WO2006030933A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2006030933A1
WO2006030933A1 PCT/JP2005/017219 JP2005017219W WO2006030933A1 WO 2006030933 A1 WO2006030933 A1 WO 2006030933A1 JP 2005017219 W JP2005017219 W JP 2005017219W WO 2006030933 A1 WO2006030933 A1 WO 2006030933A1
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amount
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PCT/JP2005/017219
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Daichi Imai
Shigeki Nakayama
Takao Fukuma
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to the generation amount of nitrogen oxides (referred to as “Nx” in this specification) in exhaust gas discharged from the exhaust passage of an internal combustion engine, and particulate matter (particulate, matter, or smoke). In this specification, it is generically referred to as “PM.”
  • the control device of the internal combustion engine that controls the generation amount of), in particular, the EG sucked into the cylinder relative to the flow rate of the gas sucked into the cylinder of the engine. It relates to the control of the amount of NOx generated and the amount of PM generated by controlling the ratio of the flow rate of R gas (hereinafter referred to as “EGR rate”).
  • Nx and PM (hereinafter referred to as “emissions”) that are generated when the engine is operated. It is necessary to effectively reduce the amount of harmful substances generated.
  • the control device for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-3 7 1 893 includes a combustion pressure detected by an in-cylinder pressure sensor and an intake oxygen concentration sensor, and an intake oxygen. Estimate the amount of Nx generated by combustion from the combustion temperature calculated based on the concentration and the mixture concentration using the Extended Zeldo Pitch (Z ELDOV I CH) mechanism, which is one of the typical known combustion models To do. Then, the EGR rate and the like are controlled so that the estimated NOx generation amount becomes a predetermined target value.
  • Z ELDOV I CH Extended Zeldo Pitch
  • the EGR rate is increased to reduce the amount of NO X generated (especially It is also known that there is a relationship of increasing PM generation (in diesel engines). In other words, the distribution of N0x generation and PM generation is determined by the EGR rate. If the EGR rate is controlled by focusing only on the reduction of NOx generation, the PM generation will increase. This is not preferable from the viewpoint of comprehensively and effectively reducing emission generation.
  • the target value of the emission generation amount (thus, the target of the EGR rate is taken into consideration) considering the balance between the NOx generation amount and the PM generation amount. Value) must be determined.
  • the emission target is usually a combination of the steady-state value of NOx generation and the steady-state value of PM generation under the current engine operating conditions (for example, fuel injection amount, engine speed, etc.).
  • the EGR rate is controlled so that the actual EGR rate becomes the EGR rate target value corresponding to the emission target value.
  • the NOx generation steady state adaptation value and the PM generation amount steady adaptation value mean that the engine is maintained in a steady state in the current operating state (for example, fuel injection amount, engine speed, etc.).
  • This is the pre-adapted N0x generation amount and PM generation amount, which is an optimal combination in consideration of the balance between NOx generation amount and PM generation amount.
  • the NOx generation steady state conforming value and PM generation amount steady conforming value are experiments that match the NO X generation amount steady conforming value and the PM generation amount steady conforming value in a state where the engine is maintained in a certain steady operation state. Can be acquired by changing the engine operating state (for example, fuel injection amount, engine speed, etc.) in various ways.
  • the present invention has been made in order to cope with such a problem.
  • the purpose of the present invention is to reduce the generation amount of emissions comprehensively and effectively even when the internal combustion engine is in a transient operation state. ⁇ To provide a control device for an internal combustion engine capable of maintaining a good balance between the x generation amount and the PM generation amount.
  • An internal combustion engine control device (or an EGR control device) according to the present invention includes an EGR passage that communicates an exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine, and an intake air that is provided in the EGR passage and is connected to the intake passage. This is applied to an internal combustion engine equipped with an EGR control valve that controls the flow rate of EGR gas flowing into the passage.
  • the operating state acquisition means, the EGR rate acquisition value acquisition means, the relationship acquisition means, the distribution determination means, and the EGR rate Target value determining means and EGR control valve control means are provided. Hereinafter, these means will be described in order.
  • the operating state acquisition means is means for acquiring the operating state of the internal combustion engine, and is an engine operating state (a parameter representing the engine) necessary for calculation by the EGR rate acquisition value acquisition means, the relationship acquisition means, etc.
  • the engine speed, the flow rate of air passing through the intake passage, the amount of accelerator pedal operation, etc. are obtained using the sensor output.
  • the E GR rate acquisition value acquisition unit is a unit that acquires the E GR rate as an E GR rate acquisition value based on the acquired operating state.
  • the EGR rate acquired value is, for example, the amount of gas sucked into the cylinder of the engine during the intake stroke (cylinder intake gas amount) and the amount of air (fresh air) that passed through the intake passage during the intake stroke. It can be obtained by estimation based on the obtained operating state.
  • the relationship acquisition means is means for acquiring the relationship between the NOx generation amount (its instantaneous value) and the PM generation amount (its instantaneous value) in the operation state acquired based on the acquired operation state. According to this, even if the engine is in a transient operation state, the relationship between the instantaneous value of the NOx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount is expressed based on the operation state acquired sequentially. 05017219) and the like can be obtained sequentially and accurately.
  • the distribution determining means is means for determining distribution of the NO X generation amount and the PM generation amount. According to this, as will be described later, for example, NO in order to reduce the emission generation amount comprehensively and effectively in consideration of the regulation value for Nx generation amount and the regulation value for PM generation amount.
  • the target distribution of X generation and PM generation (such as a mathematical expression) is determined.
  • the EGR rate target value determining means determines a target value of the EGR rate from the relationship between the acquired NO X generation amount and the PM generation amount and the distribution of the determined NO X generation amount and the PM generation amount. It is. For example, it is possible to generate the same NOx by combining the mathematical expression that represents the relationship between the instantaneous value of the NOx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount and the mathematical expression that represents the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount.
  • the target value (the instantaneous value) of the emission generation amount that can maintain the target distribution of the amount and the PM generation amount can be obtained.
  • the EGR rate target value (the instantaneous value) for achieving the emission generation target value can be obtained. That is, according to the EGR rate target value determining means, even when the engine is in a transient operation state, the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount can be maintained so that the target distribution of the EGR rate target value ( Value) can be determined sequentially.
  • the EGR control valve control means is means for controlling the opening degree of the EGR control valve so that the EGR rate acquisition value becomes the EGR rate target value. According to this, the opening degree of the EGR control valve is sequentially controlled so that the EGR rate acquired value becomes the EGR rate target value that is sequentially determined as described above.
  • the NOx generation amount and the PM generation amount are sequentially controlled so that the actual distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount is maintained at the target distribution. .
  • the NOx generation amount and the PM generation amount are sequentially controlled so that the actual distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount is maintained at the target distribution.
  • the relationship acquisition means includes a NOx generation amount estimation model that calculates the NOx generation amount based on an intake oxygen concentration that is an oxygen concentration of a gas sucked into a cylinder of the engine.
  • the gas sucked into the cylinder of the engine It is preferable that a relationship between the NO X generation amount and the PM generation amount is obtained using a PM generation amount estimation model that calculates the PM generation amount based on an excess air ratio of It is.
  • NOx generation has a strong correlation with inspiratory oxygen concentration.
  • amount of PM generated has a strong correlation with the excess air ratio. Therefore, according to this, according to this formula, a numerical expression representing the Nx generation estimation model that defines the relationship between the intake oxygen concentration and the NOx generation amount, and the PM generation that defines the relationship between the excess air ratio and the PM generation amount.
  • a mathematical expression representing the quantity estimation model By combining the mathematical expression representing the quantity estimation model, a mathematical expression that accurately represents the relationship between the instantaneous value of the NOx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount can be obtained.
  • a required fuel injection amount determining means for determining a required fuel injection amount that is a fuel amount to be injected based on the acquired operating state, and the acquired operating state
  • a cylinder intake gas amount calculating means for calculating an in-cylinder intake gas amount that is an amount of gas sucked into the cylinder of the engine on the basis of It is preferable that the relationship between the NOx generation amount and the PM generation amount is acquired using the amount and the calculated in-cylinder intake gas amount.
  • the relationship between the instantaneous value of the NOx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount greatly depends on the required fuel injection amount and the in-cylinder intake gas amount that change momentarily in the transient operation state.
  • the required fuel injection amount and the in-cylinder intake gas amount can be included as variables in the mathematical expression representing the relationship between the instantaneous value of the Nx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount.
  • this mathematical expression can be a mathematical expression that represents the relationship between the instantaneous value of the NOx generation amount and the instantaneous value of the PM generation amount with higher accuracy even when the engine is in a transient operation state.
