JP6435361B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流するＥＧＲ量を制御する内燃機関の制御装置に関する。

ＥＧＲ量を制御する従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、ターボチャージャを備えるとともに、ターボチャージャのタービンの下流側から排ガスを取り出し、吸気通路のコンプレッサよりも下流側に還流させる、いわゆる低圧ＥＧＲ装置を備える。低圧ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁に加えて、吸気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に配置された吸気絞り弁を有しており、吸気絞り弁を絞り、ＥＧＲ弁の下流側に負圧を発生させることによって、ＥＧＲ弁の上流側と下流側の間に、低圧の排ガスを還流させるのに必要な差圧が確保される。

また、低圧ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁に連結された弁連動機構を有する。弁連動機構を１つのアクチュエータで駆動し、ＥＧＲ弁と吸気絞り弁を連動させることによって、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁の開度は、アクチュエータの操作量に応じてそれぞれ一義的に定まる開度に制御される。また、この制御装置では、内燃機関の回転数及び負荷に応じて、目標ＥＧＲ量を設定するとともに、この目標ＥＧＲ量と、ＥＧＲ通路の両端部における吸気圧及び排気圧の検出値の比とに基づいて、ＥＧＲ弁の目標開度を設定する。そして、設定された目標開度に基づいてアクチュエータを駆動することにより、ＥＧＲ弁が目標開度に制御されるとともに、吸気絞り弁がＥＧＲ弁の開度に応じた開度に制御される。

特開２０１５−１２４６８５号公報

上記のような吸気絞り弁を有する低圧ＥＧＲ装置では、吸気絞り弁の絞り（負圧）が小さいと、ＥＧＲ弁の上下流間の差圧が小さいことで、ＥＧＲ量のばらつきが大きくなるため、ＥＧＲ量やＥＧＲ率などのＥＧＲ制御を精度良く行えない。一方、吸気絞り弁の絞り（負圧）が大きすぎると、ターボチャージャの過給仕事が増大し、燃費が悪化するなどの不具合が生じる。このため、ＥＧＲ弁の上下流間の差圧を確保できる範囲で、吸気絞り弁の絞りを最小限に制御することが望ましい。

これに対し、上述した従来の制御装置では、目標ＥＧＲ量と、ＥＧＲ通路の両端部における吸気圧及び排気圧の検出値の比とに基づいて、まずＥＧＲ弁の目標開度が設定され、吸気絞り弁の開度は、目標開度に制御されるＥＧＲ弁の開度に追随して一律に制御されるため、上述したような望ましい吸気絞り弁の絞りを実現することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、必要なＥＧＲ弁差圧を確保しながら、絞り弁の絞りを最小限に抑制でき、それにより、ＥＧＲ量の制御精度を確保するとともに、絞り弁の絞りによる不具合を可能な限り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。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排気通路７からＥＧＲ通路４１を介して吸気通路６に還流する排ガスの量であるＥＧＲ量ＧＥＧＲを制御する内燃機関の制御装置であって、ＥＧＲ通路４１に設けられ、ＥＧＲ量ＧＥＧＲを調整するためのＥＧＲ弁４３と、吸気通路６のＥＧＲ通路４１との接続部６ｃよりも上流側、及び排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂよりも下流側の一方に設けられ、ＥＧＲ弁４３の上流側圧力と下流側圧力との間の差圧ΔＰＥＧＲを調整するための絞り弁（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気絞り弁２５、排気絞り弁６５）と、ＥＧＲ量ＧＥＧＲの目標となる目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを設定する目標ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ４）と、ＥＧＲ弁４３の上流側及び下流側のうちの絞り弁と反対側における圧力である反絞り弁側圧力（ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０）と相関性を有する、新気及び／又は排ガスの流量を表す流量パラメータ（目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ）を取得する流量パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２、４）と、取得された流量パラメータを用いて、反絞り弁側圧力を推定する反絞り弁側圧力推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ６、図６）と、差圧ΔＰＥＧＲの目標となる目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを、流量パラメータによって表される流量（目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ）が小さいほど、より小さな値に設定する目標差圧設定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ５、図４、図５）と、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤ及び反絞り弁側圧力に基づき、ＥＧＲ弁４３の上流側及び下流側のうちの絞り弁側における圧力である絞り弁側圧力（弁下流圧Ｐ１）の目標となる目標絞り弁側圧力（目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤ）を設定する目標絞り弁側圧力設定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ７）と、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ、反絞り弁側圧力及び目標絞り弁側圧力を用いて、ＥＧＲ弁４３の開度ＬＥＧＲの目標となる目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤを設定する目標ＥＧＲ弁開度設定手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ２１〜２３）と、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに基づいて、ＥＧＲ弁４３を制御するＥＧＲ弁制御手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ２４）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置は、排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流するＥＧＲ量を制御するものである。ＥＧＲ通路にはＥＧＲ弁が設けられ、吸気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも上流側、又は排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の一方には、ＥＧＲ弁の上流側圧力と下流側圧力との間の差圧（以下「ＥＧＲ弁差圧」という）を調整するための絞り弁（吸気絞り弁又は排気絞り弁）が設けられている。

この制御装置によれば、ＥＧＲ量の目標となる目標ＥＧＲ量が設定される。また、ＥＧＲ弁の反絞り弁側圧力（ＥＧＲ弁の上流側及び下流側のうちの絞り弁と反対側における圧力）と相関性を有する、新気及び／又は排ガスの流量を表す流量パラメータが取得され、この流量パラメータを用いて、ＥＧＲ弁の反絞り弁側圧力が推定される。この定義から、反絞り弁側圧力は、絞り弁が吸気絞り弁の場合にはＥＧＲ弁の上流側圧力に相当し、排気絞り弁の場合にはＥＧＲ弁の下流側圧力に相当する。

また、ＥＧＲ弁差圧の目標となる目標差圧が後述するように設定され、この目標差圧と反絞り弁側圧力に基づき、ＥＧＲ弁の絞り弁側圧力（ＥＧＲ弁の上流側及び下流側のうちの絞り弁側における圧力）の目標となる目標絞り弁側圧力が設定される。この定義から、絞り弁側圧力は、絞り弁が吸気絞り弁の場合にはＥＧＲ弁の下流側圧力に相当し、排気絞り弁の場合にはＥＧＲ弁の上流側圧力に相当する。そして、以上のようにして得られた目標ＥＧＲ量と、ＥＧＲ弁の反絞り弁側圧力及び目標絞り弁側圧力を用いて、ＥＧＲ弁の開度の目標となる目標ＥＧＲ弁開度が設定されるとともに、この目標ＥＧＲ弁開度に基づいてＥＧＲ弁が制御されることによって、ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量に制御される。

