JP6098597B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸排気系の制御装置に関する。

排気の一部を吸気系に再循環することにより、排気に含まれる窒素酸化物の量を低減し、また、部分負荷時における燃費の向上を図る排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と呼ぶ。）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能とする技術として、ターボチャージャにおけるタービンの上流の排気をコンプレッサの下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲと、タービンの下流の排気をコンプレッサの上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲとをエンジンの運転状態に応じて併用するか、又は切り換えて使用する技術が知られている。

なかでも、特許文献１には、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとの併用領域を有し、低圧ＥＧＲをフィードバック制御により補正する構成が記載されている。

特開２００８−０５７４４９号公報

エンジンの軽負荷域では、吸気系に高圧ＥＧＲのみを供給する一方、中負荷域以上のある領域では、吸気系に高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲを併用してＥＧＲ供給を行うことが考えられる。ここで、ＥＧＲの流量は、流量センサを用いずに計算できる。例えば、高圧ＥＧＲのみを供給する場合は、その流量を、吸気量と新気量との差分によって得ることができ、併用領域においては、ベルヌーイの定理を用いて、吸気圧と排気圧との差とＥＧＲ弁の開度とから算出することができる。ここで、ベルヌーイの定理とは、非圧縮性で且つ非粘性の流体の定常流におけるエネルギー保存の法則をいう。

しかしながら、後者のベルヌーイの定理を用いた計算結果は誤差が大きく、ＥＧＲ使用領域が切り換わった際に、ＥＧＲ量の算出値が大きく変わる懸念がある。例えば、排気酸素濃度の制限値（ガード値）に達した状態で、高圧ＥＧＲの使用領域から高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの併用領域に切り換わった際に、高圧ＥＧＲ量が算出誤差により実際より少なく推定された場合には、排気酸素濃度の制限値は変わらなくても、燃料噴射量の制限値が上昇し、その結果、燃料噴射量が増量されてスモークが発生するという懸念が生じる。これとは逆に、高圧ＥＧＲ量が実際よりも多く推定された場合には、排気酸素濃度が制限値よりも低くなったと判断し、その結果、排気酸素濃度を制限値に留めるため、燃料噴射量がさらに抑制されて加速が鈍くなるという懸念が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされ、その課題とするところは、高圧ＥＧＲ使用領域から高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲ併用領域に遷移する際に、ＥＧＲ量の推定値の急変を防止する技術を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、高圧ＥＧＲの使用領域から高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの併用領域に遷移するに際し、ＥＧＲ量の推定値になまし処理を施して徐々に変化させることを特徴とする。

具体的には、本発明は、エンジンの制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、エンジンの排気のうち、相対的に圧力が高い排気の一部を吸気系に再循環させる高圧ＥＧＲと、相対的に圧力が低い排気の一部を吸気系に再循環させる低圧ＥＧＲとを扱うエンジンの制御装置を対象とし、吸気系に、高圧ＥＧＲのみを供給する高圧ＥＧＲ供給領域と、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを併用して供給する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域とを有し、新気量を検出する新気量センサと、高圧ＥＧＲ量を吸気量と新気量センサにより検出された新気量との差分から推定する第１推定手段と、高圧ＥＧＲ量を、流量センサを用いることなく推定する第２推定手段とを備え、高圧ＥＧＲは、高圧ＥＧＲ供給領域では、第１推定手段を用いて高圧ＥＧＲ量を推定し、高圧／低圧ＥＧＲ併用領域では、第２推定手段を用いて高圧ＥＧＲ量を推定すると共に、高圧ＥＧＲ供給領域と高圧／低圧ＥＧＲ併用領域との間の移行時には、ＥＧＲ量の推定値を徐々に切り換えるものである。

これによれば、流量センサを用いることなくＥＧＲ量を推定した場合であっても、高圧ＥＧＲ供給領域と高圧／低圧ＥＧＲ併用領域との間の移行時に生じるＥＧＲ量の推定値の急変を防止することができる。

