JPH1037786A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンにおい
て、当該エンジンを理想燃焼状態で運転させ、スモーク
発生量を低減する。 【解決手段】ディーゼルエンジン２０は、筒内に吸入さ
れる新気を過給するためのターボチャージャ１４を備え
ると共に、筒内から排出される排気ガスの一部を吸気管
２２に還流するためのＥＧＲ装置を備える。ＥＧＲ装置
は、排気管２３と吸気管２２とを接続するＥＧＲ通路３
５と、該ＥＧＲ通路３５の途中に設けられたＥＧＲ弁３
６と、ＥＧＲ弁３６駆動負圧を導入するための負圧制御
弁４２とを有する。ＥＣＵ１０は、エンジン運転状態
（燃料噴射量，エンジン回転数）に応じて目標筒内吸入
酸素量を設定する。また、ＥＣＵ１０は、所定周期で筒
内吸入酸素量を算出すると共に、当該筒内吸入酸素量が
前記目標筒内吸入酸素量になるよう、ＥＧＲ装置により
還流される排気ガス量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスを吸気系
に還流する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置とい
う）を備えたディーゼルエンジンの制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種のディーゼルエンジンの制御装置
では、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図る
べくＥＧＲ装置を適用したものがある。ところが、排気
ガスの再循環を行うディーゼルエンジンにおいて、アク
セルの踏み込み操作に伴う車両加速時にはアクセル開度
に応じた量だけ燃料が供給されるのに対し、新気吸入量
はＥＧＲ装置の作動遅れや、ターボ過給機等の過給機を
備えたディーゼルエンジンにおいてはその過給機の過給
遅れに起因して定常時に比べて減少する。この場合、燃
料供給量に対してエンジンの筒内に吸入される酸素量が
過少となり、許容レベルを超えるスモークが発生すると
いう問題がある。

【０００３】この問題に対し、特開昭６０−１５６９５
１号公報においては、運転状態に応じて可変となり、且
つスモークの発生しない最小空燃比を算出し、この算出
値と新気吸入量に応じて燃料噴射量のガード値となる最
大噴射量を決定するようにしている。この場合、燃料噴
射量は、前記最大噴射量を超えない範囲内で制御され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報の
従来技術では、以下に示す問題を招来する。つまり、上
記従来技術では新気吸入量をパラメータとして最大噴射
量を決定しているが、ＥＧＲ装置を備えたシステムで
は、実際上、ＥＧＲ装置を介して吸気系に還流される排
気ガス中には幾分かの酸素が残存しているため、スモー
クの抑制を前提として新気吸入量と最大噴射量とを一義
的に関係付けることはできない。そのため、上記従来技
術では、ディーゼルエンジンの理想燃焼を実現すること
ができず、例えばＥＧＲ装置を介して吸気系に還流され
る排気ガス中の酸素量を予め所定量見越して最大噴射量
を決定したとしても、機関の運転状態によっては期待に
反してスモークが発生したり、過度に燃料噴射量を抑え
られることにより加速性能が低下し過ぎたりするという
問題が生じる。

【０００５】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、ＥＧＲ装置を備
えたディーゼルエンジンにおいて、当該エンジンを理想
燃焼状態で運転させ、スモーク発生量を低減することが
できるディーゼルエンジンの制御装置を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】要するに、例えばアクセ
ルペダルを踏み込み操作して車両を加速する際には、デ
ィーゼルエンジンへの燃料供給量が増加する。そのた
め、燃料供給量と筒内吸入酸素量とのバランスを良好に
保って理想燃焼を実現するには、筒内吸入酸素量を燃料
噴射量に応じて増加させる、或いは筒内吸入酸素量に応
じて燃料供給量の最大ガード値を設定する、といった対
策が考えられる。

【０００７】そこで、本発明では、請求項１に記載した
ように、ＥＧＲ装置により還流された排気ガス還流量、
前記ディーゼルエンジンの筒内に吸入される総吸入空気
量、及び前記ディーゼルエンジンに吸入される新気量の
うちの少なくとも２つと、前記ディーゼルエンジンに供
給される燃料量を基に算出される筒内吸入酸素量とを少
なくとも制御要素とし、該制御要素をエンジン運転状態
に応じて設定される目標値になるよう制御するようにし
ている。

【０００８】この場合、上記制御要素を目標値に一致さ
せるよう制御することにより、その時々に要求される燃
料供給量に応じた筒内吸入酸素量をディーゼルエンジン
に供給することが可能となり、ひいては理想燃焼を実現
することができる。さらに、本発明によれば、過給機
（例えばターボチャージャ）を備えたディーゼルエンジ
ンの過給遅れが生じる際にも、過給遅れに応じた制御を
実施することが可能となり、最適燃焼を実現することが
できる。なおここで、エンジン運転状態（例えばアクセ
ル開度，燃料供給量，エンジン回転数）に応じた目標値
とは、理想燃焼を実現するべく設定された制御目標値に
相当する。

【０００９】より具体的な構成として、請求項２に記載
した発明では、筒内吸入酸素量がエンジン運転状態に応
じた目標値になるよう、ＥＧＲ装置により還流される排
気ガス量を制御する。本請求項によれば、エンジン運転
状態に対応するようにＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量
（ＥＧＲ弁の開度）が制御される。この場合、例えばア
クセルの踏み込み操作に伴う車両加速時には、筒内吸入
酸素量を増量させるべくＥＧＲガス量が抑えられ、新気
吸入量の増加が促される。その結果、吸入酸素量が不足
するといった不具合が解消され、理想燃焼が実現できる
と共に、スモークの発生量が許容範囲内に抑制できる。
かかる場合においては、加速性能が損なわれることもな
い。

【００１０】また、請求項３に記載した発明では、筒内
吸入ガスと燃料とが燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量を
制御要素とし、燃焼ガスの熱容量がエンジン運転状態に
応じた目標値になるよう、ＥＧＲ装置により還流される
排気ガス量を制御する。ここで、燃焼ガスの熱容量と
は、筒内に吸入される全ガス量を筒内吸入酸素量で除算
した値で概算できるため、上記筒内吸入酸素量と同様
に、当該熱容量を制御要素の一つとみなすことができ
る。

【００１１】この場合、燃焼ガスの熱容量はＮＯｘの発
生に直接的に結びつく要因であるため、この熱容量を制
御要素としてそれを目標値に一致させるよう制御するこ
とにより、ＮＯｘの発生をより精密に制御することがで
き、ひいてはエンジンを理想燃焼状態で運転させると共
に、スモーク発生量を低減することができることとな
る。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、燃焼ガス
の熱容量をより正確に推定することができる。なお、本
請求項で言う理論空燃比とは、燃焼を局所的に見たとき
の理論空燃比を意味するものである（以下、本明細書で
用いる「理論空燃比」、又は「ストイキ燃焼」も局所的
な燃焼を見るという点で同意である）。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、少なくと
もアクセル開度に基づく加速要求から制御目標値を決定
することにより、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジ
ンでスモークの発生が問題となる加速時において、当該
スモークが過多に発生するという不具合を解消できる。

【００１４】請求項６に記載の発明では、ディーゼルエ
ンジンに供給される燃料量を制御要素の一つとし、該エ
ンジンへの筒内吸入酸素量に応じて設定される目標値と
なるように前記燃料量を制御する。この場合、燃料供給
量が過多となるような不具合が解消でき、理想燃焼を実
現することができる。また、燃料供給量が最適値に制御
されるため、加速性能が損なわれるといった従来の問題
も解消できる。

【００１５】請求項７に記載の発明では、筒内吸入酸素
量に基づいて最大燃料供給量を算出し、前記最大燃料供
給量を超えない範囲でエンジンに供給される燃料量を制
御する。かかる場合、スモークを発生させないための最
大燃料供給量（ガード値）が筒内吸入酸素量に基づいて
設定されるため、燃料供給量の過不足を招くことはな
く、スモーク発生量を低レベルに保つと共に加速性能を
維持することができる。

