JPWO2015177888A1 - Ｅｇｒ制御装置及びｅｇｒ制御方法 - Google Patents

Abstract

ＥＧＲ制御装置は、吸気通路のＥＧＲ通路との合流部における新気流量とＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガス量とから推定ＥＧＲ率を算出する推定ＥＧＲ率算出部と、ＥＧＲバルブが閉弁状態から開弁状態へ移行した場合に、推定ＥＧＲ率を導入通路内のガス状態に基づいて補正することによって、合流部における新気に対するＥＧＲガス量の割合である合流部ＥＧＲ率を算出する合流部ＥＧＲ率推定部と、を備える。

Description

本発明は、排気の一部を排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という）ガスとして吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置の制御装置及び制御方法に関する。

排気の一部をＥＧＲガスとして吸気側へ再循環させることにより、ノッキングの防止や燃費性能の向上等を可能とするＥＧＲ装置が知られている。ＥＧＲ装置は、一般的に、排気通路から分岐して吸気通路へ合流するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に介装されてＥＧＲガス量を制御するために開閉するＥＧＲバルブと、を含んで構成される。そして、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲ制御実行時には、内燃機関のコントローラは運転状態に応じて設定した目標ＥＧＲ率となるように、ＥＧＲバルブを開弁する。ただし、ＥＧＲバルブを開弁してから実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるまでには遅れが生じるので、ＥＧＲバルブの開弁と同時に目標ＥＧＲ率に応じた点火時期に切り換えると、ノッキングが発生する。そこで、コントローラはＥＧＲバルブの開度やエンジン回転度速度等に基づいて推定ＥＧＲ率を算出し、推定ＥＧＲ率に応じて点火時期を制御することで、ノッキングを防止している。

ところで、例えばＥＧＲ制御非実行状態が継続した場合等には、ＥＧＲ通路の、吸気通路との合流部からＥＧＲバルブまでの部分が新気で満たされる。この状態でＥＧＲ制御を開始すると、ＥＧＲバルブを開いても初めのうちは新気が吸気通路に押し出されるだけで、ＥＧＲガスは吸気通路へ導入されない。このため、ＥＧＲバルブから合流部までの配管がＥＧＲガスで満たされるまでは、実際のＥＧＲ率（実ＥＧＲ率）と推定ＥＧＲ率とに乖離が生じ、実ＥＧＲ率よりも高い推定ＥＧＲ率を前提として設定された点火時期ではノッキングが発生してしまう。

ＪＰ２００７−２７８１１６Ａでは、上記のような実ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率との乖離を防ぐため、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流部にさらにバルブを設けて、当該バルブとＥＧＲバルブとの間の配管をＥＧＲガスで満たしておくようにしている。これにより、ＥＧＲ制御の開始後ただちに吸気通路にＥＧＲガスが導入されるので、推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離を防止できる。

しかしながら、上記文献の構成では、ＥＧＲバルブの他にさらにバルブが必要となるのでコストが増大し、バルブ制御も複雑になってしまう。また、振動対策等のために、吸気通路とＥＧＲ通路との合流部にゴム製のジョイントが用いられる場合等には、上記文献のバルブを設けることは困難であり、当然、ＥＧＲバルブを設けることも困難である。

そこで、本発明では、実ＥＧＲ率を精度良く推定し得るＥＧＲ制御装置及びＥＧＲ制御方法を提供することを目的とする。

図１は、本発明の実施形態を適用する内燃機関システムの構成図である。 図２は、目標ＥＧＲ率マップの一例を示す図である。 図３は、ＥＧＲ非導入状態におけるＥＧＲ通路を示す図である。 図４は、ＥＧＲ導入状態におけるＥＧＲ通路を示す図である。 図５は、ＥＧＲ率の変化特性を示す図である。 図６は、第１実施形態の推定ＥＧＲ率補正演算ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、ＥＧＲガスの残留の有無を判定するためのルーチンを示すフローチャートである。 図８は、第１実施形態の合流部ＥＧＲ率推定値算出用の演算内容を示すブロック図である。 図９は、第２実施形態の推定ＥＧＲ率補正演算ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、第２実施形態の合流部ＥＧＲ率推定値算出用の演算内容を示すブロック図である。 図１１は、第３実施形態の推定ＥＧＲ率補正演算ルーチンを示すフローチャートである。 図１２は、第３実施形態の合流部ＥＧＲ率推定値算出用の演算内容を示すブロック図である。 図１３は、図１１のルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態を適用する内燃機関システムの構成図である。