第２の発明は、エンジンの排気のうち、相対的に圧力が高い排気の一部を吸気系に再循環させる高圧ＥＧＲと、相対的に圧力が低い排気の一部を吸気系に再循環させる低圧ＥＧＲとを扱うエンジンの制御装置を対象とし、過給圧を制御するための吸気圧センサと、新気量を検出する新気量センサと、タービンへの圧力を検出する排気圧センサと、高圧ＥＧＲの流量を調節する高圧ＥＧＲ弁とを備え、吸気系に、高圧ＥＧＲのみを供給する高圧ＥＧＲ供給領域と、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを併用して供給する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域とを有し、高圧ＥＧＲは、高圧ＥＧＲ供給領域においては、高圧ＥＧＲ量を吸気量と新気量との差分から推定し、高圧／低圧ＥＧＲ併用領域においては、高圧ＥＧＲ量を吸気圧、排気圧及び高圧ＥＧＲ弁の開度に基づいて、ベルヌーイの定理から推定すると共に、高圧ＥＧＲ供給領域と高圧／低圧ＥＧＲ併用領域との間の移行時には、ＥＧＲ量の推定値を徐々に切り換えるものである。

これによれば、特別な検出手段を用いることなく、高圧ＥＧＲ量の算出が可能となる。

第３の発明は、上記第１及び第２の発明において、ＥＧＲ量から吸気酸素濃度の推定値を算出し、算出した値から推定される排気酸素濃度が所定の閾値を下回らないように燃料噴射量に上限値が設定され、エンジンの運転領域として、軽負荷においては、高圧ＥＧＲ供給領域に設定され、中負荷においては、高圧／低圧ＥＧＲ併用領域に設定されるものである。

これによれば、例えば、高圧ＥＧＲ量が算出誤差により実際より少なく推定された場合でも、燃料噴射量の上限値（制限値）が急激に上昇することがなくなるので、燃料噴射量が増量されてスモークが発生するという事態を防止できる。また、高圧ＥＧＲ量が算出誤差により実際よりも多く推定された場合でも、排気酸素濃度が低いと判断されることがなくなるので、所定の燃料噴射量が噴射されることにより、加速不良が生じるという事態を防止することができる。

本発明によれば、高圧ＥＧＲ供給領域から高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲ併用領域に遷移する際に、ＥＧＲ量の推定値の急変を防止することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置により制御される該エンジンの概略構成図である。 図２は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を構成するコントロールユニットとその入出力信号を示す図である。 図３は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における基本制御を示すフロー図である。 図４は本発明の一実施形態に係るエンジン回転数とエンジン負荷（要求噴射量）との関係及びＥＧＲの使用領域を示す概略的なグラフである。 図５は第１の運転シーンとしての従来の高圧ＥＧＲ弁の開度、低圧ＥＧＲ弁の開度、高圧ＥＧＲ量及び吸気酸素濃度等の推定値を表すグラフである。 図６は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置による第２の運転シーンとしての高圧ＥＧＲ弁の開度、低圧ＥＧＲ弁の開度、高圧ＥＧＲ量及び吸気酸素濃度等の推定値を従来例と共に表したグラフである。 図７は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における制御方法の要部を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

（一実施形態）
図１は、一実施形態に係るエンジンの制御装置により制御されるエンジン１の概略構成を示している。エンジン１は、車両に搭載されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、該シリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。エンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されており、ピストン１４の頂面には深皿形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランク軸１５と連結されている。

シリンダヘッド１２には、気筒１１ａごとに吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に気筒１１ａ内に吸入されたガスを暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されており、燃焼室１４ａに燃料を直接に噴射供給するようになっている。

インジェクタ１８には、燃料供給システム５１を介して燃料が燃料タンク５２から供給されるようになっている。燃料供給システム５１は、低圧燃料ポンプ（不図示）、燃料フィルタ５３、高圧燃料ポンプ５４及びコモンレール５５を有している。高圧燃料ポンプ５４は、低圧燃料ポンプ及び燃料フィルタ５３を介して燃料タンク５２より供給されてきた低圧の燃料をコモンレール５５に高圧で圧送し、該コモンレール５５は、その圧送された燃料を、その高圧の圧力でもって蓄える。そして、インジェクタ１８が作動することによって、コモンレール５５に蓄えられている燃料がインジェクタ１８から燃焼室１４ａに噴射される。尚、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ５４、コモンレール５５及びインジェクタ１８のそれぞれで生じた余剰の燃料は、リターン通路５６を介して燃料タンク５２に戻される。