本発明によれば、上記の目標差圧は、流量パラメータによって表される流量が小さいほど、より小さな値に設定される。これは、以下の理由による。すなわち、流量の調整弁であるＥＧＲ弁は、その流量特性として、ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲ量がＥＧＲ弁差圧に応じて変化するとともに、ＥＧＲ弁差圧（絶対値）が小さいほど、ＥＧＲ弁差圧の変化量に対するＥＧＲ量の変化量（ＥＧＲ量の感度）がより大きくなるという特性を有する。この流量特性により、ＥＧＲ弁差圧が小さい状態でＥＧＲ弁差圧がばらつくと、そのときに得られるＥＧＲ量のばらつきは大きくなる。一方、本発明では、ＥＧＲ弁差圧を定める一方の圧力である反絞り弁側圧力が、流量パラメータを用いて推定されるため、流量パラメータで表される流量が大きいほど、推定される反絞り弁側圧力はばらつきやすくなる。

以上の関係から、流量が比較的大きく且つＥＧＲ弁差圧が小さい状態では、推定される反絞り弁側圧力のばらつきによるＥＧＲ弁差圧のばらつきが大きくなる結果、ＥＧＲ量のばらつきが増大してしまう。このような観点に基づき、本発明によれば、流量が大きいほど、目標差圧をより大きな値に設定することによって、より大きなＥＧＲ弁差圧を確保する。これにより、推定される反絞り弁側圧力及びＥＧＲ弁差圧のばらつきが大きい場合でも、ＥＧＲ量のばらつきが抑制されることによって、ＥＧＲ量の制御精度を確保することができる。

一方、流量が比較的小さい場合には、推定される反絞り弁側圧力のばらつきが小さく、それに応じてＥＧＲ弁差圧のばらつきも小さいため、ＥＧＲ弁差圧を小さくしても、ＥＧＲ量のばらつきは小さい。したがって、流量が小さいほど、目標差圧をより小さな値に設定することによって、ＥＧＲ量の制御精度を確保しながら、絞り弁の絞りを最小限に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、必要なＥＧＲ弁差圧を確保しながら、絞り弁の絞りを最小限に抑制することができ、それにより、ＥＧＲ量の制御精度を確保するとともに、絞り弁の絞りによる燃費の悪化などの不具合を可能な限り抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、目標差圧設定手段は、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを所定の下限値ΔＰＥＧＲＬＭＴを下回らないように設定すること（図３のステップ５、図５）を特徴とする。

ＥＧＲ弁差圧が小さすぎると、ＥＧＲ量のばらつきが大きくなりやすいとともに、排気通路における排気脈動が発生しやすくなり、反絞り弁側圧力の推定精度にも悪影響を及ぼす。この構成によれば、目標差圧を所定の下限値以上に設定することによって、必要最小限のＥＧＲ弁差圧が確保されるので、ＥＧＲ量のばらつきと排気脈動の影響を抑制でき、ＥＧＲ量の制御精度をより良好に確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、絞り弁は、吸気通路６のＥＧＲ通路４１との接続部６ｃよりも上流側に設けられ、絞りによりＥＧＲ弁４３の下流側に負圧を発生させることによって、差圧ΔＰＥＧＲを調整する吸気絞り弁２５であり、絞り弁側圧力は、ＥＧＲ弁４３の下流側圧力（弁下流圧Ｐ１）であり、反絞り弁側圧力は、ＥＧＲ弁４３の上流側圧力（ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０）であり、流量パラメータは、新気量ＧＡＩＲの目標値として設定される目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤであることを特徴とする。

この構成によれば、絞り弁は、吸気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に配置された吸気絞り弁であり、吸気絞り弁の絞りによりＥＧＲ弁の下流側に負圧を発生させることによって、ＥＧＲ弁の前後差圧が調整される。この場合、絞り弁側圧力はＥＧＲ弁の下流側圧力であり、反絞り弁側圧力はＥＧＲ弁の上流側圧力である。また、内燃機関の負荷を表す流量パラメータとして、新気量の目標値として設定される目標新気量が用いられる。目標新気量は、内燃機関の負荷を表すとともに、目標新気量と目標ＥＧＲ量との和が内燃機関から排出される排ガス量に相当するという関係から、排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側を流れる排ガス量にほぼ等しい。したがって、絞り弁として吸気絞り弁を用いた場合において、前述した請求項１及び２による効果を得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて、吸気絞り弁２５の上流側圧力（絞り弁上流圧ＰＬＰ０）を推定する吸気絞り弁上流側圧力推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ８）と、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、吸気絞り弁上流側圧力及びＥＧＲ弁４３の下流側圧力を用いて、吸気絞り弁２５の開度θＬＰの目標となる目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤを設定する目標吸気絞り弁開度設定手段（ＥＣＵ２、図１３のステップ３１〜３３）と、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤに基づいて、吸気絞り弁２５を制御する吸気絞り弁制御手段（ＥＣＵ２、図１３のステップ３４）と、をさらに備えることを特徴とする。

目標新気量は、吸気通路を流れ、吸気絞り弁を通過する新気量に相当する。この構成によれば、目標新気量を用いて吸気絞り弁の上流側圧力を推定するので、その推定を精度良く行うことができる。また、目標新気量、推定された吸気絞り弁上流側圧力、及びＥＧＲ弁の下流側圧力すなわち吸気絞り弁の下流側圧力を用いて、目標吸気絞り弁開度を設定するので、目標新気量を実現する目標吸気絞り弁開度を適切に設定できる。したがって、設定された目標吸気絞り弁開度に基づいて吸気絞り弁を制御することにより、新気量を目標新気量に精度良く制御することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、絞り弁は、排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂよりも下流側に設けられ、絞りによりＥＧＲ弁４３の上流側の圧力を高めることによって、差圧ΔＰＥＧＲを調整する排気絞り弁６５であり、絞り弁側圧力は、ＥＧＲ弁４３の上流側圧力であり、反絞り弁側圧力は、ＥＧＲ弁４３の下流側圧力であり、流量パラメータは、新気量ＧＡＩＲの目標値として設定される目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤであることを特徴とする。