内燃機関１の吸気通路２には、吸気流れの上流側から、エアフローメータ３、ターボ過給機４のコンプレッサ４Ａ、スロットルチャンバ５、インタークーラ一体側のコレクタタンク６が配置されている。

なお、本システムは、コンプレッサ４Ａの上流側と下流側とを連通するリサーキュレーション通路１３と、減速時に開弁してコンプレッサ４Ａの下流側から上流側へ吸気を戻すリサーキュレーションバルブ１４とを備える。

一方、排気通路７には、排気流れの上流側から、ターボ過給機４のタービン４Ｂ、マニホールド触媒８、床下触媒９が配置されている。なお、本システムは、タービン４Ｂの上流側と下流側とを連通するバイパス通路１５と、バイパス通路１５の流路を開閉するバルブ１６と、を備える。

マニホールド触媒８及び床下触媒９は、いずれも排気浄化用の触媒装置である。マニホールド触媒８は、排気ができるだけ高温のまま流入するように、タービン４Ｂの下流側の近い位置に配置される。床下触媒９はマニホールド触媒８よりも大容量で、車両の床下に配置される。

また、本システムは、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」ともいう）を備える。ＥＧＲ装置は、排気通路７のマニホールド触媒８と床下触媒９との間から分岐して、吸気通路２のコンプレッサ４Ａより上流側かつエアフローメータ３より下流側に合流する排気再循環通路（以下、「ＥＧＲ通路」ともいう）１０と、ＥＧＲ通路１０を通過する排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）の量を調節する再循環弁（以下、「ＥＧＲバルブ」ともいう）１１と、を含んで構成される。さらに、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２を含んでもよい。

上記のように、本実施形態のＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をタービン４Ｂの下流側からコンプレッサ４Ａの上流側かつエアフローメータ３の下流側に再循環させる、いわゆるロープレッシャーＥＧＲ装置である。

上述した内燃機関システムは、内燃機関１の回転速度（以下、エンジン回転速度ともいう）を検出するクランク角センサ１８と、アクセルペダル開度センサ１９と、排気温度センサ２０と、を更に備え、これらのセンサ及びエアフローメータ３の検出値がコントローラ１００に読み込まれる。コントローラ１００は、読み込んだ検出値に基づいて、燃料噴射制御、スロットルバルブ開度制御、及びＥＧＲ装置の制御（ＥＧＲ制御）を実行する。

コントローラ１００は、ＥＧＲ制御においては推定ＥＧＲ率算出部及び合流部ＥＧＲ率推定部としても機能する。以下、ＥＧＲ制御について説明する。

ＥＧＲ制御では、コントローラ１００は、まず運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいてマップ検索等により目標ＥＧＲ率を決定し、ＥＧＲバルブ開度を目標ＥＧＲ率に応じた大きさに制御する。目標ＥＧＲ率の決定に用いるマップは、例えば図２に示すように、ＥＧＲ制御を実行する領域（以下、「ＥＧＲ領域」ともいう）では、負荷が大きくなるほど、また、エンジン回転速度が高くなるほど、大きな目標ＥＧＲ率が設定されている。

目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲバルブ開度は、吸入空気量毎に、目標ＥＧＲ率とＥＧＲバルブ開度との関係を予めマップ化しておき、マップを検索することにより求める。吸入空気量毎にマップ化するのは、例えば低回転低負荷領域のようにＥＧＲバルブ１１の前後差圧が低い領域と、高回転高負荷領域のようにＥＧＲバルブ１１の前後差圧が高い領域とでは、同一の目標ＥＧＲ率を達成するために必要な開度が異なるからである。すなわち、目標ＥＧＲ率が同一の場合、前後差圧が低い領域では、前後差圧が高い領域に比べてＥＧＲバルブ１１の開度をより大きくする必要があるからである。

次に、運転点がＥＧＲ制御を実行しない領域（以下、「非ＥＧＲ領域」ともいう）からＥＧＲ領域へ移行する場合について説明する。

図３および図４は、ＥＧＲ通路１０を簡略化した図である。図３は、運転点が非ＥＧＲ領域にある場合（以下、「ＥＧＲ非導入状態」ともいう）を、図４は、運転点がＥＧＲ領域にある場合（以下、「ＥＧＲ導入状態」ともいう）を、それぞれ示している。なお、図３、４におけるハッチング部分は、排気ガスを示している。

ＥＧＲ導入状態からＥＧＲ非導入状態へ移行した直後は、ＥＧＲ通路１０のＥＧＲバルブ１１よりも吸気通路２側の部分（以下、「導入通路３０」ともいう）にはＥＧＲガスが充満している。しかし、充満しているＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ１１を閉弁してからの時間の経過に伴い、吸気通路２を流れる新気によって吸気通路２へ吸い出され、やがて図３に示すように、導入通路３０は新気に置換される。