【００１６】請求項８に記載の発明では、排気ガス中の
酸素濃度を随時記憶し、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路の長さ
に応じた還流遅れ時間だけ前に記憶された前記排気ガス
中の酸素濃度を用いてエンジン制御を実施する。つま
り、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンでは、ＥＧ
Ｒガス中の酸素濃度を知ることが必要となるが、新気と
ＥＧＲガスとが混合される際において、ＥＧＲガス中の
酸素濃度は還流遅れ時間前の排気ガス中の酸素濃度に合
致する。そのため、上記したように還流遅れ時間前の酸
素濃度を制御に用いることで、より一層正確なエンジン
制御を実現することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明を具体化した第１
の実施の形態を図面に従って説明する。

【００１８】図１は、本実施の形態における車両用多気
筒ディーゼルエンジンの電子制御システムの概要を示す
構成図である。図１の電子制御システムでは、マイクロ
コンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵ
という）１０を有し、このＥＣＵ１０の制御指令信号に
より電磁駆動式の分配型燃料噴射ポンプ１１が駆動され
てディーゼルエンジン２０に高圧の燃料が供給されるよ
うになっている。つまり、分配型燃料噴射ポンプ１１に
より圧縮された高圧燃料は燃料分配通路１２を介して燃
料噴射ノズル１３に供給され、燃料噴射ノズル１３はデ
ィーゼルエンジン２０の副燃焼室２１に燃料を噴射す
る。

【００１９】また、ディーゼルエンジン２０は吸気管２
２及び排気管２３を有し、これら吸気管２２及び排気管
２３は吸気バルブ２４及び排気バルブ２５を介して主燃
焼室２６に連通している。この主燃焼室２６は連通路２
７を介して前記副燃焼室２１に連通されている。従っ
て、ピストン２８の上動に伴う筒内吸入空気の圧縮時に
おいて、燃料噴射ノズル１３から副燃焼室２１内に燃料
が噴射供給されると、当該燃料が圧縮点火され燃焼に供
される。

【００２０】また、ディーゼルエンジン２０は過給機を
構成するターボチャージャ１４を備えており、前記吸気
管２２にはターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａ
が設けられ、前記排気管２３にはターボチャージャ１４
の排気タービン１４ｂが設けられている。周知のよう
に、ターボチャージャ１４は排気ガスのエネルギーを利
用して排気タービン１４ｂを回転させ、その同軸上にあ
るコンプレッサ１４ａを回転させて吸入空気を昇圧させ
る。そして、吸入空気が昇圧されることにより、高密度
の空気が主燃焼室２６へと送り込まれてディーゼルエン
ジン２０の出力が増幅される。

【００２１】コンプレッサ１４ａの下流側には、アクセ
ルペダル１５に連動する吸気絞り弁１６が設けられてい
る。該吸気絞り弁１６の開閉位置はアクセル開度として
アクセル開度センサ１７により検出され、該検出された
アクセル開度信号はＥＣＵ１０に入力される。

【００２２】また、上記コンプレッサ１４ａの上流側に
は吸気管２２に吸入される新気吸入量を検出するための
新気吸入量センサ３０が設けられており、この新気吸入
量センサ３０により検出された新気吸入量信号はＥＣＵ
１０に入力される。新気吸入量センサ３０は、吸気管２
２内に熱線を配置して構成される熱線式エアフローメー
タからなり、加熱された熱線からの熱の放散に応じて吸
入新気の質量流量を検出する。

【００２３】また、吸気管２２には新気の温度を検出す
るための新気温度センサ３１と、吸気管圧力を検出する
ための吸気管圧力センサ３２とが設けられ、各センサ３
１，３２の検出信号はＥＣＵ１０に入力される。さら
に、前記分配型燃料噴射ポンプ１１の図示しないドライ
ブシャフトには、エンジン回転数を検出するための回転
数センサ３３が配設されている。

【００２４】次いで、本エンジンシステムに設けられた
ＥＧＲ装置の概要を説明する。排気管２３の排気タービ
ン１４ｂ上流側にはＥＧＲ通路３５が分岐して設けられ
ており、同ＥＧＲ通路３５はその途中のＥＧＲ弁３６を
経て吸気管２２に接続されている。そして、このＥＧＲ
通路３５により、排気管２３内の排気の一部が吸気管２
２の吸気ポート近くに再循環される。このとき、排気再
循環量（ＥＧＲガス量）はＥＧＲ弁３６の開度により調
節される。

【００２５】ＥＧＲ弁３６はＥＧＲ通路３５を開閉する
弁体３７を有し、該弁体３７はダイヤフラム３８により
作動せしめられる。この弁体３７のリフト量により前記
ＥＧＲガス量が決定される。ダイヤフラム３８の背後に
は圧縮コイルばね３９を設置した圧力室４０が形成され
ており、この圧力室４０には圧力導入管４１を介して負
圧制御弁４２が接続されている。負圧制御弁４２には大
気に通じる大気導入ポート４２ａと真空ポンプ４３に通
じる負圧導入ポート４２ｂが設けられており、負圧制御
弁４２により大気と負圧とが切替え制御されて圧力室４
０の負圧力が変更される。

【００２６】そして、この負圧力に応じて圧縮コイルば
ね３９に抗してダイヤフラム３８が変位し、弁体３７が
リフト駆動せしめられる。このように弁体３７がリフト
駆動されることにより、ＥＧＲ通路３５を通じて排気管
２３から吸気管２２へ導かれるＥＧＲ量が調節される。
こうした弁体３７のリフト動作は、後で詳述するように
ＥＣＵ１０から負圧制御弁４２へ出力されるリフト指令
信号により制御されるようになっている。

【００２７】また、ＥＧＲ通路３５途中にはＥＧＲガス
の温度を検出するためのＥＧＲガス温度センサ４４が設
けられており、同センサ４４の検出信号はＥＣＵ１０に
入力される。

【００２８】そして、ＥＣＵ１０は、上記した各種セン
サの検出信号に基いてエンジン運転状態を検知する。具
体的には、前記アクセル開度センサ１７の検出信号に基
いてアクセル開度ＶＡを、前記新気吸入量センサ３０の
検出信号に基いて新気吸入量ＧＡを、前記新気温度セン
サ３１の検出信号に基づいて新気温度ＴＡを、吸気管圧
力センサ３２の検出信号に基いて吸気管圧力ＰＭを、回
転数センサ３３の検出信号に基いてエンジン回転数ＮＥ
を、前記ＥＧＲガス温度センサ４４の検出信号に基いて
ＥＧＲガス温度ＴＥを、それぞれ算出する。

【００２９】また、ＥＣＵ１０は、上記の如く算出され
たエンジン運転状態に応じて分配型燃料噴射ポンプ１１
による燃料噴射量ＱＦを算出し、その算出値に基づく指
令信号を前記燃料噴射ポンプ１１に出力して燃料噴射ノ
ズル１３からディーゼルエンジン２０に燃料を供給させ
る。さらに、ＥＣＵ１０は、上記エンジン運転状態に応
じてＥＧＲ弁３６の開度（弁体３７のリフト指令値）を
決定し、その指令値に基づいて上記負圧制御弁４２を駆
動させる。

【００３０】次に、本実施の形態における電子制御シス
テムの作用を説明する。先ずは、図２のタイムチャート
を用いて本実施の形態の制御動作の概要を説明する。な
お、図２において、時間ｔ１以前は定常運転状態の期間
を示し、時間ｔ１〜ｔ２はドライバによるアクセル操作
に伴う加速期間を示す。

【００３１】さて、時間ｔ１以前（時間ｔ２以降も同
様）においては、アクセル開度ＶＡが略一定に保持され
ているため、エンジン回転数ＮＥも略一定値に保持さ
れ、アクセル開度ＶＡ及びエンジン回転数ＮＥにより決
定される燃料噴射量ＱＦも一定値のまま保持される。ま
た、ＥＧＲ弁３６の開度（ＥＧＲ開度），吸気管圧力Ｐ
Ｍ，筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ，スモーク発生量も所定値
で安定した状態となっている。