この構成によれば、絞り弁は、排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に配置された排気絞り弁であり、排気絞り弁の絞りによりＥＧＲ弁の上流側の圧力を高めることによって、ＥＧＲ弁差圧が調整される。この場合、絞り弁側圧力はＥＧＲ弁の上流側圧力であり、反絞り弁側圧力はＥＧＲ弁の下流側圧力である。また、内燃機関の負荷を表す流量パラメータとして、新気量の目標値として設定される目標新気量が用いられる。目標新気量は、内燃機関の負荷を表すとともに、ＥＧＲ弁の下流側の接続部を含む吸気通路を流れる新気量に相当する。したがって、絞り弁として排気絞り弁を用いた場合において、前述した請求項１及び２による効果を得ることができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて、排気絞り弁６５の下流側圧力を推定する排気絞り弁下流側圧力推定手段（ＥＣＵ２、図１６のステップ）と、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、排気絞り弁下流側圧力及びＥＧＲ弁４３の上流側圧力を用いて、排気絞り弁６５の開度θＥＸの目標となる目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤを設定する目標排気絞り弁開度設定手段（ＥＣＵ２、図１６のステップ）と、目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤに基づいて、排気絞り弁６５を制御する排気絞り弁制御手段（ＥＣＵ２、図１６のステップ）と、をさらに備えることを特徴とする。

前述したように、目標新気量は、排気通路のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に流れる排ガス量に相当する。この構成によれば、目標新気量を用いて排気絞り弁の下流側圧力を推定するので、その推定を精度良く行うことができる。また、目標新気量、推定された排気絞り弁下流側圧力、及びＥＧＲ弁の上流側圧力すなわち排気絞り弁の上流側圧力を用いて、目標排気絞り弁開度を設定するので、目標新気量を実現する目標排気絞り弁開度を適切に設定できる。したがって、設定された目標排気絞り弁開度に基づいて排気絞り弁を制御することにより、新気量を目標新気量に精度良く制御することができる。

本発明の第１実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態による吸気制御処理を示すフローチャートである。 目標差圧を設定するための目標差圧マップである。 目標差圧マップにおける目標新気量と目標差圧との代表的な関係を示す図である。 ＥＧＲ弁上流圧の推定処理を示すフローチャートである。 マフラー圧損を算出するためのマップである。 ＥＧＲ圧損の算出に用いられる新品時ＥＧＲ圧損及び劣化時ＥＧＲ圧損を算出するためのマップである。 エアクリーナ圧損の算出に用いられる新品時クリーナ圧損及び劣化時クリーナ圧損を算出するためのマップである。 圧力関数を示す図である。 ＥＧＲ弁の制御処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ弁の目標開度を算出するためのマップである。 吸気絞り弁の制御処理を示すフローチャートである。 吸気絞り弁の目標開度を算出するためのマップである。 本発明の第２実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 第２実施形態による吸気制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば４つの気筒３ａを有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。

エンジン３の各気筒３ａには、燃料噴射弁４及び点火プラグ５が、気筒３ａの燃焼室（図示せず）に臨むように設けられている。燃料噴射弁４は、燃焼室内に燃料を直接、噴射し、点火プラグ５は、燃焼室内に生成された燃料と空気との混合気への点火を行う。燃料噴射弁４からの燃料噴射量及び点火プラグ５の点火時期は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２からの制御信号によって制御される（図２参照）。また、各気筒３ａには、吸気マニホルド６ａ及び吸気チャンバ６ｂを介して吸気通路６が接続され、排気マニホルド７ａを介して排気通路７が接続されている。

エンジン３は、ターボチャージャ１１及びＥＧＲ装置１２を備えている。ターボチャージャ１１は、吸気通路６に設けられたコンプレッサ２１と、排気通路７に設けられ、シャフト２２を介してコンプレッサ２１に一体に連結されたタービン２３を有する。排気通路７を流れる排ガスによってタービン２３が駆動され、それと一体にコンプレッサ２１が回転することによって、吸気が過給される。

吸気通路６には、上流側から順に、エアクリーナ２４、吸気絞り弁２５、ターボチャージャ１１のコンプレッサ２１、過給によって昇温された吸気を冷却するためのインタークーラ２６、及びスロットル弁２７が設けられている。

吸気絞り弁２５は、回動自在のバタフライ弁で構成されており、その下流側にＥＧＲ装置１２によるＥＧＲガスの導入をアシストするための負圧を発生させるとともに、燃焼室に吸入される新気量（吸入空気量）ＧＡＩＲを調整するものである。吸気絞り弁２５の開度（以下「吸気絞り弁開度」という）θＬＰは、これに連結されたＬＰアクチュエータ２５ａ（図２参照）をＥＣＵ２からの制御信号で駆動することによって、制御される。

スロットル弁２７は、回動自在のバタフライ弁で構成され、吸気チャンバ６ｂの上流側に配置されている。スロットル弁２７の開度は、これに連結されたＴＨアクチュエータ２７ａ（図２参照）をＥＣＵ２からの制御信号で駆動することによって制御され、それにより、気筒３ａに吸入される筒内ガス量が制御される。

排気通路７には、気筒３ａから排出された排ガスを浄化するための三元触媒（図示せず）などから成る排ガス浄化装置２８が設けられ、その下流側には、排気音を低減するためのマフラー２９が設けられている。

ＥＧＲ装置１２は、排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気通路６に還流させるものであり、ＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１に設けられたＥＧＲクーラ４２及びＥＧＲ弁４３を有する。

ＥＧＲ通路４１の一端部は、排気通路７のタービン２３及び排ガス浄化装置２８の下流側に位置する接続部７ｂに接続され、他端部は、吸気通路６の吸気絞り弁２５とコンプレッサ２１との間の接続部６ｃに接続されている。この構成により、ＥＧＲガスは、排ガスがタービン２３に対して仕事を行った後の比較的低圧の状態で取り出される。すなわち、ＥＧＲ装置１２はいわゆる低圧ＥＧＲ装置として構成されている。

ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ弁４３の上流側に配置されており、高温のＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁４３はポペット弁で構成されており、ＥＧＲ弁４３のリフト量（以下「ＥＧＲ弁開度」という）ＬＥＧＲは、ＥＧＲ弁４３に連結されたＥＧＲアクチュエータ４３ａ（図２参照）をＥＣＵ２からの制御信号で駆動することによって制御され、それにより、吸気通路６に還流するＥＧＲガスの量であるＥＧＲ量ＧＥＧＲが制御される。

また、エンジン３には、その運転状態を検出するために、以下のような各種のセンサが設けられており、それらの検出信号はＥＣＵ２に入力される（図２参照）。

クランク角センサ５１は、クランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角度ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば０．５度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、エンジン３のピストン（図示せず）が吸気ＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のように気筒３ａの数が４の場合には、クランク角度１８０度ごとに出力される。

また、吸気通路６には、エアクリーナ２４の上流側に大気圧センサ５２が設けられ、吸気絞り弁２５の上流側にエアフローセンサ５３及び新気温センサ５４が設けられている。大気圧センサ５２は大気圧ＰＡを検出する。エアフローセンサ５３は、吸気絞り弁２５を通過し、気筒３ａに吸入される新気量ＧＡＩＲを検出し、新気温センサ５５は、吸気絞り弁２５を通過する新気の温度（新気温）ＴＡを検出する。