  • the distribution determining means includes the NOx generation amount measured in advance and generated when the engine is maintained in a steady state in the acquired operating state, and the The combination of PM generation amount (hereinafter also referred to as “individual measurement value”), the regulation value of NOx generation amount and the regulation value of PM generation amount (hereinafter also simply referred to as “regulation value”) Using the relationship between the predetermined combination related to) and the two combinations that are It is preferable to be configured to determine the distribution of the raw amount and the PM generation amount.
  • “individual measurement value” means, for example, when the engine is operated for a predetermined time while being maintained in a steady state in the current operation state (for example, fuel injection amount, engine rotation speed, etc.). (Alternatively, the total NOx generation amount and total PM generation amount generated when a vehicle equipped with an engine travels a predetermined distance) is a value measured in advance by a predetermined experiment or the like.
  • the “regulated value” means, for example, the total NOx generation amount and total PM generation amount generated when a vehicle equipped with an engine travels in a pattern defined by law (for example, 10 ⁇ 15 mode). Each upper limit allowed by law.
  • the “current margin” for the regulation value of the individual measurement value (its instantaneous value) is Can be obtained for each of NOx and PM. Therefore, according to the above configuration, for example, the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount is reduced so that the generation amount of the smaller “current margin” of NOx and PM is further suppressed. It will be decided sequentially. This makes it possible to sequentially determine the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount so that the NOx generation amount and the PM generation amount do not exceed the regulation values.
  • the distribution determining means includes the total amount of the NOx generation amount that is measured in advance when the engine is operated in a predetermined pattern, and the PM generation amount. Using the relationship between the combination of the total amount (hereinafter also referred to as the “total measurement value”), the predetermined combination of the above-mentioned regulatory values, and the above two combinations. O It may be configured to determine the distribution of the x generation amount and the PM generation amount.
  • the “total measured value” means, for example, the total NOx generation amount and total PM generation amount generated when a vehicle equipped with an engine travels in a pattern defined by law (for example, 10 ⁇ 15 mode) It is a value measured in advance by a predetermined experiment or the like.
  • the “total margin” for the regulation value of total NO x generation amount and total PM generation amount when activated can be acquired respectively. Therefore, according to the above configuration, for example, the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount is reduced so that the generation amount with the smaller “total margin” of NOx and PM is further suppressed. It is determined. This also makes it possible to sequentially determine the target distribution of the NO X generation amount and the PM generation amount so that both the NO X generation amount and the PM generation amount do not exceed the regulation values.
  • the controller further includes a steady-fit value acquisition means for acquiring the N0x generation amount steady-fit value and the PM generation amount steady-fit value based on the acquired operating state, and the distribution
  • the determining means passes the point corresponding to the combination of the acquired NO X generation amount steady adaptation value and the PM generation amount steady adaptation value, and generates PM with respect to the increase in NO X generation amount obtained from the relationship between the two combinations.
  • the distribution of the NO X generation amount and the PM generation amount is determined using an equation representing a straight line having a slope that is a ratio of the increase amount of the amount, and the EGR rate target value determination means includes the relationship It is configured to determine the target value of the EGR rate from the equation representing the relationship between the NO X generation amount and the PM generation amount acquired by the acquisition unit and the equation representing the straight line by the distribution determination unit. Is preferred.
  • the equation that expresses the straight line which is the equation that expresses the target distribution of the N0x generation amount and the PM generation amount, and the equation that expresses the relationship between the NO X generation amount and the PM generation amount,
  • the target value (instantaneous value) of the emission generation amount, and therefore the EGR rate target value (instantaneous value) can be obtained.
  • this EGR rate target value is a value that takes into account the above-mentioned “current margin” or “overall margin”, and both the NOx generation amount and the PM generation amount are regulated values. It can be a value for controlling the same amount of NOx and PM generation so that it does not exceed.
  • the EGR rate target value determining means is configured to set the EGR rate target value to zero when the determined EGR rate target value becomes negative. Is preferable.
  • the EGR rate is actually a value between “0” and “1”.
  • an expression that expresses the relationship between the NOx generation amount and the PM generation amount and an expression that expresses the target distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount (for example, P2005 / 017219
  • the EGR rate target value (the instantaneous value) obtained by combining the above equation (which represents the above straight line) may be set to a negative value.
  • the reset EGR rate target value is the closest value to the above-obtained negative EGR rate target value among the feasible EGR rates. It is considered preferable to set the As described above, when the EGR rate target value is negative, when the EGR rate target value is reset to zero, the control device according to the present invention provides the acquired operating state.
  • Required fuel injection amount determining means for determining a required fuel injection amount which is a fuel amount to be injected based on the fuel injection instruction means for injecting fuel of the determined required fuel injection amount, and the EGR rate
  • the EGR rate target value determined by the target value determining means becomes negative, the EGR rate target value is determined while maintaining the distribution of NO X generation amount and PM generation amount determined by the distribution determination means.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire system in which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine).
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view around the cylinder for explaining the outline of the operation of the intake and exhaust system of the internal combustion engine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the inhaled oxygen molar concentration and the NOx generation amount by the NO X generation amount estimation model used by the control device shown in FIG.
  • Fig. 4 is a graph showing the relationship between the excess air ratio and the PM generation amount according to the PM generation amount estimation model used by the control device shown in Fig. 1.
  • Figure 5 shows the relationship between the NOx generation amount and the PM generation amount (trade offline) obtained using the NOx generation amount estimation model and the PM generation amount estimation model used by the control device shown in Fig. 1. It is the shown graph.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of determining the EGR rate target value by the control device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of determining the slope of the distribution determination line used by the control device shown in FIG. 1 to determine the EGR rate target value.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a countermeasure when the target EGR rate is negative.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a routine for acquiring the EGR rate acquired value executed by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the first half of the routine for controlling the EGR rate and the fuel injection mode executed by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the second half of the routine for controlling the EGR rate and fuel injection mode executed by the CPU shown in FIG.
  • FIG. 12 is a table for determining the required fuel injection amount to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.
  • FIG. 13 is a table for determining the fuel injection timing to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.
  • FIG. 14 is a table for determining the fuel injection pressure to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.
  • Figure 15 shows the slope of the allocation decision line used to determine the EGR rate target.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an entire system in which a control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine) 10.
  • This system releases the exhaust gas from the engine main body 20 including the fuel supply system, the intake system 30 for introducing gas into the combustion chamber (in-cylinder) of each cylinder of the engine main body 20, and the engine main body 20.
  • It includes an exhaust system 40 for performing exhaust gas recirculation, an EGR device 50 for performing exhaust gas recirculation, and an electric control device 60.
  • a fuel injection valve (injection valve, injector) 21 is disposed above each cylinder of the engine body 20.
  • Each fuel injection valve 21 is connected through a fuel pipe 23 to a fuel injection pump 22 connected to a fuel tank (not shown).
  • the fuel injection pump 2 2 is electrically connected to the electric control device 60, and a drive signal from the electric control device 60 (command signal corresponding to a command fuel injection pressure Pcr fin described later) As a result, the fuel pressure is increased so that the actual fuel injection pressure (discharge pressure) Per becomes the command fuel injection pressure Pcr fin.
  • the fuel that has been boosted to the command fuel injection pressure Pcr fin is supplied to the fuel injection valve 21 from the fuel injection pump 22.
  • the fuel injection valve 21 is electrically connected to the electric control device 60, and is driven by a drive signal (command signal corresponding to the command fuel injection amount qf in) from the electric control device 60 for a predetermined time.
  • the fuel boosted to the commanded fuel injection pressure Pcrfin is directly injected into the combustion chamber of each cylinder by the commanded fuel injection amount qfin.
  • the intake system 30 is connected to the upstream manifold of the intake manifold 31 and the intake manifold 31 connected to the combustion chamber of each cylinder of the engine body 20.
  • the intake manifold 3 1 Intake pipe that forms the intake passage with 1 3 2, Throttle valve 3 3 rotatably held in intake pipe 3 2, Throttle valve 3 3 in response to drive signal from electric controller 6 0
  • Intercooler 34 sequentially inserted in the intake pipe 32 upstream of the valve 3 3, the compressor 35 5 a of the supercharger 35, and the air cleaner 36 disposed at the tip of the intake pipe 32 Contains.
  • the exhaust system 40 includes an exhaust manifold 41 connected to each cylinder of the engine body 20, an exhaust pipe 42 connected to a downstream side assembly portion of the exhaust manifold 41, and a supercharging disposed in the exhaust pipe 42.
  • the machine 3 5 evening bin 35 b and the diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPNR”) 4 3 installed in the exhaust pipe 42 are included.