高圧燃料ポンプ５４は、エンジン１の回転部材（例えばカムシャフト）によって駆動される。高圧燃料ポンプ５４には、電磁弁で構成された調圧弁が設けられており、該調圧弁によって、高圧燃料ポンプ５４からコモンレール５５に供給する燃料の圧力（コモンレール５５で蓄えられる燃料の圧力、燃圧）、つまり、インジェクタ１８から噴射される燃圧を調整することができる。

エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、吸入空気（後述の低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気を含む）の過給を行う排気ターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。サージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１１ａごとに分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３４との間には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、吸気シャッタ弁３６と、コンプレッサ６１ａにより圧縮されたガスを冷却するインタークーラ３５とが配設されている。吸気シャッタ弁３６は、基本的には全開状態とされるが、後述の高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量を確保するために、全開よりも小さい開度とされる場合がある。インタークーラ３５は、電動ウォータポンプ９１による冷却水の供給により、吸気を冷却するように構成されている。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１１ａごとに分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、エンジン１の排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼ぶ。）４１ｂとを有しており、上流側から順次並んでいる。酸化触媒４１ａは、白金又は該白金にパラジウムを加えた合金等を担持した酸化触媒を有しており、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成する反応を促す。また、フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気中に含まれる煤等の微粒子を捕集する。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

排気ターボ過給機６１は、上記のように吸気通路３０に配設されたコンプレッサ６１ａと、上記のように排気通路４０に配設されたタービン６１ｂとを有しており、該タービン６１ｂが排気流により回転し、タービン６１ｂの回転により、該タービン６１ｂと同軸上に連結されたコンプレッサ６１ａが作動する。排気通路４０におけるタービン６１ｂの上流側の近傍には、ＶＧＴ絞り弁６２が設けられており、該ＶＧＴ絞り弁６２の開度（絞り量）を制御することにより、タービン６１ｂへの排気の流速を調整することができる。これにより、排気流により回転するタービン６１ｂの回転速度、つまり排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの圧力比（コンプレッサ６１ａへの流入直前のガス圧力に対する、コンプレッサ６１ａからの流出直後のガス圧力の比）を調整することができる。

エンジン１は、その排気の一部を排気通路４０から吸気通路３０に還流させるように構成されている。すなわち、排気の還流のために、高圧ＥＧＲ通路７１と、低圧ＥＧＲ通路８１とが設けられている。

高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０における排気マニホールドと排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）と、吸気通路３０におけるサージタンク３４とインタークーラ３５との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路７１には、該高圧ＥＧＲ通路７１の断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁７３が配設されている。高圧ＥＧＲ弁７３により、高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量（以下、高圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

低圧ＥＧＲ通路８１は、排気通路４０における排気浄化装置４１とサイレンサ４２との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも下流側部分）と、吸気通路３０における排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとエアクリーナ３１との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも上流側部分）とを接続している。低圧ＥＧＲ通路８１には、その内部を通過する排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ８２が配設されている。低圧ＥＧＲクーラ８２は、エンジン１の冷却水の供給により、排気を冷却するように構成されている。また、低圧ＥＧＲ通路８１における低圧ＥＧＲクーラ８２の下流側には、低圧ＥＧＲ通路８１の断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁８３が配設されている。

排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも下流側（且つサイレンサ４２の上流側）には、排気シャッタ弁４３が配設されている。排気シャッタ弁４３は、該排気シャッタ弁４３の配設部分における排気通路４０の断面積を変更し、該断面積が小さくなる（排気シャッタ弁４３の開度が小さくなる）と、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力（排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力）が高くなって、排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力と流出圧力（吸気通路３０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力）との間の差圧が大きくなる。従って、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の開度を制御することにより、低圧ＥＧＲ通路８１による排気の還流量（以下、低圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

エンジン１には、クランク軸１５の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数（以下、エンジン回転数と呼ぶ。）を検出するエンジン回転数センサ１０１が設けられている。

また、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍には、吸気通路３０に吸入された吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサ１０２と、該吸入空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ１０３とが配設されている。さらに、サージタンク３４には、エンジン１の各気筒１１ａに吸入されるガス温度を検出する吸入ガス温度センサ１０４が配設されている。また、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の下流側近傍には、当該部分におけるガスの圧力（サージタンク３４内のガスの圧力と略同一）を検出する吸気圧センサ１０５が配設されている。