スロットル弁２７の下流側の吸気チャンバ６ｂには、吸気圧センサ５５が設けられている。吸気圧センサ５５は、気筒３ａに吸入される、新気及びＥＧＲガスを含む吸気の圧力（吸気圧）ＰＢを絶対圧として検出する。

また、ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ弁４３のすぐ上流側に、ＥＧＲ温度センサ５６が設けられている。ＥＧＲ温度センサ５６は、ＥＧＲクーラ４２で冷却された後、ＥＧＲ弁４３を通過するＥＧＲガスの温度（以下「ＥＧＲ温度」という）ＴＥＧＲを検出する。

さらに、ＥＣＵ２には、水温センサ５７からエンジン３を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、アクセル開度センサ５８から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、それぞれ入力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ５１〜５８の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じてエンジン３を制御する。本実施形態では特に、このエンジン制御として、ＥＧＲ弁４３及び吸気絞り弁２５を制御し、ＥＧＲ率ＲＥＧＲ、ＥＧＲ量ＧＥＧＲ及び新気量ＧＡＩＲをそれぞれの目標値に制御する吸気制御処理が実行される。

本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標ＥＧＲ量設定手段、流量パラメータ取得手段、反絞り弁側圧力推定手段、目標差圧設定手段、目標絞り弁側圧力設定手段、目標ＥＧＲ弁開度設定手段、ＥＧＲ弁制御手段、吸気絞り弁上流側圧力推定手段、目標吸気絞り弁開度設定手段、吸気絞り弁制御手段、排気絞り弁下流側圧力推定手段、目標排気絞り弁開度設定手段、及び排気絞り弁制御手段に相当する。

以下、ＥＣＵ２によって実行される上記の吸気制御処理について説明する。本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。図３はそのメインフローを示す。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、車両の運転者から要求されている要求トルクＴＲＱを、検出されたアクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出する。

次に、算出された要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、目標新気量用の所定のマップ（図示せず）を検索することによって、新気量ＧＡＩＲの目標値である目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する（ステップ２）。また、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、目標ＥＧＲ率用の所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＧＲ率ＲＥＧＲの目標値である目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ３）。

次に、算出された目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤを用い、次式（１）によって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲの目標値である目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ４）。

式（１）は、ＥＧＲ率ＲＥＧＲの定義式である次式（２）を、ＥＧＲ量ＧＥＧＲについて表すとともに、式（２）の３つのパラメータをそれぞれの目標値に置き換えたものである。また、式（１）から、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤと、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤの一方が達成されると、それと同時に他方が達成されることになる。

次に、ＥＧＲ弁４３の目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ５）。この目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、ＥＧＲ弁４３の上流側圧力と下流側圧力との差圧（以下「ＥＧＲ弁差圧」という）ΔＰＥＧＲの目標値である。なお、ＥＧＲ弁４３と吸気絞り弁２５の配置関係から、ＥＧＲ弁４３の下流側圧力と吸気絞り弁２５の下流側圧力は互いに等しいので、以下、両者を共通して「弁下流圧Ｐ１」という。

目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤの算出は、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤ、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図４に示す目標差圧マップを検索することによって、行われる。目標差圧マップは、目標ＥＧＲ率のｎ個の所定値ＲＥＧＲＣＭＤ１〜ＲＥＧＲＣＭＤｎに対して設定された複数のマップで構成されている。各マップは、ｉ個のエンジン回転数の所定値ＮＥ１〜ＮＥｉとｊ個の目標新気量の所定値ＧＡＩＲ１〜ＧＡＩＲｊとの組合わせに対し、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤを安定して達成することが可能な最小限の差圧ΔＰＥＧＲを実験などによって求め、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤとして設定したものである。

また、目標差圧マップにおいて設定される目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤとの関係は、以下のとおりである。例えば、図５は、目標差圧マップから、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥがある一定の条件における、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤとの代表的な関係を取り出し、テーブルとして表したものである。同図に示すように、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

これは、前述したように、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、後述するように推定されるＥＧＲ弁４３の上流側圧力（以下「ＥＧＲ弁上流圧」という）ＰＥＧＲ０のばらつきが大きくなり、それに伴ってＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲのばらつきも大きくなるので、より大きなＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲを確保することによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲのばらつきを抑制し、その制御精度を確保するためである。逆に、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが小さい場合には、推定されるＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０のばらつきが小さいので、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲを小さくしても、ＥＧＲ量ＧＥＧＲのばらつきが小さく、その制御精度を確保できるためである。

また、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが小さい領域では、下限値ΔＰＥＧＲＬＭＴ（例えば１０ｍｍＨｇ）を下回らないように設定されている。これは、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤが小さすぎると、ＥＧＲ量ＧＥＧＲのばらつきが大きくなりやすく、その制御を精度良く行えないためである。また、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤが小さすぎると、排気通路７における排気脈動が大きくなり、排気脈動の影響が、ＥＧＲ弁４３及び吸気絞り弁２５を越えてエアフローセンサ５３に及ぶことがあり、その検出値に応じた制御の精度を低下させるおそれがあるためである。

上述したステップ５に続く図３のステップ６では、図６に示す推定処理によって、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０を推定する。なお、この推定処理は、本出願人による出願（例えば特開２０１３−１０８４４９号公報）において詳しく開示したものと基本的に同じであるので、以下、その概要について説明する。

本処理では、まずステップ１１において、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出する。このマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂから、その下流側のマフラー２９を経て大気圧ＰＡを示す排気通路７の下流端までの圧力損失である。その算出は、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図７に示すマップを検索することによって行われる。

このマップでは、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵは、エンジン回転数ＮＥの３つの所定値ＮＥ１〜ＮＥ３（ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３）に対し、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、このようにマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵの算出に目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いるのは、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤとの和がエンジン３から排出される排ガス量に相当するという関係から、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤは、マフラー２９が設けられている、排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂよりも下流側を流れる排ガス量にほぼ等しいとみなせるためである。

上記のステップ１１に続く図６のステップ１２では、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出する。このＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣは、ＥＧＲ通路４１の排気通路７との接続部７ｂから、ＥＧＲクーラ４２を経てＥＧＲ弁４３のすぐ上流側の位置までの圧力損失であり、以下のようにして算出される。

まず、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＧＲクーラ４２が劣化していない新品のときのＥＧＲ温度（新品時ＥＧＲ温度）ＴＦＲＳＨと、ＥＧＲクーラ４２が完全に劣化したときのＥＧＲ温度（劣化時ＥＧＲ温度）ＴＤＥＴを算出する。次に、ＥＧＲ温度センサ５６で検出された実際のＥＧＲ温度ＴＥＧＲと、新品時ＥＧＲ温度ＴＦＲＳＨ及び劣化時ＥＧＲ温度ＴＤＥＴとの関係から、ＥＧＲクーラ４２の劣化度合を表す劣化係数Ｋを算出する。