  • the exhaust manifold 41 and the exhaust pipe 42 constitute an exhaust passage.
  • the DPNR 43 is a filter that includes a filter 43 a formed of a porous material such as cordierite and collects particulates in the exhaust gas that passes through the surface of the pores.
  • DPNR43 is composed of alumina as a carrier, alkaline metal such as potassium, sodium Na, lithium Li, cesium C s, alkaline earth metal such as barium Ba, calcium Ca, and lanthanum La.
  • alkaline metal such as potassium, sodium Na, lithium Li, cesium C s
  • alkaline earth metal such as barium Ba, calcium Ca, and lanthanum La.
  • the EGR device 50 includes an exhaust gas recirculation pipe 51 that constitutes a passage for recirculating exhaust gas (EGR passage), an EGR control valve 52 interposed in the exhaust gas recirculation pipe 51, and an EGR cooler 53.
  • the exhaust gas recirculation pipe 51 communicates the upstream exhaust passage (exhaust manifold 41) of the turbine 35b and the downstream intake passage (intake manifold 31) of the throttle valve 33.
  • the EGR control valve 52 can change the amount of exhaust gas recirculated (exhaust gas recirculation amount, EGR gas flow rate) in response to a drive signal from the electric control device 60.
  • the electric control device 60 requires the CPU 61, CPU 61, and CPUs 61, CPU61, programs executed by the CPU61, tables (lookup tables, maps), constants, etc. that are stored in advance.
  • the RAM 63 stores data temporarily according to the data
  • the backup RAM 64 stores data while the power is turned on, and retains the stored data while the power is shut off, and the AD controller.
  • This is a microcomputer consisting of 6 and 5 interfaces including a bar.
  • the interface 6 5 is an air flow rate (fresh air flow rate) measuring means that is connected to the hot-wire airflow meter 7 1 placed in the intake pipe 3 2 and the exhaust gas recirculation pipe 5 1 downstream of the throttle valve 3 3.
  • the intake air temperature sensor 7 2 provided in the intake passage downstream of the connected portion and the intake valve provided in the intake passage downstream of the throttle valve 33 and connected to the exhaust gas recirculation pipe 51 Connected to pipe pressure sensor 7 3, crank position sensor 7 4, accelerator opening sensor 7 5, and fuel pressure sensor 7 6 installed in fuel pipe 2 3 near the discharge port of fuel injection pump 2 2
  • the signals from these sensors are supplied to the CPU 61.
  • Each of the above sensors corresponds to an operating state acquisition means.
  • the interface 6 5 is connected to the fuel injection valve 21, the fuel injection pump 2 2, the throttle valve actuate 3 3 a, and the EGR control valve 5 2, according to the instructions of the CPU 6 1 A drive signal is sent to them.
  • the hot-wire air flow meter 7 1 measures the mass flow rate of the intake air passing through the intake passage (intake air amount per unit time, fresh air amount per unit time).
  • a signal representing (air flow rate Ga) is generated.
  • the intake air temperature sensor 72 detects the temperature of the gas drawn into the cylinder of the engine 10 (ie, the combustion chamber and the cylinder) (ie, the intake temperature), and generates a signal representing the intake temperature Tb. It has become.
  • the intake pipe pressure sensor 73 detects the pressure of the gas sucked into the cylinder of the engine 10 (that is, the intake pipe pressure) and generates a signal representing the intake pipe pressure Pb.
  • the crank position sensor 74 detects the absolute crank angle of each cylinder and generates a signal that represents the crank angle CA and also represents the engine speed NE, which is the engine speed.
  • the accelerator opening sensor 75 detects the operation amount of the accelerator pedal A P and generates a signal representing the accelerator operation amount Accp.
  • the fuel pressure sensor 76 detects the pressure of the fuel passing through the fuel pipe 23 and generates a signal representing the injection pressure Per.
  • this device a control device for an internal combustion engine configured as described above (hereinafter referred to as “this device”). 05017219
  • Fig. 2 schematically shows how gas is drawn from the intake manifold 31 into the cylinder (cylinder) of one cylinder, and the gas drawn into the cylinder is discharged to the exhaust manifold 41. It is the figure shown in.
  • the gas sucked into the cylinder includes fresh air drawn from the tip of the intake pipe 32 through the throttle valve 33, and the exhaust recirculation pipe 5 1 through E EGR gas sucked through the GR control valve 52 is included.
  • the amount of fresh air inhaled (mass) Gn and the amount of EGR gas inhaled (mass) The ratio of EGR gas amount Gegr to in-cylinder inhaled gas amount Gcyl, which is the sum of Gegr It changes according to the opening degree of the throttle valve 33 and the opening degree of the EGR control valve 52 controlled as described later by the electric control device 60 (CPU 61) in accordance with the operating state.
  • the fresh air and the EGR gas are sucked into the cylinder as the piston descends through the intake valve Vin opened in the intake stroke, and become in-cylinder gas.
  • the in-cylinder gas is sealed in the cylinder by closing the intake valve Vin when the piston reaches bottom dead center (hereinafter referred to as “ATDC-180 °”). Compressed as the rise of.
  • the device When the piston reaches the vicinity of the top dead center (specifically, when a command fuel injection timing nnjfin, which will be described later, has arrived), the device performs the fuel injection valve 2 for a predetermined time according to the command fuel injection amount qfin. By opening 1, the fuel is directly injected into the cylinder. As a result, the injected fuel mixes with the in-cylinder gas as time passes, becomes mixed gas and diffuses in a conical shape in the cylinder, and self-ignition occurs at a predetermined timing. Combustion due to (diffusion combustion).
  • the gas present in the combustion chamber after combustion becomes exhaust gas, and is discharged from the exhaust valve Vout opened in the exhaust stroke to the exhaust manifold 41 as the piston rises through the exhaust passage.
  • the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 42.
  • EGR control specifically, control of the EGR rate Regr
  • the amount of NO X and PM generated in a diesel engine greatly depends on the EGR rate Regr, and NO x Allocation of PM generation amount and PM generation amount can be determined by EGR rate Regr.
  • NOx and PM are also harmful substances. Therefore, in order to reduce the emission generation amount comprehensively and effectively, the target distribution of NOx generation amount and PM generation amount is set, and the actual distribution of NOx generation amount and PM generation amount is the same target. It is preferable to control the EGR rate Regr to match the distribution of
  • N0x generation amount nox is the unit injection fuel amount and NOx generation amount per combustion cycle
  • the intake oxygen molar concentration R02in is the same cylinder with respect to the total number of moles of cylinder gas. It is the ratio of the number of moles of oxygen in the inner gas.
  • Value a and value b are constants. Equation (1) below is equivalent to “NOx generation estimation model that calculates NOx generation based on inspiratory oxygen concentration”.
  • Equation (2) corresponds to “PM generation amount estimation model that calculates PM generation amount based on excess air ratio”. 19
  • Gn is the amount of fresh air drawn into the cylinder during one intake stroke.
  • Q is the fuel injection amount (required fuel injection amount).
  • Gcyl is the in-cylinder intake gas amount (total in-cylinder gas amount) sucked into the cylinder in one intake stroke, the value Z is “Gcyl / (Q ⁇ AFth)”, and AFth is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • Regr is the EGR rate expressed by the following equation (4). In the following formula (4), Gegr is the amount of EGR gas sucked into the cylinder during one intake stroke.
  • the intake oxygen molar concentration R02in can be approximated by the following equation (5) by using the air oxygen molar concentration R02air (constant), which is the molar concentration of oxygen in the air.
  • Equation (6) expresses the relationship between the EGR rate Regr and the NO X generation amount ⁇ .
  • the NO X generation amount decreases as the EGR rate Regr increases.
  • the right side of equation (6) is a function that calculates the E GR rate Regr using the variables nox and Z as arguments. In the following, the right side of equation (6) is sometimes expressed as “funcRegr (nox, Z)”.
  • Equation (7) expresses the relationship between EGR rate Regr and soot generation pm. It is a formula. As can be understood from Equation (7), the PM generation rate increases as the EGR rate Regr increases.
  • the above equation (8) expresses the relationship between the NO x generation amount nox and the PM generation amount pm with the E GR rate Regr as a parameter. Such a relationship is represented by the curve shown in FIG. 5 (hereinafter referred to as “Train Offline”).
  • this trade-off line is constant in the steady operation state, but changes every moment in the transient operation state.
  • the trade off-line is a curve that represents the exact relationship between the instantaneous value of NO x generation amount nox and the instantaneous value of PM generation amount pm not only in the steady operation state but also in the transient operation state.