【００３２】そして、時間ｔ１でアクセルペダル１５が
踏み込み操作されて加速が開始されると、それに伴って
燃料噴射量ＱＦが増大すると共にエンジン回転数ＮＥが
上昇する。なお、アクセル操作に応じてエンジン回転数
ＮＥが変動する期間は、実際にはアクセル操作期間より
も幾分遅れるものであるが、便宜上、図２ではアクセル
操作期間（時間ｔ１〜ｔ２）とエンジン回転数ＮＥの変
動期間とを同一にして示す。

【００３３】また、時間ｔ１〜ｔ２では、アクセル操作
に伴いＥＧＲ開度が減少し始めると共に、吸気管圧力Ｐ
Ｍが上昇し始める。このとき、従来装置であれば、ＥＧ
Ｒ弁３６の作動遅れによりＥＧＲ開度の減少動作が緩慢
になる。また、ターボチャージャ１４の過給遅れ（ター
ボラグ）により、吸気管圧力ＰＭが所定の過給圧に達す
るまでには加速期間後において幾分かの時間を要する。
その結果、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が目標値（実線）に
対して不足し、スモーク発生量が許容レベル（２５％）
を超えてしまう（図の破線）。

【００３４】これに対して、本実施の形態の構成では、
筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が随時推測され、この推測され
た筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 と目標筒内吸入酸素量との偏
差をなくすべくＥＧＲ開度のフィードバック制御が実施
される。この場合、ＥＧＲ弁３６が従来よりも早期に閉
側にリフト駆動されることとなる。従って、新気吸入量
の増量が促され、結果として実際の筒内吸入酸素量ＧＴ
Ｏ2 が増量されて目標値に一致し、スモークの発生量も
定常時とほぼ同じ程度（５％程度）に維持される。ま
た、筒内に吸入される酸素量が不足することがないた
め、良好なる燃焼状態が維持できる。

【００３５】図３，図４のフローチャートは、上記動作
を実現するためにＥＣＵ１０により実行されるＥＧＲ弁
制御ルーチンを示す。なお、同フローは各気筒の燃料噴
射毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）に実行され
る。同フローチャートによれば、筒内吸入酸素量を制御
すべく、ＥＧＲ弁３６のリフト指令値が算出され、該リ
フト指令値によってＥＧＲ弁３６の開度が制御される。

【００３６】図３の処理がスタートすると、ＥＣＵ１０
は、先ずステップ１１０でアクセル開度ＶＡ，エンジン
回転数ＮＥ，新気吸入量ＧＡ，吸気管圧力ＰＭ，新気温
度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを読み込む。また、ＥＣＵ
１０は、続くステップ１２０で周知の方法により燃料噴
射量ＱＦを算出する。一般に、燃料噴射量ＱＦは、予め
記憶されたアクセル開度ＶＡとエンジン回転数ＮＥとの
２次元マップを用い、その時のＶＡ，ＮＥに応じて算出
される。

【００３７】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１３０で
予め記憶された燃料噴射量ＱＦとエンジン回転数ＮＥと
の２次元マップを用い、その時のＱＦ，ＮＥからＥＧＲ
弁３６をリフト動作させるための基本リフト量（以下、
基本リフト指令値ＳＢＳという）を算出する。また、Ｅ
ＣＵ１０は、ステップ１４０で予め記憶された燃料噴射
量ＱＦとエンジン回転数ＮＥとからなる別の２次元マッ
プを用い、その時のＱＦ，ＮＥから目標筒内吸入酸素量
ＧＴＴを算出する。ここで、目標筒内吸入酸素量ＧＴＴ
は、加速要求としてのアクセル開度ＶＡをも反映したマ
ップ値として与えられる。

【００３８】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ１５０で当
該ＥＣＵ１０内のＥＧＲガス酸素濃度メモリよりＥＧＲ
ガス酸素濃度を読み出す（以下、メモリから読み出され
た酸素濃度を酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍという）。か
かる場合、ＥＧＲガス酸素濃度メモリには、後述する手
順で算出された各燃焼毎の排気ガス中の酸素濃度ΨＥＯ
2 が時系列に複数個記憶されている。

【００３９】つまり、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路３５を通
り、エンジン２０の排気管２３から吸気管２２へ還流す
るが、その還流にはある程度の時間（還流遅れ時間）を
要し、ある時点でのＥＧＲガス中の酸素濃度は、還流遅
れ時間前の時点での排気管２３から排出された排気ガス
中の酸素濃度と等しい値を示す。従って、ステップ１５
０の処理では、還流遅れ時間を考慮して、所定の還流遅
れ時間前にＥＧＲガス酸素濃度メモリに書き込んだＥＧ
Ｒガス酸素濃度ΨＥＯ2 （その時点の排出ガス中の酸素
濃度に等しい）を現時点の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍ
として読み出す操作を行う。

【００４０】なお、還流遅れ時間を厳密に計算してその
還流遅れ時間に相当するＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を
酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとして読み出すことも可能
であるが、本実施の形態では、より簡便な手法として各
気筒について一燃焼サイクル前の値を酸素濃度メモリ値
ΨＥＯ2 Ｍとして読み出すようにしている。例えば４気
筒のエンジンであれば、ＥＧＲガス酸素濃度メモリを４
個用意し、＃１気筒に対応するメモリに一燃焼サイクル
前に書込んだ値を現時点の＃１気筒の燃焼計算に使用す
る。発明者らの実験によれば、この程度の方法でも充分
な精度が得られることが分かった。

【００４１】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１６０で
前記ステップ１５０の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍや、
その他エンジン回転数ＮＥ、新気吸入量ＧＡ，吸気管圧
力ＰＭ，新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを用いて筒
内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。なお、その詳細な算
出手順については後述する。

【００４２】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ１７０で前
記ステップ１６０の筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 と、前記ス
テップ１４０の目標筒内吸入酸素量ＧＴＴとを用い、両
者の差の絶対値（｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜）が所定の許容
範囲内であるか否かを判別する。そして、｜ＧＴＯ2 −
ＧＴＴ｜が許容範囲内を超えるのであれば、ＥＣＵ１０
はステップ１７０を否定判別してステップ１８０，１９
０の処理を実施し、その処理後に図４のステップ２００
に進む。また、｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜が許容範囲内であ
れば、ＥＣＵ１０はステップ１７０を肯定判別し、ステ
ップ１８０，１９０をバイパスして直接図４のステップ
２００に進む。

【００４３】即ち、｜ＧＴＯ2 −ＧＴＴ｜が許容範囲を
超える場合、ＥＣＵ１０はステップ１８０で筒内吸入酸
素量の偏差ΔＧＴ（＝ＧＴＯ2 −ＧＴＴ）を算出する。
また、ＥＣＵ１０は、続くステップ１９０で上記筒内吸
入酸素量の偏差ΔＧＴを用い例えば周知のＰＩＤ制御手
法に従ってＥＧＲ弁３６のリフト指令補正値ＳＫを算出
する。

【００４４】その後、図４のステップ２００に進むと、
ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁３６の最終リフト指令値ＳＥＤ
を算出する。詳細には、前記ステップ１７０が肯定判別
された場合には、リフト指令補正値ＳＫが算出されてい
ないため、前記ステップ１３０で算出した基本リフト指
令値ＳＢＳを最終リフト指令値ＳＥＤとする。また、ス
テップ１７０が否定判別された場合には、ＥＣＵ１０は
前記ステップ１９０のリフト指令補正値ＳＫを前記ステ
ップ１３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳに付加し
て、最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。

