃度変化係数（ｋ）を算出する。

そして制御部は算出された酸素濃度変化係数（ｋ）と、図３において説明した手法によって算出された基準値Ｒ_０／λ_０と、酸素センサ７１の検出結果に基づいて取得された空気過剰率（λ）とを用いて、前述した数６に基づいて目標ＥＧＲ率（Ｒ）を算出する。そして制御部は、実際のＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２を制御することで、酸素濃度変化抑制制御を実行している。

ここで、以上の手法によって算出された目標ＥＧＲ率（Ｒ）は、吸気から特定成分が除去されることで吸気中の酸素濃度が増加した場合（すなわち酸素濃度変化係数ｋ＞１の場合）には、吸気から特定成分が除去される前（すなわち酸素濃度変化係数ｋ＝１の場合）の目標ＥＧＲ率（Ｒ）に比較して大きな値となり、吸気に特定成分が添加されることで吸気中の酸素濃度が減少した場合（すなわち酸素濃度変化係数ｋ＜１の場合）には、吸気に特定成分が添加されない場合（すなわち酸素濃度変化係数ｋ＝１の場合）の目標ＥＧＲ率（Ｒ）に比較して小さな値になる。

したがって、吸気から特定成分が除去された場合には、算出される目標ＥＧＲ率（Ｒ）は特定成分の除去前の値に比較して増加するため、実際のＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２が制御されることで、結果として、吸入されるＥＧＲガスの量は特定成分の除去前に比較して増加することになる。また吸気に特定成分が添加された場合には、算出される目標ＥＧＲ率（Ｒ）は特定成分の添加前の値に比較して減少するため、実際のＥＧＲ率がこの目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２が制御されることで、結果として、吸入されるＥＧＲガスの量は特定成分の添加前に比較して減少することになる。

以上説明した制御部の酸素濃度変化抑制制御をフローチャートを用いて総括的に説明する。図６は、制御部が酸素濃度変化抑制制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。制御部は図６のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。まず制御部は、内燃機関５の運転状態を示す指標として、要求燃料噴射量（Ｑ）と内燃機関５の回転数（Ｎｅ）とを取得する（ステップＳ１０）。

次いで制御部は、数６の右辺である基準値Ｒ_０／λ_０を取得する（ステップＳ２０）。具体的には制御部は、ステップＳ１０で取得された要求燃料噴射量（Ｑ）と内燃機関５の回転数（Ｎｅ）とに対応する基準値Ｒ_０／λ_０を図３のマップから抽出し、抽出された基準値Ｒ_０／λ_０を記憶部に一時的に記憶しておく。次いで制御部は、酸素センサ７１の検出結果に基づいて空気過剰率（λ）を取得し、記憶部に一時的に記憶しておく（ステップＳ３０）。

次いで制御部は、酸素濃度変化係数（ｋ）を算出する（ステップＳ４０）。具体的には制御部は、数７に基づいて酸素濃度変化係数（ｋ）を算出し、記憶部に一時的に記憶しておく。次いで制御部は、数６に基づいて目標ＥＧＲ率（Ｒ）を算出する（ステップＳ５０）。次いで制御部は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２を制御する（ステップＳ６０）。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。

以上説明したように制御装置１００によれば、吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合に、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように吸気の量を制御する酸素濃度変化抑制制御が実行されることから、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。具体的には本実施例のように特定成分が水分の場合、水分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。このように特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできることにより、燃焼室１３内の酸素濃度の変化量を小さくすることができる。その結果、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

より具体的には本実施例に係る制御装置１００が適用される内燃機関５はＥＧＲ装置６０を備えていることから、吸気は新気とＥＧＲガスとを含んでいる。そして制御部は、酸素濃度変化抑制制御において、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合またはＥＧＲガスに特定成分が添加された場合に特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように新気の量またはＥＧＲガスの量を制御していることから、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合またはＥＧＲガスに特定成分が添加された場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