  • the point corresponding to the combination of NO x generation amount nox and PM generation amount pm always exists on this trade-off line not only in the steady operation state but also in the transient operation state.
  • the above equation (8) uses the in-cylinder intake gas amount Gcyl and the required fuel injection amount Q to correct the NO X generation amount and the PM generation amount not only in the normal operation state but also in the transient operation state. This is an expression that expresses the exact relationship.
  • the amount of NO X generated and PM generated corresponds to the relationship acquiring means.
  • the right side of Eq. (8) is a function that calculates PM generation amount pm using variables Z and ⁇ as arguments. In the following, the right side of equation (8) is sometimes expressed as rfuncpml (Z, nox) j.
  • the distribution of NOx generation amount nox and PM generation amount pm depends on which point on the trade-off line is used as an emission target value (ie, NOx generation target value and PM generation target value). It is determined.
  • this equipment is the NOx generation steady state adaptation value noxTA and PM generation amount steady adaptation value pmTA described earlier, the operating state (in this example, the required fuel injection amount Q, and the engine speed NE), Tables MapnoxTA (Q, NE;) and MappmTA (Q, NE) that define the relationship are stored in ROM 62.
  • the N0 X generation amount steady conformity value noxTA and the PM generation amount steady conformity value pmTA are maintained in the steady state in the current operating state (required fuel injection amount Q and engine speed NE).
  • the optimal combination takes into account the balance between the amount of NOx generated and the amount of PM generated (this is the target distribution of the amount of NOx generated and the amount of PM generated) This is the amount of PM generated.
  • the related tables MapnoxTA (Q, NE) and MappmTA (Q, NE) are the NO x generation steady-state adaptation values when the engine is maintained in steady operation at a certain required fuel injection amount Q and engine rotational speed NE. It can be obtained by executing an experiment that matches the noxTA and the PM generation steady state adaptation value pmTA while changing the required fuel injection amount Q and the engine speed NE variously.
  • the means to obtain the NO x generation amount steady conforming value noxTA and PM generation amount steady conforming value pmTA based on the corresponding table MapnoxTA (Q, NE), MappmTA (Q, NE) corresponds to the steady conformity value obtaining means .
  • the point corresponding to the combination of the NOx generation steady state adaptation value noxTA and the PM generation steady state adaptation value pmTA is referred to as the adaptation point ⁇ .
  • the current conforming point A is always on the trade offline Exists.
  • the trade-off line is a value Z that changes from moment to moment (that is, the cylinder intake gas amount Gcyl and the required fuel). It changes from moment to moment depending on the injection quantity Q). As a result, the current conforming point A no longer exists on the trade-off line.
  • Figure 6 shows an experiment in which the engine is in transient operation and the current value Z matches the NOx generation steady-state adaptation value noxTA and the PM generation steady-state adaptation value pmTA corresponding to the current adaptation point A.
  • An example of the relationship between the current matching point A and the trade off-line when the value is smaller than the current value is shown.
  • the EGR rate Regr is controlled so that it matches the EGR rate Regr (two RegrA) itself corresponding to the current matching point A
  • the point A ' is used as the emission target value.
  • the distribution of the N0x generation amount and the PM generation amount is controlled so as to coincide with the distribution corresponding to the point A ′.
  • the current conforming point A does not exist on the trade-off line, so any point on the trade-off line can be set to the emission target value (that is, N0x is generated). It is a problem whether it should be used as a target value for volume and a target value for PM generation).
  • this device introduces a straight line of slope (hereinafter referred to as “distribution decision line”) through the matching point A at the present time.
  • the area indicated by the fine dots shown in Fig. 7 is where the engine is installed in a driving mode (for example, "1 0 ⁇ 15 mode") defined by law for measuring fuel consumption and exhaust gas volume. It shows the range allowed by the law on total NOx and total PM generated when the mounted vehicle travels. That is, the restriction point R is a point (fixed point) corresponding to the combination of the allowable upper limit value of the total N0x generation amount and the allowable upper limit value of the total PM generation amount. Measured in advance when the vehicle is driven for the same amount of time as the vehicle travels in the above travel mode while maintaining the steady state at the fuel injection amount Q and the engine speed NE). The point corresponding to the combination of the total NOX generation amount and the total PM generation amount (individual measurement value) is called measurement point C at present. That is, the measuring point C moves according to the engine operating state (required fuel injection amount Q and engine speed NE).
  • a driving mode for example, "1 0 ⁇ 15 mode”
  • the restriction point R is a point
  • the current measurement point C is the measurement point C1.
  • the ⁇ generation amount corresponding to the measurement point C 1 is close to the allowable upper limit value, and the N O X generation amount corresponding to the measurement point C 1 is sufficiently smaller than the allowable upper limit value.
  • the “current margin” for PM is smaller than the “current margin” for NO.
  • the target distribution of the generation amount has a small ⁇ current margin '' ⁇ ⁇ It is decided to be more suppressed.
  • the current measurement point C becomes measurement point C3.
  • the NOx generation amount corresponding to measurement point C3 is close to the allowable upper limit value
  • the PM generation amount corresponding to measurement point C3 is sufficiently smaller than the allowable upper limit value.
  • the “current margin” for Nx is smaller than the “current margin” for PM.
  • the target distribution of NO x generation and PM generation will be determined so that the generation of NO is more controlled.
  • the target distribution of NO x generation and PM generation is sequentially determined so that both Nx generation and PM generation do not exceed the allowable upper limit.
  • the measurement point C that moves according to the engine operating state is the total N0x generation amount and PM that are measured in advance. This is a point corresponding to the combination of generation amounts, and the regulation point R is known. Therefore, the relationship between the engine operating state (required fuel injection amount Q and engine speed NE) and the slope K can be acquired in advance.
  • This device stores a table MapK (Q, NE) in ROM 62 that defines the relationship between the slope K and the operating state (required fuel injection amount Q and engine speed NE). Therefore, the current slope K can be obtained by searching the table MapK (Q, NE).
  • the current steady-state adaptation values noxTA and pmTA corresponding to the current adaptation point A can be obtained by searching the above-mentioned tables MapnoxTA (Q, NE) and MappmTA (Q, NE). Therefore, if the allocation decision line is expressed by the following equation (9), the value e (see Fig. 6) in the following equation (9) is the current slope K and the current steady-state value noxTA. , PmTA can be obtained by the following equation (10). The right side of Eq.
  • Equation (9) is a function that calculates PM generation amount pm using variables K, e, and nox as arguments.
  • the right side of equation (9) is sometimes expressed as “funcpm2 (K, e, nox)”.
  • the means for determining the distribution of the NO x generation amount and the PM generation amount based on the above equation (9) corresponds to the distribution determination means.
  • the right side of equation (10) is a function that calculates the value e with variables K, noxTA, and pmTA as arguments. In the following, the right side of equation (10) may be expressed as “funce (K, noxTA, pmTA)”.
  • NO x generation amount nox is obtained by eliminating the ⁇ generation amount pm by combining the above equation (8) and the above equation (9).
  • the NO x generation target value nox t corresponding to the target point B shown in Fig. 6 is obtained.
  • the target NOx generation value nox t can be expressed by the following equation (11).
  • the right side of equation (11) is a function that calculates the NOx generation target value noxt using variables, e, and Z as arguments. In the following, the right side of Eq. (11) may be expressed as “funcnoxt (K, e, Z)”.
  • the means for determining the EGR rate target value Regrt corresponds to the EGR rate target value determining means.
  • this device sequentially obtains the EGR rate target value Regrt as described above, and controls the EGR rate Regr so that the current EGR rate acquired value Regract matches the current EGR rate target value Regr U. (Specifically, the opening degree of the throttle valve 33 and the opening degree of the EGR control valve 52 are controlled).
  • the distribution of NOx generation and PM generation is the target point B shown in Fig. 6 (in normal operation, target point B NOx generation amount and PM generation amount are sequentially controlled so as to match the target distribution corresponding to).
  • the EGR rate Regr is actually a value between “0” and “1”. However, if the engine is in an excessively transient state and the value Z is set to a small value and the slope K is set to a small value, as shown in Fig. 8, the target point The EGR rate target value Regr t corresponding to B may be negative.
  • this equipment resets the EGR rate target value Regrt to “0”, which is a feasible value.
  • the EGR rate target value Regrt is set to "0" by setting the EGR rate target value Regrt to "0”
  • the distribution of NOx generation amount and PM generation amount is shown in Fig. 8. It is controlled to match the distribution corresponding to point D shown. As a result, the distribution of NOx generation and PM generation cannot be matched with the allocation based on the above allocation decision line.
  • this device resets the EGR rate target value Regrt to ⁇ 0 '' when the EGR rate target value Regrt is a negative value, as well as the required fuel injection amount Q (actually described later).