【００４５】これにより、ＥＧＲ弁３６は最終リフト指
令値ＳＥＤに応じて制御されることとなる。より具体的
には、負圧制御弁４２により制御される負圧が最終リフ
ト指令値ＳＥＤを実現するための値に制御され、該制御
された負圧がＥＧＲ弁３６の圧力室４０に導入される。
そして、該圧力室４０に導入された負圧に応じた量だけ
ＥＧＲ弁３６が開閉し、ＥＧＲガス量を増減させる。

【００４６】最終リフト指令値ＳＥＤの算出後、ＥＣＵ
１０は、ステップ２１０で上記ステップ１２０で算出し
た燃料噴射量ＱＦを用いて、燃焼後に排出される排気ガ
ス中の酸素濃度を予測し、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2
として算出する。なお、このＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ
2 の算出手順は後述する。

【００４７】最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ２２０で
前記ステップ２１０で算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥ
Ｏ2 をＥＧＲガス酸素濃度メモリへ書き込む。このと
き、時系列的なメモリ使用をしている場合には、メモリ
中の最も古い値を消去し、新しい値を含めメモリ位置を
１つずつ移動させて記憶する。また、気筒列にメモリを
使用している場合には、該当する気筒のメモリの値を新
しい値に変更すればよい。このようにして新しい値にな
ったＥＧＲガス酸素濃度メモリの記憶値は、次の気筒の
燃焼に際してステップ１５０で読み出される。

【００４８】上記図３，図４の処理によれば、筒内吸入
酸素量ＧＴＯ2 が常に目標筒内吸入酸素量ＧＴＴに一致
するよう制御されることとなり、ＥＧＲ弁３６の応答遅
れやターボチャージャ１４の過給遅れが存在する過渡時
のＥＧＲ精度が向上すると共に、過渡時の燃焼状態が良
好になる。またかかる場合には、過渡時のＮＯｘ排出量
が定常運転時と同等になると共に、スモークが低減され
る。つまり、前記ステップ１７０が肯定判別されるエン
ジンの定常運転時、並びに同ステップ１７０が否定判別
されるエンジンの過渡運転時のいずれの場合において
も、負圧制御弁４２に送られる制御信号によりＥＧＲ弁
３６による最適ＥＧＲ制御が維持できる。

【００４９】図５のフローチャートは、前記図３におけ
るステップ１６０の詳細な手順を示す筒内吸入酸素量Ｇ
ＴＯ2 の算出サブルーチンである。ＥＣＵ１０は、先ず
ステップ１６１で新気吸入量ＧＡの単位を〔ｇ／ｃｙ
ｌ〕から以降の演算に都合のよい〔モル／ｃｙｌ〕に変
換することとし、〔モル／ｃｙｌ〕単位の新気吸入量Ｇ
Ａ’を算出する。また、ＥＣＵ１０は、続くステップ１
６２で予め記憶されたエンジン回転数ＮＥと吸気管圧力
ＰＭとの２次元マップを用い、その時のＮＥ，ＰＭに応
じて筒内吸入ガス温度が３００〔ｋ〕の際の筒内吸入ガ
ス量（筒内に吸入される全ガス量）ＧＴ３００’〔モル
／ｃｙｌ〕を算出する。

【００５０】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ１６３で
筒内吸入ガス量が筒内吸入ガス温度に反比例する関係式
と、筒内吸入ガス温度が新気温度とＥＧＲガス温度のそ
れぞれのガス量の比から求まる関係式とから導かれる次
の式（１）に従い、筒内吸入ガス量ＧＴ３００’〔モル
／ｃｙｌ〕と、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、
新気温度ＴＡと、ＥＧＲガス温度ＴＥとを用いて筒内吸
入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。

【００５１】

【数１】 さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ１６４で筒内吸入酸素
量が新気中の酸素量とＥＧＲガス中の酸素量との和から
求まる関係より導かれた次の式（２）に従い、新気吸入
量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’
〔モル／ｃｙｌ〕と、酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとを
用いて筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算
出する。

【００５２】

【数２】 最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ１６５で前記ステップ
１６４で算出した筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 ’の単位を、
〔モル／ｃｙｌ〕から〔ｇ／ｃｙｌ〕へ変換して〔ｇ／
ｃｙｌ〕単位の筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。そ
して、本サブルーチンを終了する。こうして算出された
筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 は、前述したとおり、筒内吸入
酸素量のフィードバック制御に用いられる。

【００５３】図６のフローチャートは、前記図４におけ
るステップ２１０の詳細な手順を示すＥＧＲガス酸素濃
度ΨＥＯ2 の算出サブルーチンである。図６において、
ＥＣＵ１０は、先ずステップ２１１で燃料噴射量ＱＦの
単位を〔ｇ／ｃｙｌ〕からＣＨ2 換算での〔モル／ｃｙ
ｌ〕単位へ変換し、ＣＨ2 換算での燃料噴射量ＱＣＨ2
’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。ここで、ＣＨ2 換算
とは、「ＣＨn 」で表される燃料（軽油）の組成を「Ｃ
Ｈ2 」で置き換え、燃料燃焼時の反応を簡便化して演算
するためのものでる。

【００５４】また、ＥＣＵ１０は、続くステップ２１２
で筒内吸入ガスと筒内に噴射される燃料とが完全燃焼す
ると仮定して求めた次の式（３）に従い、筒内吸入酸素
量ＧＴＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量Ｇ
Ｔ’〔モル／ｃｙｌ〕と、燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モル
／ｃｙｌ〕とを用いてＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 （燃
焼後に排出されると予測される排気ガス中の酸素濃度に
等しい）を算出する。

【００５５】

【数３】 つまり、燃料ＣＨ2 １モルが完全燃焼すると想定した場
合、１モルのＣＨ2 と３／２モルのＯ2 とが燃焼し、結
果として１モルのＣＯ2 と１モルのＨ2 Ｏとが生成され
る（ＣＨ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ−３／２Ｏ2 ）。かかる場
合、前記の式（３）において、右辺の分母は燃料が完全
燃焼した際に排出される全ガス量に相当し、分子は燃料
が完全燃焼した際に排出される全酸素量に相当する。従
って、排気ガス中の全酸素量を全ガス量で除算すること
により、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 が算出できる。こ
のＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 は、前述したとおり、筒
内吸入酸素量ＧＴＯ2 の算出等に用いられる。

【００５６】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
の効果を得ることができる。 （ａ）本実施の形態では、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を制
御要素とし、当該筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 がエンジン運
転状態に応じた目標筒内吸入酸素量ＧＴＴになるよう、
ＥＧＲ装置により還流される排気ガス量（ＥＧＲ弁３６
の開度）を制御するようにした。この場合、アクセルペ
ダル１５の踏み込み操作に伴う車両加速時には、筒内吸
入酸素量ＧＴＯ2 を増加させるべくＥＧＲガス量が抑え
られ（ＥＧＲ弁３６が閉じられ）、新気吸入量の増量が
促される。その結果、筒内への吸入酸素量が不足すると
いった不具合が解消され、理想燃焼が実現できると共
に、スモークの発生量を許容範囲内に抑制することがで
きる。また、かかる場合には加速性能が損なわれること
もない。

【００５７】（ｂ）本実施の形態のディーゼルエンジン
２０はターボチャージャ１４を備えるため、車両加速時
には同ターボチャージャ１４による過給遅れが生じ、こ
れに起因して新気吸入量が減少する傾向を呈するが、そ
の際にも過給遅れに対応させて新気吸入量を増量させる
ことが可能となり、常に最適燃焼を実現することができ
る。

【００５８】（ｃ）また、本実施の形態では、少なくと
もアクセル開度ＶＡ（燃料噴射量ＱＦ）に基づく加速要
求から制御目標値としての目標筒内吸入酸素量ＧＴＴを
決定するようにしたため、車両加速時に許容レベルを超
えるスモークが発生するという不具合を確実に解消する
ことができる。