図３の状態からＥＧＲバルブ１１を開弁すると、開弁直後は、図４に示すように導入通路３０内の新気がＥＧＲガスによって吸気通路２へ押し出されるだけで、ＥＧＲガスは吸気通路２へ導入されない。つまり、ＥＧＲバルブ１１を開弁してから、導入通路３０がＥＧＲガスで満たされるまでは、ＥＧＲガスが吸気通路２に導入されることはない。したがって、導入通路３０の容積Ｖｄを考慮せずに吸気通路２とＥＧＲ通路１０との合流部におけるＥＧＲ率を推定すると、実際のＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率とに乖離が生じる。

図５は、ＥＧＲ率の変化特性を示すタイミングチャートである。図中の実線は、導入通路３０の容積Ｖｄを考慮せずに目標ＥＧＲ率やＥＧＲバルブ１１を通過したＥＧＲガス量等に基づいて算出した推定ＥＧＲ率を示し、破線は実際のＥＧＲ率を示している。

タイミングＴ１でＥＧＲバルブ１１を開くと、推定ＥＧＲ率は経過時間に比例して増大し、目標ＥＧＲ率に到達する。目標ＥＧＲ率に到達するまでの推定ＥＧＲ率の傾き、つまりＥＧＲ導入速度は、ＥＧＲバルブ１１の開度を大きくするほど大きくなる。一般的には、速やかに目標ＥＧＲ率に到達させるために、ＥＧＲ導入速度は大きい方が望ましい。

一方、実際のＥＧＲ率は、上述したように開弁直後は導入通路３０内の新気が吸気通路２へ押し出されるだけなので、推定ＥＧＲ率に比べると上昇開始が遅れる。このため、推定ＥＧＲ率に基づいて点火時期を制御すると、実際のＥＧＲ率が推定ＥＧＲ率よりも低い間にノッキングが発生する可能性がある。

上記のような推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離によるノッキングは、ＥＧＲ導入速度を低下させることができる。ＥＧＲ導入速度を低くするほど、実際のＥＧＲ率が上昇開始するまでの遅れ時間における推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離が小さくなるからである。しかし、ＥＧＲ導入速度が低くなるほど目標ＥＧＲ率に到達するまでの時間が長くなるので、目標ＥＧＲ率での運転時間が短くなる。つまり、ＥＧＲガス導入による効果が得られる時間が短くなってしまう。

そこで、コントローラ１００は、ＥＧＲ導入速度を低下させることなく、推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離に起因するノッキングを防止するために、以下に説明するＥＧＲ制御を実行する。

図６は、コントローラ１００が実行する、推定ＥＧＲ率の補正演算のルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１００で、コントローラ１００は導入通路３０内にＥＧＲガスが残留しているか否かを判定し、残留している場合はそのまま処理を終了し、残留していない場合はステップＳ１１０の処理を実行する。

導入通路３０にＥＧＲガスが残留しているか否かは、種々の方法で判定することができるが、ここでは、その一例としてＥＧＲバルブ１１を閉弁してからの経過時間により判定する方法を、図７を参照して説明する。

図７は、コントローラ１００が実行する、ＥＧＲガスの残留の有無を判定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば数ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２００で、コントローラ１００はＥＧＲ制御中か否かを判定し、ＥＧＲ制御中であればそのまま処理を終了し、ＥＧＲ制御中でない場合はステップＳ２１０の処理を実行する。

ステップＳ２１０で、コントローラ１００は、内蔵する換気タイマでＥＧＲバルブ１１が閉弁してからの経過時間を計測する。

ステップＳ２２０で、コントローラ１００はＥＧＲバルブ１１が閉弁してからの経過時間が予め設定した換気時間以上になったか否かを判定する。換気時間は、ＥＧＲバルブ１１を閉弁してから、導入通路３０内がすべて新気に置換された換気状態となるまでの時間であり、本制御ルーチンを適用する内燃機関１ごとに、実験等により求めたものである。

コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１を閉弁してからの経過時間が換気時間未満であればそのまま処理を終了し、換気時間以上であればステップＳ２３０の処理を実行する。