  • the command fuel injection amount qfin) is limited to the fuel injection amount limit value QlimiU. This makes it possible to match the distribution of NOx generation amount and PM generation amount to the distribution based on the distribution determination line while controlling the EGR rate acquired value Regract to be “0”.
  • the above is the outline of EGR control by this equipment.
  • the CPU 61 repeatedly executes the routine for acquiring the EGR rate acquired value Regract shown in the flowchart of FIG. 9 every elapse of a predetermined time (for example, 8 msec). Therefore, when the predetermined timing is reached, CPU 6
  • step 9 0 5 starts processing from step 900 and proceeds to step 9 0 5 to determine whether the current time coincides with the end of the intake stroke of a certain cylinder (ATDC-180 °). If “No” is determined, the process immediately proceeds to step 995 and this routine is temporarily terminated.
  • step 9 10 the CPU 6 1 proceeds to step 9 10 to acquire the intake air temperature Tb obtained by the intake air temperature sensor 72 as the in-cylinder gas temperature TaO at the bottom dead center, and In the following step 9 15, the intake pipe pressure Pb obtained by the intake pipe pressure sensor 73 is obtained as the in-cylinder gas pressure PaO at the bottom dead center.
  • Vao is a combustion chamber volume at bottom dead center in the ATDC-180 0. Since the combustion chamber volume can be expressed as a function of the crank angle based on the design specifications of the engine 10, the combustion chamber volume VaO at the bottom dead center can be obtained based on this function.
  • the following equation (13) is established under the assumption that the in-cylinder gas temperature and the in-cylinder gas pressure at ATDC-180 ° are approximately equal to the intake air temperature Tb and the intake pipe pressure Pb, respectively.
  • the means for calculating the cylinder intake gas amount Gcyl corresponds to the cylinder intake gas amount calculation means.
  • Gcyl PaO-VaO / (R-TaO) (13)
  • the CPU 6 1 proceeds to step 9 2 5, and the new air volume per unit time obtained by the air flow meter 7 1 at this moment Ga
  • the function funcGn for determining the fresh air amount Gn sucked into the cylinder in one intake stroke with Ga and NE as arguments, Find the amount of fresh air Gn drawn into the cylinder during one intake stroke.
  • Step 930 the CPU 61 proceeds to Step 9 30, and calculates the in-cylinder intake gas amount Gcyl obtained above, the new air amount Gn sucked into the cylinder during the obtained one intake stroke, and the above equation (4)
  • Step 995 the EGR rate acquisition value Regract is updated every time the end of the intake stroke of a certain cylinder comes.
  • This step 9 30 corresponds to EGR rate acquisition value acquisition means.
  • the CPU 61 performs a routine for controlling the EGR rate and the fuel injection mode shown in the flow charts in FIGS. 10 and 11 every predetermined time (for example, 8 msec). It is supposed to be executed repeatedly. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 6 1 starts processing from step 1 00 0 0 and proceeds to step 1 0 0 2, where the accelerator operation amount Accp, the engine speed NE, and FIG. Obtain the current required fuel injection quantity Q from the table MapQ.
  • the table MapQ is a table that defines the relationship between the accelerator opening degree Accp, the engine speed NE, and the required fuel injection amount Q, and is stored in the ROM 62. In this way, the means for determining the required fuel injection amount Q using the table MapQ corresponds to the required fuel injection amount determining means.
  • the CPU 61 proceeds to step 1004, and from the calculated required fuel injection amount Q, the engine speed NE, and the table MapnoxTA stored in the ROM 62 described above, Determine the NOx generation constant conforming value noxTA of NOx.
  • the CPU 61 proceeds to step 106, and the required fuel injection amount Q obtained above, the engine speed NE, and the table stored in the above-mentioned R0M 62. From PMpmTA, obtain the current PM generation steady state adaptation value pmTA.
  • the CPU 61 proceeds to step 1008, and obtains the current inclination K from the calculated required fuel injection amount Q, the engine speed NE, and the table MapK stored in the ROM 62 described above. .
  • the CPU 61 proceeds to Step 10 10, and the obtained slope K: the obtained NOx generation amount steady-state adaptation value noxTA, the obtained PM generation amount steady-state adaptation value pmTA, and the above (10) Obtain the value e from the equation, and in the following step 1 0 1 2, the cylinder intake gas amount Gcy calculated in the previous step 9 2 5, and the required fuel injection amount Q obtained above and step 1 0 1
  • the current value Z is obtained from the definition formula of the above value Z described in 2.
  • Step 1 014 the EGR rate target value Regrt is obtained from the obtained NO X generation target value noxt, the obtained value I, and the above equation (6).
  • step 1 0 18 determines whether or not the value of the EGR rate target value Regrt obtained above is negative.
  • the CPU 6 1 determines “No” in step 1 0 1 8 and proceeds to step 1 020, flag LIMIT After setting the value to “0”, go to Step 1 032 in Figure 11.
  • the flag LIMIT indicates that the E GR rate target value Regrt obtained above is “0” or more when the value is “0”, and the E GR obtained above when the value is “1”. Rate target value Indicates that the value of Regrt is negative.
  • step 1 022 the CPU 61 judges “Y es” at step 1 0 1 8 and proceeds to step 1 022 to set the value of the flag IMIT. Set to “1” and reset the EGR rate target value Regrt to “0” in the following Step 1 024.
  • step 102'6 obtains the value pmegrO from the obtained slope K, the obtained value e, the noxegrO, and the equation (9), and then proceeds to step 1 028. Then, the value pmegrO, the value noxegrO, the value ZegrO is obtained from the above equation (8), and in step 1030, the in-cylinder intake gas amount Gcyl obtained above is obtained. After obtaining the fuel injection amount limit value Qlimit from the above equation (12), proceed to step 1032 in FIG.
  • the EGR rate deviation ARegr is calculated by subtracting the EGR rate acquisition value Regract calculated in the previous step 9 30 from the EGR rate target value Regrt obtained above. Then, in step 1 0 34, according to the EGR rate deviation ARegr obtained above, the throttle valve actuate 3 3 a and so that the E GR rate acquired value Regract matches the E GR rate target value Regrt. E Command the GR control valve 52 to drive.
  • the E GR rate acquired value Regract is sequentially controlled so as to match the E GR rate target value Regrt, and accordingly, the distribution of the N0x generation amount and the PM generation amount is made to match the distribution based on the above distribution determination line. It is done.
  • This step 10 34 corresponds to the EGR control valve control means.
  • step 1036 determines whether or not the value of the flag LIMIT is “1”, and determines that it is “No” (that is, the E GR rate target value Regrt is “0”). ”), The process proceeds to step 1 0 38 to set the commanded fuel injection amount qfin to the value of the fuel injection amount limit value Ql imit calculated in the previous step 1 30.
  • step 1 036 determines “Y es” in the determination of step 1 036, the process proceeds to step 1 040 and the requested fuel injection amount Qf in which the command fuel injection amount qf in was determined in the previous step 1 0 02 Set to the value of.
  • the CPU 61 proceeds to step 1042, and determines the fuel injection timing finjfin from the obtained command fuel injection amount qfin, the engine rotational speed NE, and the table Mapf inj fin shown in FIG.
  • the table Mapf inj ⁇ is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin, engine rotational speed NE, and fuel injection timing finjfin, and is stored in ROM 62.
  • step 1044 determines the fuel injection pressure Pcrfin from the obtained command fuel injection amount qfin, the engine rotational speed NE, and the table MapPcrfin shown in FIG.
  • Table MapPcrfin is a table that defines the relationship between the commanded fuel injection amount qfin, engine speed NE, and fuel injection pressure Per ⁇ . Stored in 2.
  • Step 10 0 46 determines whether or not the fuel injection timing finjfin determined above has arrived. If “No” is determined, the CPU 61 proceeds to Step 1 09 5 without injecting fuel. Proceed to end this routine. On the other hand, if the determined fuel injection timing finjfin has arrived, the CPU 61 determines “Y es” in step 1 046 and proceeds to step 1 0 48 8 to arrive at the determined fuel injection timing finjfin. After instructing the injector 21 of the cylinder that is injecting fuel by the commanded fuel injection amount qfin obtained above, the routine proceeds to step 1095 and ends this routine once.
  • the NO X generation amount estimation model for calculating the NO X generation amount based on the intake oxygen molar concentration R02in (the above formula (1))
  • a PM generation amount estimation model that calculates the PM generation amount based on the excess air ratio ⁇ (Equation (2) above), the required fuel injection amount Q and the cylinder intake gas amount Gcyl were used (ie Using the value Z), find the equation (Equation (8) above, trade-off line in Fig. 6) that expresses the “relationship between N0x generation amount and PM generation amount” using the E GR rate Regr as a parameter.