【００５９】（ｄ）さらに、本実施の形態では、ＥＧＲ
ガス酸素濃度ΨＥＯ2 を随時算出すると共にＥＧＲガス
酸素濃度メモリに記憶し、ＥＧＲ通路３５の長さに応じ
た還流遅れ時間だけ前に記憶されたＥＧＲガス酸素濃度
ΨＥＯ2 （酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍ）を用いてＥＧ
Ｒ制御を実施するようにした。この場合、ＥＧＲガスの
還流遅れを考慮したＥＧＲ制御が可能となり、より一層
正確なエンジン制御を実現することができる。

【００６０】（ｅ）さらに、本実施の形態では、新気中
の酸素量とＥＧＲガス中の酸素量との加算により筒内吸
入酸素量ＧＴＯ2 を算出することとし、この際、新気吸
入量ＧＡと当該新気中の酸素濃度（約２１％）との積か
ら新気中の酸素量を算出すると共に、ＥＧＲガス量（Ｇ
Ｔ−ＧＡ）と当該ＥＧＲガス中の酸素濃度ΨＥＯ2 との
積からＥＧＲガス中の酸素量を算出するようにした（図
５のステップ１６４，式（２））。従って、エンジン運
転状態の過渡時においても、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を
正確且つ容易に算出することができる。

【００６１】（ｆ）また、上記筒内吸入酸素量ＧＴＯ2
及びＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 の算出時には、モル換
算を行って演算を行うようにした。そのため、上記筒内
吸入酸素量ＧＴＯ2 及びＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を
より一層正確に算出することができる。

【００６２】（ｇ）本実施の形態では、新気温度センサ
３１及びＥＧＲガス温度センサ４４を設け、筒内吸入ガ
ス量ＧＴ’の算出に際しては（図５のステップ１６
３）、前記両センサ３１，４４による検出値（新気温度
ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥ）を用いる構成とした。この
場合、新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥ自体は急激な
時間変化をしないため、前記両センサ３１，４４には高
感度な性能が要求されることはない。従って、システム
を構築するにあたって高コスト化を回避することができ
る。

【００６３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図７〜図１１に従って説明する。但し、
本実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形
態と同等であるものについては図面に同一の記号を付す
と共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００６４】つまり、第２の実施の形態では制御要素と
なる物理量を、第１の実施の形態における「筒内吸入酸
素量ＧＴＯ2 」から、より直接的にＮＯｘ発生に結びつ
く「燃焼ガス熱容量ＣＴ」に変更し、制御精度向上を図
る。なお、燃焼ガス熱容量ＣＴとは、筒内吸入ガスが燃
焼して生じる燃焼ガスの熱容量であって、一般には筒内
吸入ガス量を筒内吸入酸素量で除算することにより概算
できる。

【００６５】図７，図８のフローチャートは、本実施の
形態におけるＥＧＲ制御ルーチンを示す。さて、図７，
８のルーチンがスタートすると、ＥＣＵ１０は、ステッ
プ３１０でエンジン運転情報（ＶＡ，ＮＥ，ＧＡ，Ｐ
Ｍ，ＴＡ，ＴＥ）を読み込み、ステップ３２０で燃料噴
射量ＱＦを算出し、さらにステップ３３０で基本リフト
指令値ＳＢＳを算出する（第１の実施の形態と同様）。

【００６６】また、ＥＣＵ１０は、ステップ３４０で予
め記憶された燃料噴射量ＱＦとエンジン回転数ＮＥとの
２次元マップを用い、その時のＱＦ，ＮＥから目標燃焼
ガス熱容量ＣＴＴを算出する。ここで、目標燃焼ガス熱
容量ＣＴＴは、加速要求としてのアクセル開度ＶＡをも
反映したマップ値として与えられる。

【００６７】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ３５０で当
該ＥＣＵ１０内のＥＧＲガス濃度メモリよりＥＧＲガス
酸素濃度（酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍ）とＥＧＲガス
二酸化炭素濃度（二酸化炭素濃度メモリ値ΨＥＣＯ2
Ｍ）とを読み出す。かかる場合、ＥＧＲガス濃度メモリ
には、後述する手順で算出された各燃焼毎の排気ガス中
の酸素濃度ΨＥＯ2 及び二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 が時
系列に複数個記憶されている。

【００６８】さらに、ＥＣＵ１０は、続くステップ３６
０で燃料のストイキ燃焼を想定した燃焼モデルから燃焼
ガス熱容量ＣＴを算出する。なお、燃焼ガス熱容量ＣＴ
の算出手順の詳細については、後述する。

【００６９】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ３７０で前
記ステップ３６０の燃焼ガス熱容量ＣＴと、前記ステッ
プ３４０の目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴとを用い、両者の
差の絶対値（｜ＣＴ−ＣＴＴ｜）が所定の許容範囲内で
あるか否かを判別する。そして、｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許
容範囲を超えるのであれば、ＥＣＵ１０はステップ３７
０を否定判別してステップ３８０，３９０の処理を実施
し、その処理後に図８のステップ４００に進む。また、
｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許容範囲内であれば、ＥＣＵ１０は
ステップ３７０を肯定判別し、ステップ３８０，３９０
をバイパスして直接図８のステップ４００に進む。

【００７０】即ち、｜ＣＴ−ＣＴＴ｜が許容範囲を超え
る場合、ＥＣＵ１０はステップ３８０で燃焼ガス熱容量
の偏差ΔＣＴ（＝ＣＴ−ＣＴＴ）を算出する。また、Ｅ
ＣＵ１０は、続くステップ３９０で上記燃焼ガス熱容量
の偏差ΔＣＴに応じて例えばＰＩＤ制御手法に従ってＥ
ＧＲ弁３６のリフト指令補正値ＳＫを算出する。

【００７１】その後、図８のステップ４００に進むと、
ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁３６の最終リフト指令値ＳＥＤ
を算出する。詳細には、前記ステップ３７０が肯定判別
された場合には、リフト指令補正値ＳＫが算出されてい
ないため、前記ステップ３３０で算出した基本リフト指
令値ＳＢＳを最終リフト指令値ＳＥＤとする。また、ス
テップ３７０が否定判別された場合には、ＥＣＵ１０は
前記ステップ３９０のリフト指令補正値ＳＫを前記ステ
ップ３３０で算出した基本リフト指令値ＳＢＳに付加し
て、最終リフト指令値ＳＥＤを算出する。

【００７２】上記処理により、ＥＧＲ弁３６は最終リフ
ト指令値ＳＥＤに応じて制御されることとなり、この場
合、燃焼ガス熱容量ＣＴは常に目標燃焼ガス熱容量ＣＴ
Ｔに一致するよう制御される。

【００７３】最終リフト指令値ＳＥＤの算出後、ＥＣＵ
１０は、ステップ４１０で燃焼後に排出される排気ガス
中の酸素濃度及び二酸化炭素濃度を予測し、ＥＧＲガス
酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣ
Ｏ2 として算出する。なお、このＥＧＲガス酸素濃度Ψ
ＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 の算出
手順は後述する。

【００７４】最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ４２０で
前記ステップ４１０で算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥ
Ｏ2 及びＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 をＥＧＲ
ガス濃度メモリへ書き込む。このとき、時系列的なメモ
リ使用をしている場合には、メモリ中最も古い値を消去
し、新しい値を含めメモリ位置を１つずつ移動記憶す
る。また、気筒列にメモリを使用している場合には、該
当する気筒のメモリの値を新しい値に変更される。

【００７５】一方、図９，図１０のフローチャートは、
前記図７におけるステップ３６０の詳細な手順を示す燃
焼ガス熱容量ＣＴの算出サブルーチンである。但し、ス
テップ３６１〜３６４は前記第１の実施の形態の図５の
ステップ１６１〜１６４と同様であり、ここではその詳
細な説明を省略する。つまり、ステップ３６１〜３６４
では、新気吸入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入ガ
ス量ＧＴ３００’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入ガス量Ｇ
Ｔ’〔モル／ｃｙｌ〕，筒内吸入酸素量ＧＴＯ’〔モル
／ｃｙｌ〕が算出される。なお、本処理過程において
も、各データの単位を〔ｇ／ｃｙｌ〕から以降の演算に
都合のよい〔モル／ｃｙｌ〕に変換し、〔モル／ｃｙ
ｌ〕の演算結果を用いて燃焼ガス熱容量ＣＴを算出する
ようにしている。