次に、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図８に示すマップを検索することによって、ＥＧＲクーラ４２が新品のときのＥＧＲ圧損（新品時ＥＧＲ圧損）ＰＦＲＳＨと、ＥＧＲクーラ４２が完全に劣化したときのＥＧＲ圧損（劣化時ＥＧＲ圧損）ＰＤＥＴを算出する。このマップでは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨ及び劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴはいずれも、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、より大きい値に設定されており、また、劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨよりも大きくなるように設定されている。そして、算出された劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲ、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨ及び劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴを用い、次式（３）によって、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを算出する。

この式（３）から明らかなように、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣは、新品時ＥＧＲ圧損ＰＦＲＳＨ及び劣化時ＥＧＲ圧損ＰＤＥＴを、劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲを用いて重み付け演算することによって、算出される。これにより、劣化係数ＫＣＯＯＬＥＲが大きいほど、すなわちＥＧＲクーラ４２の劣化度合が高いほど、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣがより大きな値に適切に算出される。

上記ステップ１２に続く図６のステップ１３では、大気圧センサ５２で検出された大気圧ＰＡと、ステップ１１及び１２でそれぞれ算出されたマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵ及びＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを用い、次式（４）によって、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０を算出し、図６の処理を終了する。

式（４）に示すように、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０は、排気通路７の下流端の圧力に相当する大気圧ＰＡに対し、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを加算し、ＥＧＲ圧損ΔＰ＿ＥＣを減算することによって、算出される。

図３に戻り、上記ステップ６に続くステップ７では、次式（５）により、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０から目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを減算することによって、弁下流圧Ｐ１の目標値である目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤを算出する。

次に、吸気絞り弁２５の上流側圧力（以下「吸気絞り弁上流圧」という）ＰＬＰ０を推定する（ステップ８）。その推定は、例えば次のようにして行われる。まず、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じ、図９に示すマップを検索することによって、エアクリーナ２４が新品のときの圧損（新品時クリーナ圧損）ＰＡＣＦＲＳＨと、エアクリーナ２４が完全に劣化したときの圧損（劣化時クリーナ圧損）ＰＡＣＤＥＴを算出する。このマップでは、新品時クリーナ圧損ＰＡＣＦＲＳＨ及び劣化時クリーナ圧損ＰＡＣＤＥＴはいずれも、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、より大きい値に設定されており、また、劣化時クリーナ圧損ＰＡＣＤＥＴは、新品時クリーナ圧損ＰＡＣＦＲＳＨよりも大きくなるように設定されている。

また、エアクリーナ２４の実際の劣化度合を表す劣化係数ＫＣＬＥＡＮＥＲを、適当な運転パラメータ、例えばエアクリーナ２４の新品時又は交換時からの車両の積算走行距離などに基づいて算出する。そして、算出された劣化係数ＫＣＬＥＡＮＥＲ、新品時クリーナ圧損ＰＡＣＦＲＳＨ及び劣化時クリーナ圧損ＰＡＣＤＥＴを用い、次式（６）によって、エアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣを算出する。

式（６）から明らかなように、エアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣは、新品時クリーナ圧損ＰＡＣＦＲＳＨ及び劣化時クリーナ圧損ＰＡＣＤＥＴを、劣化係数ＫＣＬＥＡＮＥＲを用いて重み付け演算することによって、算出される。これにより、劣化係数ＫＣＬＥＡＮＥＲが大きいほど、すなわちエアクリーナ２４の劣化度合が高いほど、エアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣがより大きな値に適切に算出される。

次に、次式（７）により、大気圧センサ５２で検出された大気圧ＰＡからエアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣを減算することによって、吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０が算出される。

上記ステップ８に続く図３のステップ９及び１０では、ＥＧＲ弁４３の制御処理及び吸気絞り弁２５の制御処理をそれぞれ実行し、図３の処理を終了する。ＥＧＲ弁４３の制御処理は、これまでに得られた目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤなどに応じて、ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲの目標値である目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤを算出し、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに基づいて、ＥＧＲ弁４３を制御するものである。同様に、吸気絞り弁２５の制御処理は、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤなどに応じて、吸気絞り弁開度θＬＰの目標値である目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤを算出し、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤに基づいて吸気絞り弁２５を制御するものである。

以下、上記のＥＧＲ弁４３及び吸気絞り弁２５の制御処理に用いられるノズル式について、まず説明する。このノズル式は、ノズルを通過する流体を圧縮性流体と見なし、ノズルの上下流の圧力とノズルを通過する流体の流量との関係をモデル化したものであり、その一般式は次式（８）で表される。

ここで、左辺のＧは、ノズルを通過する流体の流量である。右辺のＫは、ノズルの構成及び開度に応じて定まる開度関数、Ｐ０はノズルの上流側圧力、Ｒは流体の気体定数、Ｔは流体の温度である。また、Ψは、次式（９）によって定義される圧力関数である。

ここで、Ｐ１はノズルの下流側圧力、κは流体の比熱比である。圧力関数Ψは、ノズルの構成や開度にかかわらず、その下流側圧力Ｐ１と上流側圧力Ｐ０との圧力比Ｐ１／Ｐ０のみによって一義的に定まるとともに、圧力比Ｐ１／Ｐ０が音速に相当する所定値以下のときには、一定の最大値Ψｍａｘをとる。この関係を図示すると、圧力関数Ψは、圧力比Ｐ１／Ｐ０に対して図１０のように表される。

また、式（８）を開度関数Ｋについて表すと、次式（１０）が得られる。

以上のノズル式をＥＧＲ弁４３に適用する場合には、式（８）〜（１０）中の流体流量Ｇを目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに、開度関数ＫをＥＧＲ弁４３の開度関数ＫＥＧＲに、上流側圧力Ｐ０を図３のステップ６で推定されたＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０に、下流側圧力Ｐ１を図３のステップ７で設定された目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤに、流体温度ＴをＥＧＲ温度センサ５６で検出されたＥＧＲ温度ＴＥＧＲに、圧力関数ΨをＥＧＲ弁４３用の圧力関数ΨＥＧＲに、それぞれ置き換える。これにより、式（８）〜（１０）はそれぞれ、次式（１１）〜（１３）に書き換えられる。