ステップＳ２３０で、コントローラ１００は導入通路３０内が換気状態である、つまり新気に置換されていると判定する。

上記のように、本実施形態では、導入通路３０内がすべて新気に置換された場合に換気状態であると判定する。

図６の説明に戻る。

ステップＳ１１０で、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１を通過したＥＧＲガスの体積流量を積算したもの（以下、「ＥＧＲバルブ通過ガス積算量」ともいう）が、導入通路３０の容積Ｖｄより多くなったか否か、つまり、導入通路３０内がＥＧＲガスで満たされたか否か、を判定する。コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量が容積Ｖｄより多い場合は今回のルーチンを終了し、少ない場合はステップＳ１２０の処理を実行する。

ＥＧＲバルブ通過ガス積算量は、公知の方法で算出すればよい。例えば、ＥＧＲ通路１０の流路断面が絞られるＥＧＲバルブ１１をオリフィスとみなして、ＥＧＲバルブ１１の開度、ＥＧＲバルブ１１を挟んで吸気側と排気側との差圧、及びＥＧＲバルブ１１を通過するＥＧＲガスの温度に基づいてＥＧＲバルブ通過ガス量を算出し、これを積算する。

ここで用いるＥＧＲバルブ１１を通過するＥＧＲガスの温度は、排気通路７に設けた排気温度センサ２０の検出値と、ＥＧＲクーラ１２の冷却性能から推定した温度低下量と、から推定したものである。なお、ＥＧＲクーラ１２通過後の温度を検出するセンサを設けて検出してもよい。

また、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量は、目標ＥＧＲ率とエアフローメータ３で検出した新気量とに基づいて算出したＥＧＲバルブ通過ガス量を積算することでも求められる。新気量と目標ＥＧＲ率と基づいて、目標ＥＧＲ率を達成するために必要なＥＧＲガス量が求まり、ＥＧＲバルブ１１の開度は上記のＥＧＲガス量が通過するよう制御されるからである。

ステップＳ１２０で、コントローラ１００は、後述するように推定ＥＧＲ率を補正して合流部ＥＧＲ率推定値を算出し、再びステップＳ１１０を実行する。すなわち、コントローラ１００は、導入通路３０内がすべてＥＧＲガスに置換されるまで、推定ＥＧＲ率の補正を繰り返し実行する。

なお、本ルーチンを終了した後は、一般的な推定ＥＧＲ率の算出法と同様に、ＥＧＲバルブ通過ガス量に基づいてご王流部ＥＧＲ率推定値を算出する。

図８は、上述した合流部ＥＧＲ率推定値を算出するための演算内容を示すブロック図である。後述する推定ＥＧＲ率補正量演算部Ｂ２０及び補正演算部Ｂ３０が、図７のステップＳ１２０に相当する。

合流部推定ベースＥＧＲ率演算部Ｂ１０は、ＥＧＲバルブ開度に基づいて、吸気通路２のＥＧＲ通路１０との合流部における推定ＥＧＲ率（以下、「合流部推定ベースＥＧＲ率」ともいう）を算出する。合流部推定ベースＥＧＲ率は、導入通路３０の容積Ｖｄを考慮せずに、吸気通路２を流れる新気量とＥＧＲバルブ通過ガス量とに基づいて算出されたＥＧＲ率であり、図５の実線で示したＥＧＲ率にあたる。

推定ＥＧＲ率補正量演算部Ｂ２０は、導入通路３０の容積Ｖｄと、ＥＧＲバルブ通過ガス量と、に基づいて推定ＥＧＲ率補正量を算出する。導入通路３０の容積Ｖｄは、本実施形態を適用する内燃機関１の仕様から定まる。ＥＧＲバルブ通過ガス量は、ステップＳ１１０でＥＧＲバルブ通過ガス積算量の算出に用いた値である。

推定ＥＧＲ率補正量演算部Ｂ２０では、ＥＧＲバルブ通過ガス量を積算したＥＧＲバルブ通過ガス積算量と、導入通路３０の容積Ｖｄとから、後述するように推定ＥＧＲ率を実際のＥＧＲ率に補正するための推定ＥＧＲ率補正量を決定する。

ここで、推定ＥＧＲ率補正量の算出方法について説明する。

ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおいて、導入通路３０内は、ＥＧＲガスが存在せず新気のみ存在するガス状態なので、導入通路３０の容積Ｖｄ及びＥＧＲバルブ通過ガス積算量から、導入通路３０内の新気量及びＥＧＲガス量が求まる。そして、推定ＥＧＲ率はＥＧＲバルブ通過ガスが吸気通路２に導入されたものとして算出されるので、導入通路３０内のガス状態とＥＧＲバルブ通過ガス量とに基づいて、推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との差が求まる。推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との差が求まれば、推定ＥＧＲ率補正量が求める。