【００７６】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ３６５で
筒内吸入二酸化炭素量がＥＧＲガス中の二酸化炭素量か
ら求まる関係より導かれた次の式（４）に従い、新気吸
入量ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’
〔モル／ｃｙｌ〕と、ＥＧＲガスの二酸化炭素濃度メモ
リ値ΨＥＣＯ2 Ｍとを用いて筒内吸入二酸化炭素量ＧＴ
ＣＯ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。

【００７７】

【数４】 また、ＥＣＵ１０は、ステップ３６６で筒内吸入窒素量
が新気中の窒素量とＥＧＲガス中の窒素量との和から求
まる関係より導かれた次の式（５）に従い、新気吸入量
ＧＡ’〔モル／ｃｙｌ〕と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モ
ル／ｃｙｌ〕と、ＥＧＲガス中の窒素濃度（１−ΨＥＯ
2 Ｍ−２・ΨＥＣＯ2 Ｍ）を用い、筒内吸入窒素量ＧＴ
Ｎ2 ’〔モル／ｃｙｌ〕を算出する。

【００７８】

【数５】 引き続いて、ＥＣＵ１０は、図１０のステップ３６７で
ＣＨ2 １モルと完全燃焼する酸素３／２モル当たりの筒
内吸入ガスに着目し、完全燃焼後の燃焼ガスの組成が、
窒素（３／２）・（ＧＴＮ2 ／ＧＴＯ2 ）モル、二酸化
炭素及び水が各々、（３／２）・（ＧＴＣＯ2 ／ＧＴＯ
2 ）＋１モルである関係より導かれた次の式（６）に従
い、ＣＨ2 １モルとストイキ燃焼した燃焼ガスの熱容量
Ｃ１を算出する。

【００７９】

【数６】 さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ３６８で酸素３／２モ
ル当たりの筒内吸入ガスの組成が、酸素３／２モル、窒
素（３／２）・（ＧＴＮ2 ／ＧＴＯ2 ）モル、二酸化炭
素及び水が各々、（３／２）・（ＧＴＣＯ2 ／ＧＴＯ2
）モルである関係より導かれた次の式（７）に従い、
酸素３／２モル当たりの未燃焼ガスの熱容量Ｃ２を算出
する。

【００８０】

【数７】 最後に、ＥＣＵ１０は、ステップ３６９で筒内の燃焼が
酸素の増加と共に燃焼速度を増し、その結果単位燃料が
燃焼中に加熱するガスの量、つまり燃焼ガスの熱容量が
減少する現象を考慮して求めた次の式（８）に従い、前
記熱容量Ｃ１，Ｃ２を用いて燃焼ガス熱容量ＣＴを算出
する。かかる式（８）によれば、ＣＨ2１モルが燃焼し
た際に加熱する燃焼ガス熱容量ＣＴが導かれる。なお、
ａ，ｂは、正の演算定数である。

【００８１】

【数８】 上記の式（８）によれば、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が少
なくなるほど、燃焼ガス熱容量ＣＴは増加することとな
る。従って、アクセルの踏み込み操作に伴う車両加速時
には、燃焼ガス熱容量ＣＴは定常時よりも増加する傾向
を呈することが分かる。しかし、本実施の形態の構成で
は、燃焼ガス熱容量ＣＴが目標燃焼ガス熱容量ＣＴＴに
一致するようＥＧＲ弁３６の開度が制御されるため、過
度に燃焼ガス熱容量ＣＴが増加することはない。

【００８２】さらに、図１１のフローチャートは、前記
図８におけるステップ４１０の詳細な手順を示すＥＧＲ
ガス濃度の算出サブルーチンであり、同ルーチンによれ
ば、ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 及びＥＧＲガス二酸化
炭素濃度ΨＥＯ2 が算出される。なお、ステップ４１
１，４１２では前記図６のステップ２１１，２１２で既
述した通り、ＣＨ2 換算での燃料噴射量ＱＣＨ2 ’〔モ
ル／ｃｙｌ〕が算出されると共に、ＥＧＲガス酸素濃度
ΨＥＯ2 が算出される。

【００８３】そして、ＥＣＵ１０は、ステップ４１３で
筒内吸入ガスと筒内に噴射される燃料とが完全燃焼する
と仮定し求めた次の式（９）に従い、筒内吸入二酸化炭
素量ＧＴＣＯ2 と、筒内吸入ガス量ＧＴ’〔モル／ｃｙ
ｌ〕と、燃料噴射量ＱＣＨ2’〔モル／ｃｙｌ〕とを用
いてＥＧＲガス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 （燃焼後に排
出されると予測される排気ガス中の二酸化炭素に等し
い）を算出する。

【００８４】

【数９】 つまり、上記の式（９）において、右辺の分母は燃料が
完全燃焼した際に排出される全ガス量に相当し、分子は
燃料が完全燃焼した際に排出される全二酸化炭素量に相
当する。従って、排気ガス中の全二酸化炭素量を全ガス
量で除算することにより、ＥＧＲガス二酸化炭素濃度Ψ
ＥＣＯ2 が算出できる。このＥＧＲガス二酸化炭素濃度
ΨＥＣＯ2 は、既述したとおりＥＧＲガス酸素濃度ΨＥ
Ｏ2 と共に燃焼ガス熱容量ＣＴの算出等に用いられる。

【００８５】以上本実施の形態によれば上記第１の実施
の形態と同様に、ディーゼルエンジン２０を理想燃焼状
態で運転させると共にスモーク発生量を低減することが
でき、本発明の目的を達成することができる。また、本
実施の形態では、第１の実施の形態で既述した効果に加
えて以下の効果を得ることができる。

【００８６】（ａ）本実施の形態では、筒内吸入ガスが
燃焼して生じる燃焼ガスの熱容量（燃焼ガス熱容量Ｃ
Ｔ）を筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に相関する制御要素と
し、燃焼ガス熱容量ＣＴがエンジン運転状態に応じた目
標燃焼ガス熱容量ＣＴＴになるよう、ＥＧＲ装置により
還流される排気ガス量（ＥＧＲ開度）を制御するように
した。この場合、燃焼ガス熱容量ＣＴはＮＯｘの発生に
直接的に結びつく要因であるため、この熱容量ＣＴを制
御要素としてそれを目標値に一致させるよう制御するこ
とにより、ＮＯｘの発生をより精密に制御することがで
き、ひいてはエンジンを理想燃焼状態で運転させると共
に、スモーク発生量を低減することができることとな
る。

【００８７】特に、本実施の形態のエンジンはターボチ
ャージャ１４を備えるため、車両加速時には過給遅れに
より吸気管圧力が定常時よりも低下してＥＧＲ率が上昇
し、燃焼温度が低下する。これは、ＮＯｘを過度に減少
させると共に、スモークの増大の原因となる。しかし、
本実施の形態のように、ＮＯｘの生成に直接的に関連す
る燃焼ガス熱容量ＣＴを制御要素とすることにより、Ｎ
Ｏｘ及びスモークを共に低減させることのできる”適合
点”近傍での制御が可能となり、ＮＯｘの低減並びにス
モークの低減を両立できる。