さらに具体的には制御部は、酸素濃度変化抑制制御において、ＥＧＲガスから特定成分が除去された場合には特定成分の除去前に比較してＥＧＲガスの量を増加させる、または新気の量を減少させることから、ＥＧＲガスから特定成分が除去されることによる吸気中の酸素濃度の増加量を小さくすることができる。また制御部は、ＥＧＲガスに特定成分が添加された場合には特定成分の添加前に比較してＥＧＲガスの量を減少させる、または新気の量を増加させることから、ＥＧＲガスに特定成分が添加されることによる吸気中の酸素濃度の減少量を小さくすることができる。

すなわち本実施例において、特定成分の除去または添加によるＥＧＲガス中の酸素濃度の変化量が小さくなるようにＥＧＲガスの量が制御される場合、結果的には、同一機関運転状態において、特定成分が除去されたときのＥＧＲガスの量が特定成分が除去されないときのＥＧＲガスの量よりも多くなる、または特定成分が添加されたときのＥＧＲガスの量が特定成分が添加されないときのＥＧＲガスの量よりも少なくなるようにＥＧＲガスの量が制御される。

また制御部は、酸素濃度変化抑制制御においてＥＧＲガスの量を制御するにあたって、数６に基づいて目標ＥＧＲ率（Ｒ）を算出し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２を制御することでＥＧＲガスの量を制御している。それにより吸気から特定成分が除去された場合または吸気に特定成分が添加された場合であっても、吸気中の酸素濃度が目標酸素濃度範囲内からずれることを抑制し、以って排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。

なお特定成分の種類は、酸素以外の成分であれば、水分に限定されるものではない。水分以外の特定成分の一例として、二酸化炭素（ＣＯ_２）が挙げられる。例えばＥＧＲガス中の二酸化炭素を除去することで内燃機関５の熱効率を維持しながらＮＯｘを低減するといった技術にも、本実施例に係る制御装置１００を適用することができ、その結果、より効果的にＮＯｘを低減させることができる。

また本実施例に係る制御装置１００が適用される内燃機関５は、水素を燃料として用いる内燃機関（以下、水素エンジンと称する場合がある）であるが、図１において前述したように、内燃機関５の種類はこれに限定されるものではなく、燃料としてガソリンを用いる内燃機関（以下、ガソリンエンジンと称する場合がある）、燃料として軽油を用いる内燃機関（以下、ディーゼルエンジンと称する場合がある）等、水素エンジン以外の内燃機関を用いることもできる。

制御装置１００が適用される内燃機関５が水素エンジン以外の場合においても、暖機運転時（すなわち冷間時）においては、吸気通路２０またはＥＧＲ通路６１に凝縮水が発生する可能性が高く、その結果、吸気から特定成分である水分が除去される可能性が高い。また暖機運転終了後において、例えば暖機運転時に発生した凝縮水が再び蒸気となって吸気に混入することで、吸気に水分が添加されることも考えられる。制御装置１００が適用される内燃機関５がこのような水素エンジン以外の場合であっても、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくすることができることから、吸気の成分が変化した場合における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

但し、本実施例のように制御装置１００が適用される内燃機関５として水素エンジンを用いる場合、以下に説明する利点がある。まず水素エンジンは、水素エンジン以外のエンジンに比較して凝縮水が発生し易い。特に内燃機関５の暖機運転終了後において、水素エンジンはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等、水素エンジン以外の内燃機関に比較して、凝縮水が発生し易い。ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の場合、排気ガス中の水分濃度が高く、暖機運転終了後においても凝縮水が発生し易いからである。

このように内燃機関５が水素エンジンの場合、内燃機関５が水素エンジン以外の場合に比較して凝縮水が発生し易いことから、吸気から水分が除去される可能性が高いと考えられる。したがって、本実施例のように制御装置１００が水素エンジンに適用されることにより、このような吸気から水分が除去される可能性の高い水素エンジンの排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができるとの利点が得られる。