また、ノズル式を吸気絞り弁２５に適用する場合には、式（８）〜（１０）中の流体流量Ｇを目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに、開度関数Ｋを吸気絞り弁２５の開度関数ＫＬＰに、上流側圧力Ｐ０を図３のステップ８で推定された吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０に、下流側圧力Ｐ１を目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤに、流体温度Ｔを吸気温センサ５４で検出された吸気温ＴＡに、圧力関数Ψを吸気絞り弁２５用の圧力関数ΨＬＰに、それぞれ置き換える。これにより、式（８）〜（１０）はそれぞれ、次式（１４）〜（１６）に書き換えられる。

次に、図１１を参照しながら、上記のノズル式を用いて図３のステップ９で実行されるＥＧＲ弁４３の制御処理について説明する。本処理では、まずステップ２１において、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤに応じ、前記式（１２）によって、ＥＧＲ弁４３用の圧力関数ΨＥＧＲを算出する。次に、算出された圧力関数ΨＥＧＲを用い、式（１３）によってＥＧＲ弁４３の開度関数ＫＥＧＲを算出する（ステップ２２）。

次に、開度関数ＫＥＧＲに応じ、図１２に示すマップを検索することによって、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ２３）。このマップは、開度関数ＫＥＧＲとＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲとの関係を実験などによって求め、開度関数ＫＥＧＲ−目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤの関係としてマップ化したものであり、開度関数ＫＥＧＲが大きいほど、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤはより大きな値に設定されている。

次に、算出された目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに応じた駆動信号をＥＧＲアクチュエータ４３ａに出力することによって、ＥＧＲ弁４３を駆動し（ステップ２４）、本処理を終了する。これにより、ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲが目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに制御されることによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲが目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに制御されると同時に、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤに制御される。

次に、図１３を参照しながら、図３のステップ１０で実行される吸気絞り弁２５の制御処理について説明する。本処理では、まずステップ３１において、吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤに応じ、前記式（１５）によって、吸気絞り弁２５用の圧力関数ΨＬＰを算出する。次に、算出された圧力関数ΨＬＰを用い、式（１６）によって吸気絞り弁２５の開度関数ＫＬＰを算出する（ステップ３２）。

次に、開度関数ＫＬＰに応じ、図１４に示すマップを検索することによって、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤを算出する（ステップ３３）。このマップは、開度関数ＫＬＰと吸気絞り弁開度θＬＰとの関係を実験などによって求め、開度関数ＫＬＰ−目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤの関係としてマップ化したものであり、開度関数ＫＬＰが大きいほど、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤはより大きな値に設定されている。また、ＥＧＲ弁４３がポペット弁であるのに対し、吸気絞り弁２５がバタフライ弁であるという弁の形式の相違から、図１４のマップの形状は、図１２のＥＧＲ弁４３用のマップと異なっている。

次に、算出された目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤに応じた駆動信号をＬＰアクチュエータ２５ａに出力することによって、吸気絞り弁２５を駆動し（ステップ３４）、本処理を終了する。これにより、吸気絞り弁開度θＬＰが目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤに制御され、新気量ＧＡＩＲが目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに制御される。

以上のように、本実施形態によれば、ＥＧＲ装置１２が低圧ＥＧＲ装置で構成され、吸気通路６のＥＧＲ通路４１との接続部６ｃよりも上流側に、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲを調整するための絞り弁として、吸気絞り弁２５が設けられており、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを設定する（図３のステップ２〜４）。

また、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲの目標となる目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを設定し（ステップ５）、大気圧センサ５２で検出された大気圧ＰＡを基準とし、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを用いて、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０を推定する（ステップ６）とともに、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０と目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤとの差を、ＥＧＲ弁４３の下流側と吸気絞り弁２５の下流側に共通の弁下流圧Ｐ１の目標となる目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤとして設定する（ステップ７）。

そして、上記のように得られた目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ、ＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤを用い、ノズル式（式（１１）〜（１３））に従って、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤを設定し（図１１のステップ２１〜２３）、この目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに応じてＥＧＲ弁４３を駆動する（ステップ２４）ことによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲを目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに制御する。

図５に示されるように、上記の目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが小さいほど、より小さな値に設定される。例えば、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいことで、それを用いて推定されるＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ１のばらつきが大きいと想定される場合には、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤがより大きな値に設定され、より大きなＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲが確保される。これにより、ノズル式のＥＧＲ弁４３用の圧力関数ΨＥＧＲを、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲに対する変化量（感度）がより小さい領域（図１０のより左側の領域）において、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲのばらつきの影響が小さい状態で精度良く算出でき、それに応じて設定される目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤの精度が高められることで、ＥＧＲ量ＧＥＧＲの制御精度を確保することができる。

一方、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが小さい場合には、推定されるＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０及びＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲのばらつきが小さいことで、圧力関数ΨＥＧＲの算出精度への影響が小さいと想定されるため、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤをより小さな値に設定することによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲの制御精度を確保しながら、吸気絞り弁２５の絞りを最小限に抑制でき、燃費の悪化などの不具合を可能な限り抑制することができる。

また、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、所定の下限値ΔＰＥＧＲＬＭＴ以上に設定される。これにより、必要最小限のＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲが確保されることによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲのばらつきが抑制される。また、排気通路７における排気脈動が抑制され、その影響によるＥＧＲ弁上流圧ＰＥＧＲ０の推定精度の低下を回避できるので、ＥＧＲ量ＧＥＧＲの制御精度をより良好に確保することができる。さらに、排気脈動の影響が、ＥＧＲ弁４３及び吸気絞り弁２５を越えてエアフローセンサ５３に及ぶことがなくなり、エアフローセンサ５３の検出値に応じた制御の精度を低下を回避することができる。

また、本実施形態によれば、大気圧ＰＡを基準とし、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて、吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０を推定する（図３のステップ８）。そして、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０及び目標弁下流圧Ｐ１ＣＭＤを用い、ノズル式（式（１４）〜（１６））に従って、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤを設定し（図１３のステップ３１〜３３）、この目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤに応じて吸気絞り弁２５を駆動する（ステップ３４）ことによって、新気量ＧＡＩＲを目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに制御する。

この場合、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、前述した設定により、目標新気量ＧＡＩＲＣＭが大きいことで、吸気絞り弁２５の上下流差圧のばらつきが大きいと想定される場合には、より大きな値に設定され、目標新気量ＧＡＩＲＣＭが小さいことで、吸気絞り弁２５の上下流差圧のばらつきが小さいと想定される場合には、より小さな値に設定される。したがって、ノズル式の吸気絞り弁２５用の圧力関数ΨＬＰを、吸気絞り弁２５の上下流差圧のばらつきの影響を適切に補償した状態で精度良く算出でき、それに応じて設定される目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤの精度が高められることで、新気量ＧＡＩＲの制御精度を確保することができる。