導入通路３０内のＥＧＲガス量が少ないほど、つまりＥＧＲバルブ１１の開弁からの経過時間が短いほど、推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との差が大きくなるので、推定ＥＧＲ率補正量は大きくなる。

補正演算部Ｂ３０では、合流部推定ベースＥＧＲ率と、推定ＥＧＲ率補正量と、から、合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。すなわち、合流部推定ベースＥＧＲ率から推定ＥＧＲ率補正量を減算することにより、合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

（１）本実施形態では、コントローラ１００は、吸気通路２のＥＧＲ通路１０との合流部の新気流量と、ＥＧＲバルブ１１を通過するＥＧＲガス量とから推定ＥＧＲ率を算出する。さらに、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１が閉弁状態から開弁状態へ移行した場合に、推定ＥＧＲ率を導入通路３０内のガス状態に基づいて補正することによって、合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。これにより、合流部ＥＧＲ率推定値と実際のＥＧＲ率との乖離が抑制される。したがって、コントローラ１００が合流部ＥＧＲ率推定値に基づいて点火時期を制御すれば、ＥＧＲ導入速度を低下させることなく、ノッキングを防止できる。

（２）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量が導入通路３０の容積Ｖｄを上回るまで、推定ＥＧＲ率の補正を実行する。これにより、導入通路３０内に新気が吸気通路２に押し出されるだけでＥＧＲ率が上昇しない期間中の実際のＥＧＲ率を精度良く推定できる。

（３）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量を、ＥＧＲバルブの開度と、ＥＧＲバルブの前後差圧と、ＥＧＲガスの温度と、に基づいて算出するので、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量の算出精度を高めることができる。

（４）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１の開度を、目標ＥＧＲ率と、運転状態に基づいて算出した新気量とに基づいて制御するので、ＥＧＲバルブ１１を挟んで吸気側と排気側との差圧によらず目標ＥＧＲ率を達成することができる。

（５）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量を上記（３）の算出方法に代えて目標ＥＧＲ率とエアフローメータにて検出される新気量とに基づいて算出することもできる。この場合も、上記（３）の場合と同様にＥＧＲバルブ通過ガス積算量の算出精度を高めることができる。

（６）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１を開弁するときに導入通路３０内が新気で満たされた換気状態である場合のみ、推定ＥＧＲ率を補正する。これにより、合流部ＥＧＲ率推定値が実際のＥＧＲ率より小さくなることを防止できる。その結果、点火時期が必要以上に遅角化されることがなくなるので、燃費性能の低下を防止できる。

（７）本実施形態では、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１の閉弁状態が所定時間以上経過したら換気状態であると判断するので、換気状態か否かの判断に要する演算負荷を軽減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、内燃機関システムの構成は第１実施形態と同様であるが、合流部ＥＧＲ率推定値の算出方法が異なる。

図９は、本実施形態においてＥＧＲガス非導入状態からＥＧＲガス導入状態へ移行する際に、コントローラ１００が実行する制御ルーチンのフローチャートである。ステップＳ３００−Ｓ３２０は、図６のステップＳ１００−Ｓ１２０と同様なので説明を省略する。

コントローラ１００は、ステップＳ３００で導入通路３０内にＥＧＲガスが残留していると判定した場合に、ステップＳ３３０の処理を実行する。

ステップＳ３３０で、コントローラ１００はＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおける導入通路３０内のガス状態、つまり導入通路３０内の新気量を推定する。例えば、導入通路３０内がすべてＥＧＲガスの状態でＥＧＲバルブ１１を閉弁してから換気状態になるまでの新気量の時間変化のモデルを、実験等により予め作成しておけば、図７の制御ルーチンで用いた換気タイマのカウント値を用いて新気量を推定することができる。また、吸気通路２の新気流量に応じた複数のモデルを用意してもよい。

上記のように導入通路３０内のガス状態を推定したら、コントローラ１００は、ステップＳ３４０で、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量が導入通路３０内の新気量より多くなったか否かを判定する。ＥＧＲバルブ通過ガス積算量が導入通路３０内の新気量より多い場合は今回のルーチンを終了し、少ない場合はステップＳ３５０の処理を実行する。

ステップＳ３５０で、コントローラ１００は後述するように推定ＥＧＲ率を補正して、合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。コントローラ１００は、ステップＳ３５０の処理をＥＧＲバルブ通過ガス積算量が導入通路３０内の新気量より多くなるまで繰り返し実行する。

本ルーチンを終了した後は、第１実施形態と同様に、ＥＧＲバルブ通過ガス量に基づいて合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。