さらに、排気通路４０における高圧ＥＧＲ通路７１の接続部分の上流側（且つ排気マニホールドの下流側）には、エンジン１より排出された排気の圧力を検出する排気圧センサ１０６が配設されている。また、排気通路４０における排気浄化装置４１と低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分との間には、当該部分における排気の温度を検出する排気温度センサ１０７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロック１１には、該エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１０８が設けられている。

このように構成されたエンジン１は、コントロールユニット１００によって制御される。コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭ及びＲＯＭ等により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力を行う入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

図２に示すように、上記のエンジン回転数センサ１０１、エアフローセンサ１０２、吸気温度センサ１０３、吸入ガス温度センサ１０４、吸気圧センサ１０５、排気圧センサ１０６、排気温度センサ１０７、及びエンジン水温センサ１０８等のセンサ値の信号が、コントロールユニット１００に入力される。また、コントロールユニット１００には、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１０（図２にのみ示す）のセンサ値の信号が入力される。

コントロールユニット１００は、上記の入力信号に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、高圧燃料ポンプ５４（詳細には、調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、及び電動ウォータポンプ９１等を制御する。

＜エンジンの基本制御＞
以下に、コントロールユニット１００によるエンジン１の基本制御について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサからのセンサ値を読み込み、次のステップＳ２で、アクセル開度センサ１１０によるアクセル開度に基づき、目標トルクを設定する。

次のステップＳ３では、設定された目標トルクと、エンジン回転数センサ１０１によるエンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射すべき燃料量（エンジン１（気筒１１ａ）に供給すべき燃料量）である要求噴射量及び噴射パターンを設定する。噴射パターンとは、主燃焼を生じさせるための主噴射、該主噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせるための前噴射、その前噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせ易くするためのパイロット噴射、主燃焼に継続して後燃焼を生じさせるための後噴射等を、どのタイミングでどれだけの量を噴射するかの設定パターンである。パイロット噴射、前噴射及び後噴射の噴射量が０になる場合があり、その場合、これらの噴射は行われない。

次のステップＳ４では、要求噴射量とエンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射される燃料の圧力（燃圧）及びＶＧＴ絞り弁６２の開度を設定する。

次のステップＳ５では、要求噴射量とエンジン回転数とに基づき、エンジン１（気筒１１ａ）に吸い込まれる全吸気ガスの酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度を設定する。

次のステップＳ６では、要求噴射量と、エンジン回転数と、吸気温度センサ１０３による吸気温度と、エンジン水温センサ１０８によるエンジン水温とに基づき、高圧ＥＧＲ量と低圧ＥＧＲ量との比率であるＥＧＲ併用率を設定する。ＥＧＲ併用率には、高圧ＥＧＲ量又は低圧ＥＧＲ量が０になる場合も含まれる。

ステップＳ６においてＥＧＲ併用率を設定した結果、エンジン回転数とエンジン負荷（要求噴射量と対応する）とで表されるエンジン運転領域において、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気の還流が行われる高圧ＥＧＲ供給領域である「ＨＰ−ＥＧＲ」領域、低圧ＥＧＲ通路８１のみにより排気の還流が行われる低圧ＥＧＲ供給領域である「ＬＰ−ＥＧＲ」領域、及び高圧ＥＧＲ通路７１と低圧ＥＧＲ通路８１との両方により排気の還流が行われる高圧／低圧ＥＧＲ併用領域である「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域は、概略的に図４のようになる。「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、「ＬＰ−ＥＧＲ」領域に近づくほど、高圧ＥＧＲ量の割合が減少し、低圧ＥＧＲ量の割合が増大する。

次のステップＳ７では、目標吸気酸素濃度と、ＥＧＲ併用率と、排気の酸素濃度である排気酸素濃度とに基づき、低圧ＥＧＲ量の目標値である目標低圧ＥＧＲ量を設定する。詳細には、目標吸気酸素濃度と排気酸素濃度とから、低圧ＥＧＲ量と高圧ＥＧＲ量とのトータルＥＧＲ量の目標値である目標トータルＥＧＲ量を算出して、その目標トータルＥＧＲ量とＥＧＲ併用率とから目標低圧ＥＧＲ量を設定する。排気酸素濃度は、本実施形態では、吸気酸素濃度と、気筒１１ａ内にて燃料の燃焼で使用される酸素量とに基づいて算出した値である。尚、排気酸素濃度を算出する代わりに、排気通路４０に設けた０２センサにより排気酸素濃度を検出するようにしてもよい。