次に、図１５及び図１６を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。図１５に示すように、第２実施形態では、ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲを調整するための絞り弁として、第１実施形態の吸気絞り弁２５に代えて、排気通路７側に排気絞り弁６５が設けられている。この排気絞り弁６５は、排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂよりも下流側で、かつマフラー２９の上流側に配置されており、吸気絞り弁２５と同様、回動自在のバタフライ弁で構成されている。

排気絞り弁６５を絞ることにより、排気絞り弁６５の上流側の圧力と、この部分に接続部７ｂを介して連通するＥＧＲ弁４３の上流側の圧力を高めることによって、ＥＧＲ弁４３の下流側との間に差圧が生成され、排気絞り弁６５の開度（以下「排気絞り弁開度」という）θＥＸに応じて上流側ＥＧＲ弁差圧ΔＰＥＧＲが調整される。排気絞り弁開度θＥＸは、排気絞り弁６５に連結されたＥＸアクチュエータ（図示せず）をＥＣＵ２からの制御信号で駆動することによって、制御される。

また、排気絞り弁６５のすぐ上流側には、排気絞り弁６５を通過する排ガスの温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを検出する排気温センサ５９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に入力される。他の構成は第１実施形態と同じであり、図１５及び図１６では、共通の構成要素に対して第１実施形態と同じ参照番号が付されている。

以下、図１６を参照しながら、上記の構成に対して実行される吸気制御処理について説明する。この吸気制御処理は、第１実施形態における図３の吸気制御処理に対応するものであり、ＥＣＵ２により、所定の周期で繰り返し実行される。

本処理ではまず、図３の処理とまったく同じ内容でステップ１〜５を実行する。具体的には、要求トルクＴＲＱを算出し（ステップ１）、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤをそれぞれ算出し（ステップ２、３）、さらに目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ４）とともに、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤ、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図４の目標差圧マップを検索することによって算出する（ステップ５）。

次のステップ４６では、ＥＧＲ弁４３の下流側圧力であるＥＧＲ弁下流圧ＰＥＧＲ１を推定する。このＥＧＲ弁下流圧ＰＥＧＲ１は、吸気通路６の接続部６ｃ付近の圧力と等しいので、その推定は、第１実施形態における吸気絞り弁上流圧ＰＬＰ０の推定とまったく同じ手法によって行われる。すなわち、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及びエアクリーナ２４の劣化度合に応じてエアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣを算出するとともに、算出したエアクリーナ圧損ΔＰ＿ＡＣを大気圧センサ５２で検出された大気圧ＰＡから減算することによって、ＥＧＲ弁下流圧ＰＥＧＲ１が算出される。

次に、ステップ４７において、ＥＧＲ弁下流圧ＰＥＧＲ１に目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤを加算することによって、弁上流圧Ｐ０の目標値である目標弁上流圧Ｐ０ＣＭＤを算出する。この弁上流圧Ｐ０は、互いに等しいＥＧＲ弁４３の上流側圧力と排気絞り弁６５の上流側圧を共通に表す。

次に、排気絞り弁６５の下流側圧力である排気絞り弁下流圧ＰＥＸ１を推定する（ステップ４８）。その推定は、第１実施形態と同様、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図７に示すマップを検索することによって、マフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを算出するとともに、算出したマフラー圧損ΔＰ＿ＭＵを大気圧ＰＡに加算することによって行われる。

次に、ＥＧＲ弁４３の制御処理を実行する（ステップ４９）。この制御処理では、ＥＧＲ弁４３にノズル式を適用し、ノズル式の流体流量Ｇ、上流側圧力Ｐ０、下流側圧力Ｐ１及び流体温度Ｔとして、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ、目標弁上流圧Ｐ０ＣＭＤ、ＥＧＲ弁下流圧ＰＥＧＲ１及びＥＧＲ温度ＴＥＧＲをそれぞれ用いるとともに、第１実施形態における図１１の制御処理のステップ２１〜２３と同様の手順で、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤを算出する。そして、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに応じた駆動信号をＥＧＲアクチュエータ４３ａに出力し、ＥＧＲ弁４３を駆動する。これにより、ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲが目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤに制御されることによって、ＥＧＲ量ＧＥＧＲ及びＥＧＲ率ＲＥＧＲが、目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＣＭＤにそれぞれ制御される。

最後に、排気絞り弁６５の制御処理を実行し（ステップ５０）、図１６の処理を終了する。この制御処理では、排気弁６５にノズル式を適用し、ノズル式の流体流量Ｇ、上流側圧力Ｐ０、下流側圧力Ｐ１及び流体温度Ｔとして、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標弁上流圧Ｐ０ＣＭＤ、排気絞り弁下流圧ＰＥＸ１、及び排気温センサ５９で検出された排気温ＴＥＸをそれぞれ用いるとともに、第１実施形態における図１３の制御処理のステップ３１〜３３と同様の手順で、目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤを算出する。そして、目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤに応じた駆動信号をＥＸアクチュエータに出力し、排気絞り弁６３を駆動する。これにより、排気絞り弁開度θＥＸが目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤに制御されることによって、新気量ＧＡＩＲが目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに制御される。

目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤとの和がエンジン３から排出される排ガス量に相当するという関係から、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤは、排気通路７のＥＧＲ通路４１との接続部７ｂから排気絞り弁６５を通過して下流側に流れる排ガス量にほぼ等しい。したがって、上記のように、排気絞り弁開度θＥＸを目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤに制御することによって、新気量ＧＡＩＲを目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤに制御することが可能である。

以上のＥＧＲ量ＧＥＧＲ及び新気量ＧＡＩＲの制御において、目標差圧ΔＰＥＧＲＣＭＤは、第１実施形態と同様、目標新気量ＧＡＩＲＣＭＤが小さいほど、より小さな値に設定されるとともに、所定の下限値ΔＰＥＧＲＬＭＴ以上に設定されている。したがって、本実施形態においても、ＥＧＲ量ＧＥＧＲ及び新気量ＧＡＩＲの制御精度を確保しながら、排気絞り弁６５の絞りを最小限に抑制し、燃費の悪化などの不具合を可能な限り抑制することができるなど、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、目標ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＣＭＤ、目標吸気絞り弁開度θＬＰＣＭＤ及び目標排気絞り弁開度θＥＸＣＭＤを設定する際に、ノズル式を用いているが、本発明は、これらの設定を他の手法によって行う場合にも適用できる。これは、上下流差圧（絶対値）が小さいほど、上下流差圧の変化量に対する流量の変化量（感度）がより大きくなるという前述した特性は、流量の算出手法によらない、流体が通過する弁自体の流量特性であるためである。したがって、ノズル式以外の手法を用いる場合にも、本発明を適用し、同様の効果を得ることができる。