図１０は、上述した合流部ＥＧＲ率推定値を算出するための演算内容を示すブロック図である。図８との相違点は、推定ＥＧＲ率補正量演算部Ｂ２０に、導入通路３０の容積ＶｄとＥＧＲバルブ通過ガス量の他に、ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおける導入通路３０内のガス状態も読み込まれる点である。

本実施形態では、推定ＥＧＲ率補正量演算部Ｂ２０は、ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおけるガス状態を初期状態として、ＥＧＲバルブ通過ガス積算量及び導入通路３０の容積Ｖｄから導入通路３０内のガス状態を推定する。そして、第１実施形態と同様に、導入通路３０内のガス状態とＥＧＲバルブ通過ガス量とに基づいて、推定ＥＧＲ率補正量を算出する。上記のように、推定ＥＧＲ率補正量を算出する際にＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおけるガス状態を考慮することで、より精度の高い推定ＥＧＲ率補正量を算出することができる。

以上のように本実施形態によれば、コントローラ１００は、ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおける導入通路３０内の新気量に応じて、推定ＥＧＲ率の補正量を変化させるので、合流部ＥＧＲ率推定値の推定精度が向上する。

（第３実施形態）
第３実施形態は、内燃機関システムの構成は第１実施形態と同様であるが、合流部ＥＧＲ率推定値の算出方法が異なる。

図１１は、コントローラ１００が実行する、合流部ＥＧＲ率推定値を算出するためのルーチンをフローチャートで表したものである。

ステップＳ４００で、コントローラ１００は導入通路３０内が換気状態であるか否かを判定し、換気状態であればステップＳ４１０の処理を実行し、換気状態でなければ今回のルーチンを終了する。本ステップは図６のステップＳ１００と同じ処理である。すなわち、換気状態か否かは、図７の制御ルーチンを実行することにより判定する。

ステップＳ４１０で、コントローラ１００は内蔵する充填タイマでＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングからの経過時間を計測する。

ステップＳ４２０で、コントローラ１００は、充填時間が経過したか否かを判定し、経過していれば本ルーチンを終了し、経過していなければステップＳ４３０の処理を実行する。充填時間は、導入通路３０内がＥＧＲガスで満たされた充填状態となるまでに要する時間であり、ＥＧＲバルブ１１の開口面積から想定されるＥＧＲバルブ通過ガス量と、導入通路３０の容積Ｖｄとに基づいて予め設定しておく。

ステップＳ４３０で、コントローラ１００は、後述するように推定ＥＧＲ率を補正して、合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。

すなわち、本実施形態では、コントローラ１００は換気状態でＥＧＲバルブ１１が開弁された場合にのみ、推定ＥＧＲ率の補正を実行する。そして、この補正を実行する期間は、ＥＧＲバルブ１１を開弁してから、予め設定した充填時間が経過するまでである。

そして、本ルーチンを終了した後は、第１実施形態と同様に、ＥＧＲバルブ通過ガス量に基づいて合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。

図１２は、上述した合流部ＥＧＲ率推定値を算出するための演算内容を示すブロック図である。

ＥＧＲ−ＯＮ／ＯＦＦ判定部Ｂ１００は、ＥＧＲバルブ開度を読み込み、これに基づいてＥＧＲバルブ１１が開弁状態か閉弁状態か、つまりＥＧＲ制御を実行中か否かを判定する。つまり、図７のステップＳ２００に相当する。ＥＧＲ−ＯＮ／ＯＦＦ判定部Ｂ１００の判定結果は、換気−充填判定部Ｂ１１０に読み込まれる。

換気−充填判定部Ｂ１１０は、ＥＧＲ制御実行中には導入通路３０が換気状態か否かを判定し、ＥＧＲ非実行中には導入通路３０が充填状態か否かを判定する。この判定は、図１１のステップＳ４００、Ｓ４２０の処理と同じである。ここでの判定は、換気タイマのカウンタ値が換気時間を超えたか否か、充填タイマのカウンタ値が充填時間を超えたか否か、に基づいて行われる。したがって、ＥＧＲバルブ１１を閉弁した後、換気状態になる前にＥＧＲバルブ１１が開弁した場合には、充填状態と判定される。一方、ＥＧＲバルブ１１を開弁した後、充填状態になる前にＥＧＲバルブ１１が閉弁した場合には、換気状態と判定される。

合流部推定ベースＥＧＲ率演算部Ｂ１２０は、図８、図１０の合流部推定ベースＥＧＲ率演算部Ｂ１０と同様に、ＥＧＲバルブ開度に基づく合流部推定ベースＥＧＲ率の変化特性、つまり図５の実線に相当する変化特性を算出する。