  • the regulation value based on the laws related to emission regulations Find the equation that represents the straight line with the slope K determined in consideration (Equation 9 above). Then, the intersection of the trade offline and the allocation decision line (target point B in Fig. 6) is used as the emission target value, and the EGR rate target value Regr t is set to the EGR rate Regr corresponding to the target point B.
  • the distribution of the NOx generation amount and PM generation amount is the target point B shown in Fig. 6 (in steady operation state, target point B
  • the amount of NOx and the amount of PM generated are sequentially controlled so that the above-mentioned regulation value corresponding to A) matches the target distribution in consideration. Therefore, it is possible to maintain a good balance between the NOx generation amount and the PM generation amount in order to reduce the emission generation amount comprehensively and effectively.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
  • the modified example can be adopted.
  • the measurement point C (individual measurement value; refer to FIG. 7) and the regulation point R (which can move according to the engine operating state (required fuel injection amount Q and engine rotation speed NE)) (See Fig. 7. Fixed point)
  • the slope of the straight line passing through is used as the slope K, but as shown in Fig. 15, the consumption of fuel is legal for measuring the amount of exhaust gas.
  • the inclination (constant value) of a straight line passing through the point (measurement point C total) corresponding to the combination (total measurement value) and the restriction point R (fixed point) may be used as the inclination K.
  • the slope K becomes a constant value
  • the relationship between the slope K and the operating condition (required fuel injection amount Q and engine speed NE) is determined in order to obtain the slope K that varies sequentially.
  • the above table MapK (Q, NE) becomes unnecessary. Therefore, the ROM 62 memory can be saved and the calculation load on the CPU 61 associated with the table search can be reduced.
  • the EGR rate acquisition value Regract is E according to the E GR rate deviation ARegr at every execution interval time (for example, 8 msec) of the series of routines shown in FIG. 10 and FIG.
  • the EGR rate is controlled to match the GR rate target value Regrt (see step 1034)
  • every time the EGR rate acquisition value Regract is updated at step 930 in FIG.
  • the E GR rate is controlled so that the E GR rate acquired value Regract matches the E GR rate target value Regrt in accordance with the E GR rate deviation ARegr. Also good.
  • the E GR rate target value Regrt when the E GR rate target value Regrt is negative, the E GR rate target value Regrt is maintained while maintaining the distribution of the NOx generation amount and the PM generation amount based on the distribution determination line. It is configured to calculate the fuel injection amount limit value Qlimit, which is the fuel injection amount necessary to obtain a trade-off line to achieve “0”, and to limit the command fuel injection amount qfin to the fuel injection amount limit value Qlimit. In addition to this, if the E GR rate target value Regrt becomes negative, the fuel injection amount necessary to set the excess air ratio ⁇ to ⁇ 1 '' is acquired as the second fuel injection amount limit value Qlimit2. The command fuel injection amount qfin is set to the above fuel injection amount limit value Qlimit and the second fuel injection amount limit value Qlimit2. You may comprise so that it may restrict
  • the second fuel injection amount limit value Qlimit2 is calculated according to the following equation (14) by setting the EGR rate Regr to “0” and the excess air ratio ⁇ to “1” in the above equation (3). Can be requested.

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Abstract

この制御装置は、吸気酸素モル濃度に基づいてNOx発生量を算出するNOx発生量推定モデルと、空気過剰率に基づいてPM発生量を算出するPM発生量推定モデルとからEGR率をパラメータとするNOx発生量とPM発生量との関係(トレードオフライン)を求める。また、現時点での運転状態におけるNOx発生量及びPM発生量の定常適合値の組み合わせに対応する点(適合点A)を通り、エミッションの規制に係わる法律に基づく規制値を考慮して決定される傾きKを有する直線(配分決定ライン)を求める。そして、トレードオフラインと配分決定ラインの交点(目標点B)をエミッシヨン目標値として使用し、EGR率目標値Regrtを目標点Bに対応するEGR率に設定する。

Description

内燃機関の制御装置 技 術 分 野
本発明は、 内燃機関の排気通路から排出される排ガス中の窒素酸化物 （本明細 書において 「N〇x」 と称呼する。 ） の発生量、 及び微粒子状物質 （パティキュ レート .マター、 或いはスモーク。 本明細書において 「PM」 と総称する。 ） の 発生量を制御する内燃機関の制御装明置に関し、 特に、 機関のシリンダ内に吸入さ れるガスの流量に対する同シリンダ内に吸入される EG Rガスの流量の比 （以下 、 「EGR率」 と称呼する。 ） を制御するこ書とにより NOxの発生量、 及び PM の発生量を制御するものに関する。
背 景 技 術
火花点火式内燃機関、 ディーゼル機関等の内燃機関 （特に、 ディーゼル機関） においては、 同機関の運転に伴って発生する N〇x、 及び PM (以下、 「ェミツ シヨン」 と総称することもある。 ） 等の有害物質の発生量を効果的に低減する必 要がある。