次のステップＳ８では、目標低圧ＥＧＲ量に基づき、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前の酸素濃度（新気の酸素濃度と低圧ＥＧＲ通路８１により実際に還流された排気の酸素濃度との和）を計算する。ここでは、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気が、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでの時間を考慮して、該合流直前の酸素濃度を算出する。

次のステップＳ９では、目標吸気酸素濃度と、排気酸素濃度と、合流直前の酸素濃度と、エンジン１への総吸入ガス量とに基づき、目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、ステップＳ８で、ＥＧＲ併用率から、目標低圧ＥＧＲ量に加えて、目標高圧ＥＧＲ量を設定可能であるが、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気が、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでにはある程度の時間を要する。このため、その時間遅れの分だけ低圧ＥＧＲ量が不足することになり、その不足分を高圧ＥＧＲ量で補えるように目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて予め設定した目標吸気酸素濃度と、低圧ＥＧＲガスが排気ポート１７から高圧ＥＧＲ合流部に到達するまでの遅延時間を考慮して算出される高圧ＥＧＲ合流前ガスの酸素濃度と、排気酸素濃度と、エンジン１への総吸入ガス量とから算出される値を、目標高圧ＥＧＲ量に設定していることになる。実低圧ＥＧＲ量は、エンジン１（気筒１１ａ）に吸入される総吸入ガス量から、エアフローセンサ１０２により検出された新気量を差し引く（「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、更に、高圧ＥＧＲ通路７１による還流量の実値である実高圧ＥＧＲ量も差し引く）ことによって算出し、更に上記の時間遅れの分も考慮する。総吸入ガス量は、吸入ガス温度センサ１０４により検出されたガス温度と、吸気圧センサ１０５により検出されたガス圧とから算出することができ、実高圧ＥＧＲ量は、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との差圧及び高圧ＥＧＲ弁７３の実開度より算出することができる。

次のステップＳ１０では、上記の各設定に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、高圧燃料ポンプ５４（調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、及び電動ウォータポンプ９１等の各アクチュエータの制御量を設定する。

次のステップＳ１１では、上記の制御量に基づいて各アクチュエータを制御し、しかる後にリターンする。

コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ量が、予め設定された目標高圧ＥＧＲ量（上記のステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量）となるように、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を制御する。すなわち、コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との差圧から、目標高圧ＥＧＲ量が得られる開度に設定する。

また、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲ量が、予め設定された目標低圧ＥＧＲ量（上記のステップＳ７で設定された目標低圧ＥＧＲ量）となるように、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の開度を制御する。その際、設定された目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量以下である場合には、排気シャッタ弁４３が全開状態になり、その状態で、低圧ＥＧＲ弁８３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を大きくする）。また、目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量よりも多い場合には、低圧ＥＧＲ弁８３が全開状態となり、その状態で、排気シャッタ弁４３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、排気シャッタ弁４３の開度を小さくする）。

＜ＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への遷移時の制御＞
次に、図４に示すように、ＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への遷移時のエンジン制御について説明する。

まず、従来の第１の運転シーンとして、図５に上段から、エンジン回転数、アクセル開度、高圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲ弁開度、高圧ＥＧＲ量（推定値）及び吸気酸素濃度（推定値）の各時間変化を示す。図５においては、測定又はシミュレーションの開始から約３．５秒後にアクセル開度が上昇し始め、開始から約６秒後には、低圧ＥＧＲ弁開度が０から立ち上がり、且つ、高圧ＥＧＲ弁開度がやや遅れて低下する。このことから、開始から約６秒後となるグラフのＡ時点までが、ＨＰ−ＥＧＲ領域であり、グラフのＡ時点以降で、且つ、高圧ＥＧＲ弁開度が０となるまでがＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域となる。