【００８８】（ｂ）また、本実施の形態では、単位質量
の燃料がストイキ燃焼した結果生じる燃焼ガスの熱容量
（図１０、ステップ３６７の熱容量Ｃ１）と、単位質量
の燃料がストイキ燃焼する前の未燃ガス状態での熱容量
（図１０、ステップ３６８の熱容量Ｃ２）に筒内吸入酸
素量ＧＴＯ2 が増加するほど減少する傾向を有する係数
（図１０、ステップ３６９の係数ａ，ｂ）を乗じて得ら
れる熱容量とを加算して、燃焼ガス熱容量ＣＴを算出す
るようにした（前記式（８））。その結果、燃焼速度を
考慮した燃焼ガス熱容量ＣＴを算出することができ、当
該熱容量ＣＴを正確に推定して高精度なＥＧＲ制御を実
施することができる。

【００８９】（第３の実施の形態）次に、本発明におけ
る第３の実施の形態を図１２及び図１３を用いて説明す
る。本実施の形態の電子制御システムでは、ディーゼル
エンジン２０に供給される燃料量を制御要素とし、当該
燃料量を目標値に制御することを要旨とする。

【００９０】図１２は本実施の形態の制御動作を示すタ
イムチャートであり、先ずは同タイムチャートを用いて
本実施の形態の概要を説明する。図１２において、時間
ｔ１１以前は定常運転状態の期間を示し、時間ｔ１１〜
ｔ１２はドライバによるアクセル操作に伴う加速期間を
示す。

【００９１】さて、時間ｔ１１でアクセルペダル１５が
踏み込み操作されて加速が開始されると、それに伴って
燃料噴射量ＱＦが増大すると共にエンジン回転数ＮＥが
上昇する。なお、アクセル操作に応じてエンジン回転数
ＮＥが変動する期間は、実際にはアクセル操作期間より
も幾分遅れるものであるが、便宜上、図１２ではアクセ
ル操作期間（時間ｔ１１〜ｔ１２）とエンジン回転数Ｎ
Ｅの変動期間とを同一にして示す。

【００９２】また、時間ｔ１１〜ｔ１２の加速期間で
は、アクセル操作に伴い吸気管圧力ＰＭが上昇し始め
る。このとき、ＥＧＲ弁３６の作動遅れやターボチャー
ジャ１４の過給遅れ（ターボラグ）により吸気管圧力Ｐ
Ｍの上昇が緩慢になり、それにより筒内吸入酸素量ＧＴ
Ｏ2 が目標値に対して不足するという事態を招く。その
結果、図中に破線で示すようにスモーク発生量が許容レ
ベル（２５％）を超えてしまう（図の斜線部分）。

【００９３】これに対して、本実施の形態では、アクセ
ル操作に伴う燃料噴射量ＱＦの増加時において、筒内吸
入酸素量ＧＴＯ2 に応じた最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦが
設定され、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が不足した場合にお
いて燃料噴射量ＱＦの上限が制限される。具体的には、
図の時間ｔａ〜ｔｂの期間において、燃料噴射量ＱＦの
増量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦにて制限されている。
このとき、スモークの発生量が許容範囲（例えば２５％
以下）に維持される。

【００９４】図１３のフローチャートは、上記動作を実
現するためにＥＣＵ１０により実行される燃料噴射量制
御ルーチンを示す。なお、同フローは各気筒の燃料噴射
毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）に実行される。

【００９５】さて、図１３のルーチンがスタートする
と、ＥＣＵ１０は、ステップ５１０でアクセル開度Ｖ
Ａ，エンジン回転数ＮＥ，新気吸入量ＧＡ，吸気管圧力
ＰＭ，新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを読み込む。
また、ＥＣＵ１０は、続くステップ５２０で予め記憶さ
れているアクセル開度ＶＡとエンジン回転数ＮＥとの２
次元マップを用い、その時のＶＡ，ＮＥから基本燃料噴
射量ＱＢＦを算出する。

【００９６】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ５３０でＥ
ＧＲガス酸素濃度メモリより酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2
Ｍを読み出す。このとき、ＥＧＲガス酸素濃度メモリに
は、各燃焼毎の排気ガス中の酸素濃度が時系列に複数個
記憶されており、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路３５を還流す
る際の還流遅れ時間を考慮して、還流遅れ時間前に該Ｅ
ＧＲガス酸素濃度メモリに書き込んだＥＧＲガス酸素濃
度ΨＥＯ2 が現時点の酸素濃度メモリ値ΨＥＯ2 Ｍとし
て読み出される（第１の実施の形態と同様）。

【００９７】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ５４０で
筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 を算出する。ここで、筒内吸入
酸素量ＧＴＯ2 の算出には、前記第１の実施の形態で既
述した図５のサブルーチンを用いればよい。

【００９８】次に、ＥＣＵ１０は、ステップ５５０で予
め記憶されたエンジン回転数ＮＥと筒内吸入酸素量ＧＴ
Ｏ2 との２次元マップを用い、その時のＮＥ，ＧＴＯ2
から最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦを算出する。この場合、
最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦ（マップ値）は、スモーク発
生量が許容範囲（２５％）を超えないよう筒内吸入酸素
量ＧＴＯ2 に応じて設定される。

【００９９】さらに、ＥＣＵ１０は、ステップ５６０で
上記ステップ５２０，５５０で算出した基本燃料噴射量
ＱＢＦ，最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦの大小を比較し、そ
のうち小さい方の値を最終燃料噴射量ＱＦとして決定す
る。こうして前記図１２の時間ｔａ〜ｔｂの期間におい
ては、最大燃料噴射量ＱＭＡＸＦがその時の最終燃料噴
射量ＱＦとして使用されることとなる。

【０１００】その後、ＥＣＵ１０は、ステップ５７０，
５８０でＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を算出すると共
に、該算出したＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 を時系列的
にＥＧＲガス酸素濃度メモリに記憶する。なお、ステッ
プ５７０，５８０の処理は、第１の実施の形態における
図４のステップ２１０，２２０の処理（並びに図６のサ
ブルーチン）に準ずるものである。

【０１０１】以上本実施の形態によれば上記第１，第２
の実施の形態と同様に、ディーゼルエンジン２０を理想
燃焼状態で運転させると共にスモーク発生量を低減する
ことができ、本発明の目的を達成することができる。ま
た、本実施の形態では、第１，第２の実施の形態で既述
した効果に加えて以下の効果を得ることができる。

【０１０２】つまり、本実施の形態では、ディーゼルエ
ンジン２０に供給される燃料量を制御要素とし、該エン
ジン２０への筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に基づいて最大燃
料供給量ＱＭＡＸＦを算出するようにした。そして、最
大燃料供給量ＱＭＡＸＦを超えない範囲でエンジン２０
に供給される燃料量を制御するようにした。かかる場
合、スモークを発生させないための最大燃料供給量ＱＭ
ＡＸＦ（ガード値）が筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 に基づい
て設定されるため、燃料供給量の過不足を招くことはな
く、スモークを低レベルに保つと共に加速性能を維持す
ることができる。

【０１０３】なお、本発明は、上記各実施の形態の他に
次の形態にて実現できる。 （１）上記各実施の形態では、新気温度センサ３１及び
ＥＧＲガス温度センサ４４を設け、各センサ３１，４４
により検出された新気温度ＴＡ，ＥＧＲガス温度ＴＥを
用いて筒内吸入ガス量ＧＴ’を算出していたが（図５の
ステップ１６３，図９のステップ３６３）、これを変更
してもよい。例えば前記新気温度センサ３１及びＥＧＲ
ガス温度センサ４４に代えて、筒内吸入ガス温度を直接
検出するための筒内吸入ガス温度センサを設ける。この
場合、筒内吸入ガス温度センサは吸気管２２のＥＧＲ通
路３５取付け部よりも下流側に設けられ、ＥＣＵ１０は
同センサの検出信号に基づいて筒内吸入ガス温度ＴＴを
算出する。かかる構成では、筒内吸入ガス温度ＴＴが直
接検出できるため、前記筒内吸入ガス量ＧＴ’を算出す
るための前記式（１）が次の式（１０）のように変更さ
れる。