ここで、 エミッシヨン発生量を低減するためにはエミッション発生量を所定の 目標値になるように制御することが有効である。 また、 ディーゼル機関における NOx発生量は、 E GR率と強い相関を有している。 このため、 特開 2002— 3 7 1 8 93号公報に記載の内燃機関 （ディーゼル機関） の制御装置は、 筒内圧 力センサ、 及び吸気酸素濃度センサによりそれぞれ検出された燃焼圧力、 及び吸 気酸素濃度に基づいて算出した燃焼温度、 及び混合気濃度から、 代表的な公知の 燃焼モデルの一つである拡大ゼルドピッチ （Z ELDOV I CH) 機構を用いて 燃焼により発生する N〇x発生量を推定する。 そして、 推定された NOx発生量 が所定の目標値になるように E G R率等を制御するようになっている。
ところで、 NO X発生量を低減するために E GR率を増大させていくと （特に 、 ディーゼル機関において） PM発生量が増大していくという関係があることも 知られている。 即ち、 N〇x発生量と PM発生量の配分は EGR率により決定さ れ、 NO X発生量の低減のみに着目して EGR率を制御すると、 PM発生量が大 きくなる。 これは、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的に低減するという 観点からは好ましくない。
換言すれば、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的に低減するためには、 N Ox発生量と PM発生量とのバランスを考慮してエミッション発生量の目標値 (従って、 EGR率の目標値） を決定する必要がある。
このため、 通常、 現時点での機関の運転状態 （例えば、 燃料噴射量、 機関回転 速度等） における NO X発生量の定常適合値及び PM発生量の定常適合値の組み 合わせがエミッション発生量の目標値として使用され、 実際の EGR率が係るェ ミッション発生量目標値に対応する EGR率目標値となるように EG R率が制御 されるようになつている。
ここで、 NOx発生量定常適合値、 及び PM発生量定常適合値とは、 機関が現 時点での運転状態 （例えば、 燃料噴射量、 機関回転速度等） にて定常状態に維持 されている場合において NOx発生量と PM発生量とのバランスを考慮した上で 最適な組み合わせとなる予め適合されている N〇x発生量と PM発生量である。 係る NOx発生量定常適合値、 及び PM発生量定常適合値は、 機関が或る定常 運転状態に維持された状態において NO X発生量定常適合値、 及び PM発生量定 常適合値を適合する実験を機関の運転状態 （例えば、 燃料噴射量、 機関回転速度 等） を種々変更しながら実行することで取得され得る。
しかしながら、 一般に、 機関の回転速度が急増する場合など機関が過渡運転状 態にある場合と定常運転状態にある場合とでは、 同一の運転状態 （例えば、 燃料 噴射量、 機関回転速度等） であっても NOx発生量と PM発生量との関係が異な る。 換言すれば、 同一の運転状態 （例えば、 燃料噴射量、 機関回転速度等） であ つても、 機関が過渡運転状態にある場合と定常運転状態にある場合とで同一の E GR率に対する NO X発生量と PM発生量の配分が異なる。
従って、 上述のように、 上記 N〇x発生量定常適合値及び PM発生量定常適合 値をェミッション発生量の目標値として使用して E GR率を制御すると、 機関が 過渡運転状態にある場合において、 N〇x発生量と PM発生量とのバランスがく ずれ、 この結果、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的に低減することがで きないという問題があった。
発 明 の 開 示
本発明は、 かかる課題に対処するためになされたものであって、 その目的は、 内燃機関が過渡運転状態にあっても、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的 に低減するための N〇x発生量と PM発生量との良好なバランスを維持すること ができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明に係る内燃機関の制御装置 （或いは、 EGR制御装置） は、 内燃機関の 排気通路と吸気通路とを連通する EG R通路と、 同 EGR通路に介装されて同排 気通路から同吸気通路へ流れる E G Rガスの流量を制御する E G R制御弁とを備 えた内燃機関に適用され、 運転状態取得手段と、 EGR率取得値取得手段と、 関 係取得手段と、 配分決定手段と、 EGR率目標値決定手段と、 EGR制御弁制御 手段とを備えている。 以下、 これらの手段について順に説明していく。
運転状態取得手段は、 内燃機関の運転状態を取得する手段であって、 上記 EG R率取得値取得手段、 及び関係取得手段等での計算に必要な機関の運転状態 （を 表すパラメータ） である、 機関の回転速度、 吸気通路を通過する空気の流量、 ァ クセルペダル操作量等を、 センサの出力等を利用して取得する。
E GR率取得値取得手段は、 前記取得された運転状態に基づいて E GR率を E GR率取得値として取得する手段である。 EGR率取得値は、 例えば、 吸気行程 中において機関のシリンダ内に吸入されたガス量 （筒内吸入ガス量） と同吸気行 程において吸気通路を通過した空気 （新気） の量とを前記取得された運転状態に 基づいて推定することで求めることができる。
関係取得手段は、 前記取得された運転状態に基づいて同取得された運転状態に おける NOx発生量 （の瞬時値） と PM発生量 （の瞬時値） との関係を取得する 手段である。 これによれば、 機関が過渡運転状態にあっても、 逐次取得される運 転状態に基づいて NOx発生量の瞬時値と PM発生量の瞬時値との関係 （を表す 05017219 数式等） が逐次正確に取得され得る。
配分決定手段は、 前記 NO X発生量と前記 PM発生量の配分を決定する手段で ある。 これによれば、 後述するように、 例えば、 N〇x発生量の規制値及び PM 発生量の規制値を考慮して、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的に低減す るための NO X発生量と PM発生量の狙いとする配分 （を表す数式等） が決定さ れる。
EGR率目標値決定手段は、 前記取得された NO X発生量と PM発生量との関 係と前記決定された NO X発生量と PM発生量の配分とから EGR率の目標値を 決定する手段である。 例えば、 上記 NOx発生量の瞬時値と PM発生量の瞬時値 との関係を表す数式と、 上記 NOx発生量と PM発生量の狙いとする配分を表す 数式とを連立させることで、 同 NOx発生量と PM発生量の狙いとする配分を維 持できるェミッション発生量の目標値 （の瞬時値） を求めることができる。 そして、 係るェミッション発生量目標値 （の瞬時値） を求めることができれば 、 同ェミッション発生量目標値を達成するための EGR率目標値 （の瞬時値） を 求めることができる。 即ち、 上記 EGR率目標値決定手段によれば、 機関が過渡 運転状態にあっても、 上記 NOx発生量と PM発生量の狙いとする配分が維持さ れ得るように EGR率目標値 （の瞬時値） が逐次決定され得る。
EGR制御弁制御手段は、 前記 E G R率取得値が前記 E G R率目標値になるよ うに前記 EGR制御弁の開度を制御する手段である。 これによれば、 EGR率取 得値が上述のように逐次決定されていく E G R率目標値になるように E G R制御 弁の開度が逐次制御されていく。
従って、 機関が過渡運転状態にあっても、 上記 NOx発生量と PM発生量の実 際の配分が上記狙いとする配分に維持されるように NOx発生量と PM発生量が 逐次制御されていく。 この結果、 内燃機関が過渡運転状態にあっても、 エミッシ ョン発生量を総合的、 且つ効果的に低減するための NOx発生量と PM発生量と の良好なバランスを維持することができる。
上記本発明に係る制御装置においては、 前記関係取得手段は、 前記機関のシリ ンダに吸入されるガスの酸素濃度である吸気酸素濃度に基づいて前記 NOx発生 量を算出する NOx発生量推定モデルと、 前記機関のシリンダに吸入されるガス の空気過剰率に基づいて前記 P M発生量を算出する P M発生量推定モデルとを利 用して前記 NO Xの発生量と PMの発生量との関係を取得するように構成される ことが好適である。
NOx発生量は、 吸気酸素濃度に強い相関を有していることが判っている。 ま た、 PM発生量は、 空気過剰率に強い相関を有していることが判っている.。 従つ て、 これによれば、 吸気酸素濃度と NOx発生量との関係を規定する N〇x発生 量推定モデルを表す数式と、 空気過剰率と PM発生量との関係を規定する PM発 生量推定モデルを表す数式とを連立させることで、 NOx発生量の瞬時値と PM 発生量の瞬時値との関係を精度良く表す数式が取得され得る。
また、 上記本発明に係る制御装置においては、 上記前記取得された運転状態に 基づいて噴射すべき燃料量である要求燃料噴射量を決定する要求燃料噴射量決定 手段と、 前記取得された運転状態に基づいて前記機関のシリンダに吸入されたガ ス量である筒内吸入ガス量を算出する筒内吸入ガス量算出手段とを更に備え、 前 記関係取得手段は、 前記決定された要求燃料噴射量と前記算出された筒内吸入ガ ス量とを利用して前記 NO Xの発生量と PMの発生量との関係を取得するように 構成されることが好適である。
後述するように、 NOx発生量の瞬時値と PM発生量の瞬時値との関係は、 過 渡運転状態において時々刻々と変化する上記要求燃料噴射量と上記筒内吸入ガス 量とに大きく依存する。 上記構成によれば、 N〇x発生量の瞬時値と PM発生量 の瞬時値との関係を表す数式中に上記要求燃料噴射量と上記筒内吸入ガス量とを 変数として含めることができる。 この結果、 この数式は、 機関が過渡運転状態で あっても、 NOx発生量の瞬時値と PM発生量の瞬時値との関係を一層精度良く 表す数式となり得る。
上記本発明に係る制御装置においては、 前記配分決定手段は、 前記機関が前記 取得された運転状態にて定常状態に維持されている場合において発生する予め計 測されている前記 NOx発生量及び前記 PM発生量 （以下、 「個別計測値」 と云 うこともある。 ） の組み合わせと、 前記 NOx発生量の規制値及び前記 PM発生 量の規制値 （以下、 単に 「規制値」 と云うこともある。 ） に係わる予め定められ た組み合わせと、 の関係である 2つの組み合わせの関係を利用して前記 N〇x発 生量と前記 PM発生量の配分を決定するように構成されると好ましい。
ここにおいて、 「個別計測値」 とは、 例えば、 機関が現時点での運転状態 （例 えば、 燃料噴射量、 機関回転速度等） にて定常状態に維持されたまま、 所定時間 だけ運転された場合 （或いは、 機関を搭載した車両が所定距離だけ走行した場合 ) に発生する総 NOx発生量、 及び総 PM発生量であって、 所定の実験等により 予め計測されている値である。