ここで、５段目の高圧ＥＧＲ量のグラフにおいて、グラフａ１が、吸気量と新気量との差分であり、グラフａ２が、ベルヌーイの定理を用いて算出されたグラフである。前述したように、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域となるＡ時点からは、高圧ＥＧＲ量としてベルヌーイの定理を用いたグラフａ２が採用され、直前にまで採用されていた吸気量と新気量との差分のグラフａ１の値からグラフａ２の値に向けて瞬時に低くなる。この状況下で、排気酸素濃度の制限値（下限値）と現在の吸気酸素濃度の推定値とから、燃料の要求噴射量（制限値）を設定しようとすると、本運転シーンのような加速シーンでは、Ａ時点に至るまでに燃料の噴射量は要求噴射量の制限値に達している。さらに、図５に示したように、グラフａ２が示す高圧ＥＧＲ量に切り換えた時点で該高圧ＥＧＲ量の推定値が低下すると、現在の吸気酸素濃度を誤って高く設定してしまい、排気酸素濃度の下限値は変更されなくても、要求噴射量の制限値が上昇して高くなる。このため、その上昇分だけ、燃料の噴射量が増えるので、スモークが発生することが考えられる。なお、図５の６段目に示した吸気酸素濃度は、Ａ時点の後に、吸気酸素濃度の推定値が一時的に低下したことを示している。

本実施形態では、図５の５段目に示した高圧ＥＧＲ量における、ＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域に遷移する際の段差による不具合の発生を解消する。この解消方法の詳細は後述する。

次に、従来の第２の運転シーンとして、図６に上段から、エンジン回転数、アクセル開度、高圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲ弁開度、高圧ＥＧＲ量（推定値）及び吸気酸素濃度（推定値）の各時間変化を示す。図６においては、測定又はシミュレーションの開始から約５．５秒後にアクセル開度が上昇し始め、開始から約６秒後には高圧ＥＧＲ弁開度が低下し始める。また、開始から約７．２秒後には、低圧ＥＧＲ弁開度が０から立ち上がる。このことから、開始から約７．２秒後となるグラフのＡ時点までが、ＨＰ−ＥＧＲ領域であり、グラフのＡ時点以降で、且つ、高圧ＥＧＲ弁開度が０となるまでがＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域となる。

ここで、５段目の高圧ＥＧＲ量のグラフにおいては、グラフａ２がベルヌーイの定理を用いて算出されたグラフである。前述と同様に、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域となるＡ時点からは、高圧ＥＧＲ量として、ベルヌーイの定理を用いたグラフａ２が採用され、直前にまで採用されていた吸気量と新気量との差分のグラフの値から瞬時に高くなる。図６の５段目に示したように、グラフａ２が示す高圧ＥＧＲ量に切り換えた時点で該高圧ＥＧＲ量が増大したと推定すると、６段目のグラフａ３に示すように、現在の吸気酸素濃度を誤って低く推定し、排気酸素濃度も低く推定してしまい、切り換え前の時点で排気酸素濃度が下限値であった場合には、これを下回った判断してしまう。このため、排気酸素濃度を下限値に戻そうと燃料の噴射量が減少するので、加速が鈍くなることが考えられる。

以下に、高圧ＥＧＲ量におけるＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域に遷移する際のグラフの段差の解消方法の具体例を図７のフローチャートに基づいて説明する。

図７に示すように、まず、ステップＳＴ０１において、エンジン回転数をエンジン回転数センサ１０１から読み込む。アクセル開度をアクセル開度センサ１１０から読み込む。新気量をエアフローセンサ１０２から読み込む。吸気圧力及び排気圧力をそれぞれ吸気圧センサ１０５及び排気圧センサ１０６から読み込む。また、高圧ＥＧＲ弁開度を読み込み、さらに、エンジン水温をエンジン水温センサ１０８から読み込む。なお、本ステップＳＴ０１においては、図３に示した基本制御フローにおけるステップＳ１で周期的に取得されており、それらの取得されたデータを用いてもよい。

次に、ステップＳＴ０２において、エンジン１の運転領域が、ＨＰ−ＥＧＲ領域か否かを現在のエンジン回転数とエンジン負荷とが図４に示されるＨＰ−ＥＧＲ領域にあるか否かによって判定する。ＨＰ−ＥＧＲ領域であると判定された場合は、次のステップＳＴ０３に進む。一方、ＨＰ−ＥＧＲ領域でないと判定された場合は、ステップＳＴ０４に進む。