合流部ＥＧＲプロファイル推定部Ｂ１３０は、換気−充填判定部Ｂ１１０の判定結果、及び合流部推定ベースＥＧＲ率に基づいて、合流部推定ベースＥＧＲ率を補正して合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。例えば、ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおいて導入通路３０内が換気状態であれば、充填状態になるまで第１実施形態と同様の補正により合流部ＥＧＲ率推定値を算出する。一方、ＥＧＲバルブ１１の開弁タイミングにおいて導入通路３０内が充填状態であれば、補正を実行せずに、合流部推定ベースＥＧＲ率をそのまま合流部ＥＧＲ率推定値とする。

なお、合流部ＥＧＲプロファイル推定部Ｂ１３０において、換気状態であると判定された場合に、運転状態から定まる目標新気流量を読み込み、導入通路３０が充填状態になるまで、合流部推定ベースＥＧＲ率の変化特性の傾きを目標新気流量に基づいて制限するよう補正してもよい。この場合に、ノッキングを防止し得るように傾きを制限した合流部推定ベースＥＧＲ率の変化特性を目標新気流量毎に予め調べて記憶しておけば、記憶した変化特性とＥＧＲバルブ開タイミングからの経過時間とから、ノッキングを防止し得る合流部ＥＧＲ率推定値を算出することができる。

図１３は、図１１に示した算出ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。

タイミングＴ１において、換気状態でＥＧＲ制御を開始すると、換気タイマはリセットされ、充填タイマがカウントを開始する。

ＥＧＲ制御を開始したら、タイミングＴ２において充填状態であると判定されるまで、上述したように合流部推定ベースＥＧＲ率を補正することによって合流部ＥＧＲ率推定値が算出される。そして、タイミングＴ２以降は、合流部ＥＧＲ率推定値はＥＧＲバルブ通過ガス量に基づいて算出される。その結果、合流部ＥＧＲ率推定値は、合流部推定ベースＥＧＲ率よりも遅れて増大し始めることとなる。

また、タイミングＴ３においてＥＧＲ制御が終了してＥＧＲバルブ１１が閉弁されると、換気タイマがカウントを開始し、充填タイマはリセットされる。そして、タイミングＴ４において換気状態であると判定され、タイミングＴ５でＥＧＲ制御が再開されてＥＧＲバルブ１１が開弁されると、再び充填状態となるタイミングＴ６まで、合流部推定ベースＥＧＲ率の補正が実行される。

なお、仮にタイミングＴ４より前にＥＧＲ制御が再開された場合には、導入通路３０内は充填状態であると判定されるので、上記補正は実行されない。導入通路３０内にＥＧＲガスが残っているため、換気状態で上記補正を実行しない場合に比べると、合流部ＥＧＲ率推定値と実際のＥＧＲ率との乖離は小さいからである。

以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、合流部ＥＧＲ率推定値と実際のＥＧＲ率との乖離が抑制されるので、ＥＧＲ導入速度を低下させることなく、ノッキングを防止できる。さらに、換気状態か否かの判定及び充填状態か否かの判定を、タイマのカウンタ値を用いて判定するので、演算負荷を増大させることなく、上記効果が得られる。

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

【０００６】
は実際のＥＧＲ率を示している。
［００２５］
タイミングＴ１でＥＧＲバルブ１１を開くと、推定ＥＧＲ率は経過時間に比例して増大し、目標ＥＧＲ率に到達する。目標ＥＧＲ率に到達するまでの推定ＥＧＲ率の傾き、つまりＥＧＲ導入速度は、ＥＧＲバルブ１１の開度を大きくするほど大きくなる。一般的には、速やかに目標ＥＧＲ率に到達させるために、ＥＧＲ導入速度は大きい方が望ましい。
［００２６］
一方、実際のＥＧＲ率は、上述したように開弁直後は導入通路３０内の新気が吸気通路２へ押し出されるだけなので、推定ＥＧＲ率に比べると上昇開始が遅れる。このため、推定ＥＧＲ率に基づいて点火時期を制御すると、実際のＥＧＲ率が推定ＥＧＲ率よりも低い間にノッキングが発生する可能性がある。
［００２７］
上記のような推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離によるノッキングは、ＥＧＲ導入速度を低下させることで抑制できる。ＥＧＲ導入速度を低くするほど、実際のＥＧＲ率が上昇開始するまでの遅れ時間における推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離が小さくなるからである。しかし、ＥＧＲ導入速度が低くなるほど目標ＥＧＲ率に到達するまでの時間が長くなるので、目標ＥＧＲ率での運転時間が短くなる。つまり、ＥＧＲガス導入による効果が得られる時間が短くなってしまう。
［００２８］
そこで、コントローラ１００は、ＥＧＲ導入速度を低下させることなく、推定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との乖離に起因するノッキングを防止するために、以下に説明するＥＧＲ制御を実行する。
［００２９］
図６は、コントローラ１００が実行する、推定ＥＧＲ率の補正演算のルーチンを示すフローチャートである。
［００３０］
ステップＳ１００で、コントローラ１００は導入通路３０内にＥＧＲガスが残留しているか否かを判定し、残留している場合はそのまま処理を終了し、残留していない場合はステップＳ１１０の処理を実行する。
［００３１］
導入通路３０にＥＧＲガスが残留しているか否かは、種々の方法で判定することができるが、ここでは、その一例としてＥＧＲバルブ１１を閉弁して