なお本実施例に係る制御装置１００は、酸素濃度変化抑制制御を実行するにあたって、ＥＧＲ率が数６に基づいて算出された目標ＥＧＲ率（Ｒ）になるようにＥＧＲ弁６２を制御しているが、酸素濃度変化抑制制御の実行手法はこれに限定されるものではない。酸素濃度変化抑制制御の他の例として、例えば以下の手法を用いることもできる。

まず、内燃機関５は、吸気から水分が除去されたこと、および吸気に水分が添加されたことを検出するセンサ（例えば湿度センサ）を吸気通路２０またはＥＧＲ通路６１に備えている。制御部は、このセンサの検出結果に基づいて吸気から水分が除去されたか否かを判定し、除去されたと判定した場合には、除去されたと判定される前に比較してＥＧＲガスの量を増加させる、または新気の量を減少させる。また、制御部は、このセンサの検出結果に基づいて吸気に水分が添加されたか否かを判定し、添加されたと判定した場合には、添加されたと判定される前に比較してＥＧＲガスの量を減少させる、または新気の量を増加させる。このようにして酸素濃度変化抑制制御が実行される場合においても、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできることから、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また本実施例に係る制御装置１００は、内燃機関５がＥＧＲ装置６０を備えていない場合にも適用することができる。この場合、吸気はＥＧＲガスを含まず、新気のみを含むことになる。この場合にも、例えば上記数６を用いない場合と同様の手法を用いて酸素濃度変化抑制制御を実行することができる。具体的には内燃機関５は、例えば吸気からの水分の除去および吸気への水分の添加を検出するセンサ（例えば湿度センサ）を吸気通路２０に備え、制御部はこのセンサの検出結果に基づいて吸気から水分が除去されたか否かを判定し、除去されたと判定した場合には除去されたと判定される前に比較して新気の量を減少させればよい。また制御部は、このセンサの検出結果に基づいて吸気に水分が添加されたか否かを判定し、添加されたと判定した場合には添加されたと判定される前に比較して新気の量を増加させればよい。この場合にも、特定成分の除去または添加による吸気中の酸素濃度の変化量を小さくできることから、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５ 内燃機関
１３ 燃焼室
２０ 吸気通路
２５ 排気通路
４０ 燃料噴射弁
６０ ＥＧＲ装置
６１ ＥＧＲ通路
６２ ＥＧＲ弁
６３ ＥＧＲクーラ
７０ クランクポジションセンサ
７１ 酸素センサ
７２ 温度センサ
７３ａ，７３ｂ 圧力センサ
１００ 制御装置

Claims (4)

1. 燃焼室から排出された排気の一部を前記燃焼室に再循環させるＥＧＲ通路を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室に吸入される前のガスである吸気は、新気と、前記ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスと、を含み、
   前記ＥＧＲガス中の酸素以外の成分である特定成分の量を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記特定成分の量に基づき、前記燃焼室に吸入される前のＥＧＲガスから前記特定成分が除去された場合に前記特定成分の除去による前記吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように前記新気の量または前記ＥＧＲガスの量の少なくとも一方を制御し、且つ、前記ＥＧＲガスに前記特定成分が添加された場合に前記特定成分の添加による前記吸気中の酸素濃度の変化量が小さくなるように前記新気の量または前記ＥＧＲガスの量の少なくとも一方を制御する制御部を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記ＥＧＲガスから前記特定成分が除去された場合には、前記特定成分の除去前に比較して前記ＥＧＲガスの量を増加させるまたは前記特定成分の除去前に比較して前記新気の量を減少させ、前記ＥＧＲガスに前記特定成分が添加された場合には、前記特定成分の添加前に比較して前記ＥＧＲガスの量を減少させるまたは前記特定成分の添加前に比較して前記新気の量を増加させる請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記特定成分は水分である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、水素を燃料として用いる内燃機関である請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
   

Images