次に、ステップＳＴ０３のＨＰ−ＥＧＲ領域においては、第１高圧ＥＧＲ量として、吸気量と新気量との差分から算出する。次に、第２高圧ＥＧＲ量として、吸気圧と排気圧との差圧と高圧ＥＧＲ弁開度とから、ベルヌーイの定理により算出する。次に、第１高圧ＥＧＲ量に基づいて、吸気酸素濃度の推定値を算出する。次に、排気酸素濃度の制限値と吸気酸素濃度の推定値とに基づき、燃料の要求噴射量の制限値を設定する。次に、第１高圧ＥＧＲ量と第２高圧ＥＧＲ量との比率に基づき、ＨＰＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への切り替わり直後の初期補正係数（ｋ１＝第１高圧ＥＧＲ量／第２高圧ＥＧＲ量）を算出し、コントロールユニット１００のメモリに格納する。

一方、ＳＴ０４においては、エンジン１の運転領域が、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域か否かを、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とが図４に示されるＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域にあるか否かによって判定する。ここで、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域であると判定された場合は、次のＳＴ０５に進む。また、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域でないと判定された場合は、ステップＳＴ０６に進む。

次に、ＳＴ０５において、第３高圧ＥＧＲ量として、吸気圧と排気圧との差圧と高圧ＥＧＲ弁開度とから、ベルヌーイの定理により算出する。次に、上記の比率から、本発明の特徴である、ＨＰＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への切り換わり後の第３高圧ＥＧＲ量の補正値を以下の式（１）により算出する。

式（１）：
補正値＝第３高圧ＥＧＲ量×ｋｎ
ここで、係数ｋｎ（ｋｎ＝ｋ１，ｋ２，…，ｋｎ）は、補正係数であり、ＨＰＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への切り換わり直後は、ＨＰＥＧＲ領域で算出した初期補正係数ｋ１の最新値を用い下記により算出される。

補正値＝第３高圧ＥＧＲ量×ｋ１
補正係数ｋｎは、ＨＰ−ＥＧＲ領域からの経過時間に応じて、初期補正係数ｋ１が１よりも小さい場合は、所定時間が経過するごとに徐々に増加し、最終的には１になるまで増加する。一方、初期補正係数ｋ１が１より大きい場合には所定時間が経過するごとに徐々に減じ、最終的には１になるまで減じる。従って、いずれの場合もある程度の時間が経過すればＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域の高圧ＥＧＲ量は第３高圧ＥＧＲ量となる。

次に、上記の補正値に基づいて吸気酸素濃度の推定値を算出し、算出した吸気酸素濃度の推定値に基づいて排気酸素濃度の推定値を算出する。次に、排気酸素濃度の制限値と排気酸素濃度の推定値とに基づいて、燃料の要求噴射量の制限値を設定する。その後、リターンする。

次に、ステップ０６においては、ＬＰ−ＥＧＲ領域又はＥＧＲの未使用領域での処理を行う。まず、吸気量と新気量との差分に基づいて低圧ＥＧＲ量を算出する。ここで、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とが図４に示されるＥＧＲの未使用領域にある場合には、吸気量と新気量との差分、つまり低圧ＥＧＲ量が０となる。次に、低圧ＥＧＲ量に基づいて吸気酸素濃度の推定値を算出し、算出した吸気酸素濃度の推定値に基づいて排気酸素濃度の推定値を算出する。次に、排気酸素濃度の制限値と排気酸素濃度の推定値とに基づいて、燃料の要求噴射量の制限値を設定する。その後、リターンする。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、ＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域に移行した直後の高圧ＥＧＲ量は、上述したように、ベルヌーイの定理に基づいた算出法に切り換えることからその誤差が大きい。例えば、図６の５段目のグラフａ２に示したように、高圧ＥＧＲ量が急増するように変化する。この算出グラフａ２を、上記の式（１）から得られた補正値に基づいて補正すると、補正グラフａ４のように、急な段差を小さくすることができる。これと同様に、図５の５段目のグラフにおいても、グラフａ１からグラフａ２への移行時の段差を小さくすることができる。