【０１０４】

【数１０】 つまり、前記図５のステップ１６３，図９のステップ３
６３においては、上記の式（１０）を用いて筒内吸入ガ
ス量ＧＴ’が算出されることとなる。なお、ＥＧＲ弁３
６の開度が急激に変化すると筒内吸入ガス温度も急激に
変化するため、上記筒内吸入ガス温度センサには前記新
気温度センサ３１及びＥＧＲガス温度センサ４４よりも
高い応答性が要求される。

【０１０５】（２）上記第１，第２実施の形態では、Ｅ
ＧＲ弁３６の開度を調整することにより筒内吸入酸素量
ＧＴＯ2 或いは燃焼ガス熱容量ＣＴを目標値に制御して
いたが、これを変更してもよい。例えば、吸気絞り弁１
６の開度を調整することにより筒内吸入酸素量ＧＴＯ2
或いは燃焼ガス熱容量ＣＴを目標値に制御するようにし
てもよい。かかる場合、アクセルの踏み込み操作に伴う
車両加速時には、吸気絞り弁１６が開側に制御され、新
気吸入量の増量が促される。その結果、筒内吸入酸素量
が増加する。従って、本構成においても、理想燃焼を実
現して本発明の目的を達成することができる。

【０１０６】（３）上記各実施の形態では、筒内吸入酸
素量ＧＴＯ2 ，ＥＧＲガス酸素濃度ΨＥＯ2 ，ＥＧＲガ
ス二酸化炭素濃度ΨＥＣＯ2 ，燃焼ガス熱容量ＣＴを上
述した図５，図６，図９〜図１１の手順により算出する
旨を記載したが、これらの算出手順は既述したものに限
定されず他に変更してもよい。例えば上記算出手順で行
ったモル換算を簡略化したり、上記要素を直接的に計測
可能なセンサ類をエンジン制御システムに設けるように
してもよい。

【０１０７】（４）上記第３の実施の形態を次のように
変更して具体化してもよい。即ち、車両の走行状態に対
応させてスモーク発生量の許容レベルを可変に設定する
と共に、当該許容レベルに応じて燃料噴射量ＱＦの目標
値を設定する。なお、スモーク発生量は筒内吸入酸素量
ＧＴＯ2 に相関している。

【０１０８】このとき、例えば通常走行時であれば、ス
モークの許容レベルを５〜１０％程度とし、その許容レ
ベルに相応する目標燃料噴射量を設定する。また、車両
加速時であれば、スモークの許容レベルを２５％とし、
その許容レベルに相応する目標燃料噴射量を設定する。
そして、その時々の燃料噴射量ＱＦが目標燃料噴射量に
なるように制御を実施する。かかる場合、筒内吸入酸素
量ＧＴＯ2 に基づいた燃料噴射量制御が実現でき、結果
として、スモーク発生量をその時の許容レベルに抑える
ことができる。

【０１０９】（５）上記実施の形態では、過給機（ター
ボチャージャ）を備えたエンジン制御システムに本発明
を具体化したが、過給機を備えない本発明を適用するこ
ともできる。この場合、過給遅れ（ターボラグ）に起因
して筒内吸入酸素量ＧＴＯ2が不足することはないが、
ＥＧＲ装置の応答遅れやＥＧＲ通路のＥＧＲガス還流遅
れに起因して筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 が不足するおそれ
があるため、本構成においてもエンジンを理想燃焼状態
で運転させ、且つスモーク発生量を低減するという効果
を得ることができる。

【０１１０】（６）ＥＧＲ装置の構成を変更してもよ
い。例えばスロットルボディ負圧により排気ガスを還流
させるＥＧＲ通路を設けると共に、当該ＥＧＲ通路の途
中に電磁式ＥＧＲ弁を設ける。そして、電磁式ＥＧＲ弁
をエンジン運転状態に応じて制御するようにしてもよ
い。要は、筒内吸入酸素量ＧＴＯ2 がフィードバック制
御できる構成であればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システ
ムの概要を示す構成図。

【図２】第１の実施の形態の作用を説明するためのタイ
ムチャート。

【図３】第１の実施の形態におけるＥＧＲ弁制御ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図４】図３に続き、ＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図５】筒内吸入酸素量算出サブルーチンを示すフロー
チャート。

【図６】ＥＧＲガス酸素濃度算出サブルーチンを示すフ
ローチャート。

【図７】第２の実施の形態におけるＥＧＲ弁制御ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図８】図７に続き、ＥＧＲ弁制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図９】燃焼ガス熱容量算出サブルーチンを示すフロー
チャート。

【図１０】図９に続き、燃焼ガス熱容量算出サブルーチ
ンを示すフローチャート。

【図１１】ＥＧＲガス濃度算出サブルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図１２】第３の実施の形態における作用を説明するた
めのタイムチャート。

【図１３】第３の実施の形態における燃料噴射量制御ル
ーチンを示すフローチャート。

【符号の説明】

１０…ＥＣＵ、１４…ターボチャージャ、１５…アクセ
ルペダル、１６…吸気絞り弁、２０…ディーゼルエンジ
ン、３５…ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）を構成す
るＥＧＲ通路、３６…ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁、
４２…ＥＧＲ装置を構成する負圧制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 41/10 ３８０ 41/10 ３８０Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５５０Ｒ (72)発明者 福間 隆雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 泰生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循
   環装置を備えたディーゼルエンジンの制御装置におい
   て、 前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガス還流
   量、前記ディーゼルエンジンの筒内に吸入される総吸入
   空気量、及び前記ディーゼルエンジンに吸入される新気
   量のうちの少なくとも２つと、前記ディーゼルエンジン
   に供給される燃料量を基に算出される筒内吸入酸素量と
   を少なくとも制御要素とし、該制御要素をエンジン運転
   状態に応じて設定される目標値になるよう制御すること
   を特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】前記筒内吸入酸素量がエンジン運転状態に
   応じた目標値になるよう、前記排気ガス再循環装置によ
   り還流される排気ガス量を制御する請求項１に記載のデ
   ィーゼルエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】筒内吸入ガスと燃料とが燃焼して生じる燃
   焼ガスの熱容量を制御要素とし、 前記燃焼ガスの熱容量がエンジン運転状態に応じた目標
   値になるよう、前記排気ガス再循環装置により還流され
   る排気ガス量を制御する請求項１に記載のディーゼルエ
   ンジンの制御装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載のディーゼルエンジンの制
   御装置において、 前記燃焼ガスの熱容量は、単位質量の燃料と理論空燃比
   で燃焼する吸入ガスが燃焼した結果生じる燃焼ガスの熱
   容量と、単位質量の燃料と理論空燃比で燃焼する吸入ガ
   スが燃焼する前の未燃ガス状態での熱容量に吸入酸素量
   が増加するほど減少する傾向を有する係数を乗じて得ら
   れる付加的な熱容量とを加算して求められるものである
   ディーゼルエンジンの制御装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼ
   ルエンジンの制御装置において、 前記制御の目標値は、少なくともアクセル開度に基づく
   加速要求から決定されるディーゼルエンジンの制御装
   置。
6. 【請求項６】排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循
   環装置を備えたディーゼルエンジンの制御装置におい
   て、 ディーゼルエンジンに供給される燃料量を制御要素の一
   つとし、該エンジンへの筒内吸入酸素量に応じて設定さ
   れる目標値となるように前記燃料量を制御することを特
   徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載のディーゼルエンジンの制
   御装置において、 前記筒内吸入酸素量に基づいて最大燃料供給量を算出
   し、前記最大燃料供給量を超えない範囲でエンジンに供
   給される燃料量を制御するディーゼルエンジンの制御装
   置。
8. 【請求項８】排気ガス中の酸素濃度を随時記憶し、 前記排気ガス再還流装置の排気ガス通路の長さに応じた
   還流遅れ時間だけ前に記憶された前記排気ガス中の酸素
   濃度を用いてエンジン制御を実施する請求項１〜７のい
   ずれかに記載のディーゼルエンジンの制御装置。