また、実施形態のＥＧＲ装置は、いわゆる低圧ＥＧＲ装置として構成されているが、本発明は、ＥＧＲ装置がいわゆる高圧ＥＧＲ装置の場合にも適用可能である。さらに、第１及び第２実施形態では、ＥＧＲ温度ＴＥＧＲをＥＧＲ温度センサ５６によって検出し、第２実施形態では、排気温ＴＥＸを排気温センサ５９によって検出しているが、これらを適当な手法により推定によって求めてもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両用のエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用以外のエンジン、例えば、クランクシャフトを鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ ＥＣＵ（目標ＥＧＲ量設定手段、流量パラメータ取得手段、反絞り弁側圧力推定
手段、目標差圧設定手段、目標絞り弁側圧力設定手段、目標ＥＧＲ弁開度設定手
段、ＥＧＲ弁制御手段、吸気絞り弁上流側圧力推定手段、目標吸気絞り弁開度設
定手段、吸気絞り弁制御手段、排気絞り弁下流側圧力推定手段、目標排気絞り弁
開度設定手段、排気絞り弁制御手段）
３ 内燃機関
６ 吸気通路
６ｃ 吸気通路のＥＧＲ通路との接続部
７ 排気通路
７ｂ 排気通路のＥＧＲ通路との接続部
２５ 吸気絞り弁（絞り弁）
４１ ＥＧＲ通路
４３ ＥＧＲ弁
６５ 排気絞り弁（絞り弁）
ＧＥＧＲ ＥＧＲ量
ＧＥＧＲＣＭＤ 目標ＥＧＲ量（流量パラメータ）
ΔＰＥＧＲ 差圧
ΔＰＥＧＲＣＭＤ 目標差圧
ＧＡＩＲ 新気量
ＧＡＩＲＣＭＤ 目標新気量（流量パラメータ）
ＰＥＧＲ０ ＥＧＲ弁上流圧（反絞り弁側圧力）
Ｐ１ 弁下流圧（絞り弁側圧力、ＥＧＲ弁の下流側圧力）
Ｐ１ＣＭＤ 目標弁下流圧（目標絞り弁側圧力）
ＬＥＧＲ ＥＧＲ弁開度（ＥＧＲ弁の開度）
ＬＥＧＲＣＭＤ 目標ＥＧＲ弁開度
ΔＰＥＧＲＬＭＴ 下限値
ＰＬＰ０ 吸気絞り弁上流圧（吸気絞り弁の上流側圧力）
θＬＰ 吸気絞り弁開度（吸気絞り弁の開度）
θＬＰＣＭＤ 目標吸気絞り弁開度
ＰＥＧＲ１ ＥＧＲ弁下流圧（反絞り弁側圧力）
Ｐ０ 弁上流圧（絞り弁側圧力、ＥＧＲ弁の上流側圧力）
Ｐ０ＣＭＤ 目標弁上流圧（目標絞り弁側圧力）
ＰＥＸ１ 排気絞り弁下流圧（排気絞り弁の下流側圧力）
θＥＸ 排気絞り弁開度（排気絞り弁の開度）
θＥＸＣＭＤ 目標排気絞り弁開度

Claims (6)

1. 排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排ガスの量であるＥＧＲ量を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁と、
   前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側、及び前記排気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の一方に設けられ、前記ＥＧＲ弁の上流側圧力と下流側圧力との間の差圧を調整するための絞り弁と、
   前記ＥＧＲ量の目標となる目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段と、
   前記ＥＧＲ弁の上流側及び下流側のうちの前記絞り弁と反対側における圧力である反絞り弁側圧力と相関性を有する、新気及び／又は排ガスの流量を表す流量パラメータを取得する流量パラメータ取得手段と、
   当該取得された流量パラメータを用いて、前記反絞り弁側圧力を推定する反絞り弁側圧力推定手段と、
   前記差圧の目標となる目標差圧を、前記流量パラメータによって表される流量が小さいほど、より小さな値に設定する目標差圧設定手段と、
   前記目標差圧及び前記反絞り弁側圧力に基づき、前記ＥＧＲ弁の上流側及び下流側のうちの絞り弁側における圧力である絞り弁側圧力の目標となる目標絞り弁側圧力を設定する目標絞り弁側圧力設定手段と、
   前記目標ＥＧＲ量、前記反絞り弁側圧力及び前記目標絞り弁側圧力を用いて、前記ＥＧＲ弁の開度の目標となる目標ＥＧＲ弁開度を設定する目標ＥＧＲ弁開度設定手段と、
   当該目標ＥＧＲ弁開度に基づいて、前記ＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記目標差圧設定手段は、前記目標差圧を所定の下限値を下回らないように設定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. 前記絞り弁は、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との前記接続部よりも上流側に設けられ、絞りにより前記ＥＧＲ弁の下流側に負圧を発生させることによって、前記差圧を調整する吸気絞り弁であり、
   前記絞り弁側圧力は、前記ＥＧＲ弁の下流側圧力であり、
   前記反絞り弁側圧力は、前記ＥＧＲ弁の上流側圧力であり、
   前記流量パラメータは、新気量の目標値として設定される目標新気量であること
   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. 前記目標新気量を用いて、前記吸気絞り弁の上流側圧力を推定する吸気絞り弁上流側圧力推定手段と、
   前記目標新気量、前記吸気絞り弁上流側圧力及び前記ＥＧＲ弁の下流側圧力を用いて、前記吸気絞り弁の開度の目標となる目標吸気絞り弁開度を設定する目標吸気絞り弁開度設定手段と、
   前記目標吸気絞り弁開度に基づいて、前記吸気絞り弁を制御する吸気絞り弁制御手段と、をさらに備え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。
5. 前記絞り弁は、前記排気通路の前記ＥＧＲ通路との前記接続部よりも下流側に設けられ、絞りにより前記ＥＧＲ弁の上流側の圧力を高めることによって、前記差圧を調整する排気絞り弁であり、
   前記絞り弁側圧力は、前記ＥＧＲ弁の上流側圧力であり、
   前記反絞り弁側圧力は、前記ＥＧＲ弁の下流側圧力であり、
   前記流量パラメータは、新気量の目標値として設定される目標新気量であ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。
6. 前記目標新気量を用いて、前記排気絞り弁の下流側圧力を推定する排気絞り弁下流側圧力推定手段と、
   前記目標新気量、前記排気絞り弁下流側圧力及び前記ＥＧＲ弁の上流側圧力を用いて、前記排気絞り弁の開度の目標となる目標排気絞り弁開度を設定する目標排気絞り弁開度設定手段と、
   前記目標排気絞り弁開度に基づいて、前記排気絞り弁を制御する排気絞り弁制御手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

Images