このように、ＥＧＲの流量センサを用いることなく、ＥＧＲ量を推定した場合であっても、ＨＰ−ＥＧＲ領域からＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域への移行時に生じる、ＥＧＲ量の推定値の急変を防止することができる。

具体例として、図５に示した第１の運転シーンの場合は、高圧ＥＧＲ量の急な減少が緩和されるため、吸気酸素濃度の推定値の上昇に基づき排気酸素濃度の推定値が上昇することによる燃料噴射量の増大が抑制されるので、スモークの発生を抑えることができる。

また、図６に示した第２の運転シーンの場合は、高圧ＥＧＲ量の急な増加が緩和されるため、吸気酸素濃度の推定値の低下に基づき排気酸素濃度の推定値が低下することによる燃料の噴射量の減少が抑制されるので、加速が鈍くなることを抑えることができる。

本発明に係るエンジンの制御装置は、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを併用することが必要な用途等に適用することができる。

１ エンジン
３０ 吸気通路
３１ エアクリーナ
３６ 吸気シャッタ弁
４１ 排気浄化装置
４２ サイレンサ
４３ 排気シャッタ弁
６１ 排気ターボ過給機
６１ａ コンプレッサ
６１ｂ タービン
７３ 高圧ＥＧＲ弁
８３ 低圧ＥＧＲ弁
１０１ エンジン回転数センサ
１０２ エアフローセンサ（新気量センサ）
１０３ 吸気温度センサ
１０４ 吸入ガス温度センサ
１０５ 吸気圧センサ
１０６ 排気圧センサ
１０７ 排気温度センサ
１０８ エンジン水温センサ

Claims (3)

1. エンジンの排気のうち、相対的に圧力が高い排気の一部を吸気系に再循環させる高圧ＥＧＲと、相対的に圧力が低い排気の一部を吸気系に再循環させる低圧ＥＧＲとを扱うエンジンの制御装置であって、
   前記吸気系に、前記高圧ＥＧＲのみを供給する高圧ＥＧＲ供給領域と、前記高圧ＥＧＲと前記低圧ＥＧＲとを併用して供給する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域とを有し、
   新気量を検出する新気量センサと、
   高圧ＥＧＲ量を吸気量と前記新気量センサにより検出された新気量との差分から推定する第１推定手段と、
   高圧ＥＧＲ量を、流量センサを用いることなく推定する第２推定手段とを備え、
   前記高圧ＥＧＲは、前記高圧ＥＧＲ供給領域では、前記第１推定手段を用いて高圧ＥＧＲ量を推定し、前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域では、前記第２推定手段を用いて高圧ＥＧＲ量を推定すると共に、
   前記高圧ＥＧＲ供給領域と前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域との間の移行時には、ＥＧＲ量の推定値を徐々に切り換えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. エンジンの排気のうち、相対的に圧力が高い排気の一部を吸気系に再循環させる高圧ＥＧＲと、相対的に圧力が低い排気の一部を吸気系に再循環させる低圧ＥＧＲとを扱うエンジンの制御装置であって、
   過給圧を制御するための吸気圧センサと、新気量を検出する新気量センサと、タービンへの圧力を検出する排気圧センサと、前記高圧ＥＧＲの流量を調節する高圧ＥＧＲ弁とを備え、
   前記吸気系に、前記高圧ＥＧＲのみを供給する高圧ＥＧＲ供給領域と、前記高圧ＥＧＲと前記低圧ＥＧＲとを併用して供給する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域とを有し、
   前記高圧ＥＧＲは、前記高圧ＥＧＲ供給領域においては、高圧ＥＧＲ量を吸気量と新気量との差分から推定し、前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域においては、高圧ＥＧＲ量を吸気圧、排気圧及び前記高圧ＥＧＲ弁の開度に基づいて、ベルヌーイの定理から推定すると共に、
   前記高圧ＥＧＲ供給領域と前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域との間の移行時には、ＥＧＲ量の推定値を徐々に切り換えることを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記ＥＧＲ量から吸気酸素濃度の推定値を算出し、算出した値から推定される排気酸素濃度が所定の閾値を下回らないように燃料噴射量に上限値が設定され、
   前記エンジンの運転領域として、軽負荷においては、前記高圧ＥＧＲ供給領域に設定され、中負荷においては、前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域に設定されることを特徴とするエンジンの制御装置。

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