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路から分岐して吸気通路に合流するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に介装されるＥＧＲバルブと、
   を含んで構成されるＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御装置において、
   前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との合流部における新気流量と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガス量とから推定ＥＧＲ率を算出する推定ＥＧＲ率算出部と、
   前記ＥＧＲバルブが閉弁状態から開弁状態へ移行した場合に、前記ＥＧＲバルブから前記吸気通路との合流部までの前記ＥＧＲ通路内のガス状態に基づいて前記推定ＥＧＲ率を小さくするよう補正して、前記合流部における新気に対するＥＧＲガス量の割合である合流部ＥＧＲ率とする合流部ＥＧＲ率推定部と、
   を備えるＥＧＲ制御装置。
2. 請求項１に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブを通過したＥＧＲガスの体積流量の積算値であるＥＧＲバルブ通過ガス積算量がＥＧＲバルブから前記吸気通路との合流部までの前記ＥＧＲ通路内の容積を上回るまで、前記推定ＥＧＲ率の補正を実行するＥＧＲ制御装置。
3. 請求項２に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブ通過ガス積算量を、前記ＥＧＲバルブの開度と、前記ＥＧＲバルブの前後差圧と、前記ＥＧＲガスの温度と、に基づいて算出するＥＧＲ制御装置。
4. 請求項３に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記ＥＧＲバルブの開度を、前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲ率と、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される新気量と、に基づいて制御するＥＧＲ制御装置。
5. 請求項２に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブ通過ガス積算量を、前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲ率と、エアフローメータにて検出される新気量と、に基づいて算出するＥＧＲ制御装置。
6. 請求項２に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブの開弁タイミングからの経過時間に基づいて、前記ＥＧＲバルブを通過したＥＧＲガスの体積流量の積算値であるＥＧＲバルブ通過ガス積算量がＥＧＲバルブから前記吸気通路との合流部までの前記ＥＧＲ通路内の容積を上回ったか否かを判断するＥＧＲ制御装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブを開弁するときに前記ＥＧＲバルブから前記合流部までの前記吸気通路内が新気で満たされた換気状態である場合のみ、前記推定ＥＧＲ率を補正するＥＧＲ制御装置。
8. 請求項７に記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記換気状態であるか否かを前記ＥＧＲバルブの閉弁タイミングからの経過時間に基づいて判断するＥＧＲ制御装置。
9. 請求項１から６のいずれかに記載のＥＧＲ制御装置において、
   前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記ＥＧＲバルブを開弁する時点での、前記ＥＧＲバルブから前記吸気通路との合流部までの前記ＥＧＲ通路内の新気量に応じて、前記推定ＥＧＲ率の補正量を変化させるＥＧＲ制御装置。
10. 請求項１から６のいずれかに記載のＥＧＲ制御装置において、
    前記合流部ＥＧＲ率推定部は、前記推定ＥＧＲ率の単位時間当たりの変化率を運転状態により定まる目標新気流量に応じてノッキングを防止し得るように制限したものを前記合流部ＥＧＲ率とするＥＧＲ制御装置。
11. 内燃機関の排気通路から分岐して吸気通路に合流するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路に介装されるＥＧＲバルブと、
    を含んで構成されるＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御方法において、
    前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との合流部の新気量と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガス量とから推定ＥＧＲ率を算出し、
    前記ＥＧＲバルブが閉弁状態から開弁状態へ移行した場合に、前記ＥＧＲバルブから前記吸気通路との合流部までの前記ＥＧＲ通路内のガス状態に基づいて、前記ＥＧＲバルブから前記合流部までの前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガス量が少ないほど小さくなるように前記推定ＥＧＲ率を補正することによって、前記合流部における新気に対するＥＧＲガス量の割合である合流部ＥＧＲ率とするＥＧＲ制御方法。

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