また、 「規制値」 とは、 例えば、 法律により定められたパターン （例えば、 1 0 · 1 5モード） で機関を搭載した車両が走行した場合に発生する総 NOx発生 量及び総 PM発生量の法律により許容される各上限値である。
上記個別計測値の組み合わせと上記規制値に係わる予め定められた組み合わせ との関係 （2つの組み合わせの関係） から、 個別計測値 （の瞬時値） の規制値に 対する 「現時点での余裕度」 が NOx及び PMのそれぞれに対して取得され得る 。 従って、 上記構成によれば、 例えば、 NOx及び PMのうち上記 「現時点での 余裕度」 が小さい方の発生量がより抑制されるように NO X発生量と P M発生量 の狙いとする配分が逐次決定されていく。 これにより、 NOx発生量、 及び PM 発生量が共に規制値をなるベく超えないように NO X発生量と PM発生量の狙い とする配分を逐次決定していくことができる。
また、 上記本発明に係る制御装置においては、 前記配分決定手段は、 前記機関 が予め定められたパターンで稼働された場合において発生する予め計測されてい る前記 NOx発生量の総量及び前記 PM発生量の総量 （以下、 「全体計測値」 と 云うこともある。 ） の組み合わせと、 上記規制値に係わる予め定められた組み合 わせと、 の関係である 2つの組み合わせの関係を利用して前記 N〇x発生量と前 記 PM発生量の配分を決定するように構成されてもよい。
ここにおいて、 「全体計測値」 とは、 例えば、 法律により定められたパターン (例えば、 10 · 1 5モード） で機関を搭載した車両が走行した場合に発生する 総 NOx発生量及び総 PM発生量であって、 所定の実験等により予め計測されて いる値である。
上記全体計測値の組み合わせと上記規制値に係わる予め定められた組み合わせ との関係 （2つの組み合わせの関係） から、 上記定められたパターンで機関が稼 働された場合における総 NO x発生量、 及び総 PM発生量の規制値に対する 「総 合的な余裕度」 がそれぞれ取得され得る。 従って、 上記構成によれば、 例えば、 NOx及び PMのうち上記 「総合的な余裕度」 が小さい方の発生量がより抑制さ れるように NO X発生量と PM発生量の狙いとする配分が決定される。 これによ つても、 NO X発生量、 及び PM発生量が共に規制値をなるベく超えないように NO X発生量と PM発生量の狙いとする配分を逐次決定していくことができる。 上記本発明に係る制御装置においては、 前記取得された運転状態に基づいて上 記 N〇x発生量定常適合値及び PM発生量定常適合値を取得する定常適合値取得 手段を更に備え、 前記配分決定手段は、 前記取得された NO X発生量定常適合値 及び P M発生量定常適合値の組み合わせに相当する点を通るとともに前記 2つの 組み合わせの関係から得られる NO X発生量の増加量に対する PM発生量の増加 量の比である傾きを有する直線を表す式を利用して前記 NO X発生量と前記 PM 発生量の配分を決定するように構成され、 前記 EGR率目標値決定手段は、 前記 関係取得手段により取得された NO X発生量と PM発生量との関係を表す式と前 記配分決定手段による前記直線を表す式とから前記 EG R率の目標値を決定する ように構成されることが好適である。
これによれば、 上記 N〇x発生量と PM発生量の狙いとする配分を表す式であ る上記直線を表す式と、 上記 NO X発生量と PM発生量との関係を表す式とを連 立させることでェミッション発生量の目標値 （の瞬時値） 、 従って、 EGR率目 標値 （の瞬時値） を得ることができる。 この EGR率目標値は、 後述するように 、 上記 「現時点での余裕度」 、 或いは上記 「総合的な余裕度」 が考慮された値で あって、 NOx発生量及び PM発生量が共に規制値をなるベく超えないように同 N Ox発生量と PM発生量を制御するための値となり得る。
上記何れかの本発明に係る制御装置においては、 EGR率目標値決定手段は、 前記決定された EGR率目標値が負になつた場合、 前記 E G R率目標値をゼロに 設定するように構成されることが好適である。
EGR率は、 実際には、 「0」 以上 「 1」 以下の値となる。 しかしながら、 機 関が過度の過渡運転状態にあるとき、 上記 NOx発生量と PM発生量との関係を 表す式と、 上記 NOx発生量と PM発生量の狙いとする配分を表す式 （例えば、 P2005/017219 上記直線を表す式） とを連立させて求められる EGR率目標値 （の瞬時値） が負 の値に決定される場合がある。
このような場合、 EGR率目標値を 「0」 以上 「 1」 以下のいずれかの値に再 設定する必要がある。 ここで、 再設定される EGR率目標値が上記求められた負 の E G R率目標値から離れるほど、 上記 N O X発生量と P M発生量の配分が上記 狙いとする配分から離れていく。 従って、 この場合、 上記構成のように、 再設定 される E GR率目標値を、 実現可能な EG R率のうちで上記求められた負の EG R率目標値に最も近い値である 「0」 に設定することが好ましいと考えられる。 このように、 E GR率目標値が負になった場合に同 EG R率目標値をゼロに再 設定するように構成されている場合、 本発明に係る制御装置は、 前記取得された 運転状態に基づいて噴射すべき燃料量である要求燃料噴射量を決定する要求燃料 噴射量決定手段と、 前記決定された要求燃料噴射量の燃料の噴射指示を行う燃料 噴射指示手段と、 前記 EG R率目標値決定手段により決定された EG R率目標値 が負になった場合、 前記配分決定手段により決定された NO X発生量と前記 PM 発生量の配分を維持しつつ前記 EG R率目標値決定手段により決定される前記 E GR率の目標値をゼロとするための NO X発生量と PM発生量との関係を得るた めに必要な燃料噴射量を燃料噴射量制限値として取得する燃料噴射量制限値取得 手段とを更に備え、 前記燃料噴射指示手段は、 前記 EGR率目標値決定手段によ り決定された EGR率目標値が負になつた場合、 前記決定された要求燃料噴射量 に代えて前記取得された燃料噴射量制限値の燃料の噴射指示を行うように構成さ れると好ましい。
これによれば、 EGR率目標値が 「0」 に再設定される場合、 燃料噴射量を上 記要求燃料噴射量から上記燃料噴射量制限値に変更 （制限） することで、 EGR 率を 「0」 に制御しつつ N〇x発生量と前記 PM発生量の配分を狙いとする配分 に維持することができる。 この結果、 内燃機関が過渡運転状態にある場合、 より 一層、 ェミッション発生量を総合的、 且つ効果的に低減するための NO X発生量 と PM発生量との良好なバランスを維持することができる。 単 な 説 図 1は、 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を 4気筒内燃機関 （ディー ゼル機関） に適用したシステム全体の概略構成図である。
図 2は、 図 1に示した内燃機関の吸排気系の作動の概要を説明するためのシリン ダ周辺の概略断面図である。
図 3は、 図 1に示した制御装置が使用する NO X発生量推定モデルによる吸気酸 素モル濃度と NOx発生量との関係を示したグラフである。
図 4は、 図 1に示した制御装置が使用する PM発生量推定モデルによる空気過剰 率と PM発生量との関係を示したグラフである。
図 5は、 図 1に示した制御装置が使用する、 NOx発生量推定モデルと PM発生 量推定モデルとを利用して取得された NO X発生量と PM発生量との関係 （トレ ードオフライン） を示したグラフである。
図 6は、 図 1に示した制御装置による E GR率目標値の決定方法を説明するため の図である。
図 7は、 図 1に示した制御装置が EG R率目標値を決定するために使用する配分 決定ラインの傾きの決定方法を説明するための図である。
図 8は、 EGR率目標値が負となる場合の対処方法を説明するための図である。 図 9は、 図 1に示した C PUが実行する E GR率取得値を取得するためのルーチ ンを示したフロ一チャートである。
図 1 0は、 図 1に示した CPUが実行する EGR率、 及び燃料噴射形態の制御を 行うためのルーチンの前半部を示したフローチャートである。
図 1 1は、 図 1に示した CPUが実行する EGR率、 及び燃料噴射形態の制御を 行うためのルーチンの後半部を示したフローチヤ一トである。
図 1 2は、 図 1に示した CPUが図 1 0に示したルーチンを実行する際に参照す る要求燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
図 1 3は、 図 1に示した CPUが図 1 1に示したルーチンを実行する際に参照す る燃料噴射時期を決定するためのテーブルである。
図 14は、 図 1に示した CPUが図 1 1に示したルーチンを実行する際に参照す る燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。
図 1 5は、 EGR率目標値を決定するために使用される配分決定ラインの傾きの
9 決定方法の他の例を説明するための図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態に係る内燃機関 （ディーゼル機関） の制御装置につい て図面を参照しつつ説明する。
図 1は、 本発明による内燃機関の制御装置を 4気筒内燃機関 （ディーゼル機関 ) 1 0に適用したシステム全体の概略構成を示している。 このシステムは、 燃料 供給系統を含むエンジン本体 2 0、 エンジン本体 2 0の各気筒の燃焼室 （筒内） にガスを導入するための吸気系統 3 0、 エンジン本体 2 0からの排ガスを放出す るための排気系統 4 0、 排気還流を行うための E G R装置 5 0、 及び電気制御装 置 6 0を含んでいる。
エンジン本体 2 0の各気筒の上部には燃料噴射弁 （噴射弁、 インジェクタ） 2 1が配設されている。 各燃料噴射弁 2 1は、 図示しない燃料タンクと接続された 燃料噴射用ポンプ 2 2に燃料配管 2 3を介して接続されている。 燃料噴射用ボン プ 2 2は、 電気制御装置 6 0と電気的に接続されていて、 同電気制御装置 6 0か らの駆動信号 （後述する指令燃料噴射圧力 Pcr f inに応じた指令信号） により燃料 の実際の噴射圧力 （吐出圧力） Perが指令燃料噴射圧力 Pcr f i nになるように同燃 料を昇圧するようになつている。
これにより、 燃料噴射弁 2 1には、 燃料噴射用ポンプ 2 2から前記指令燃料噴 射圧力 Pcr f inまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。 また、 燃料噴 射弁 2 1は、 電気制御装置 6 0と電気的に接続されていて、 同電気制御装置 6 0 からの駆動信号 （指令燃料噴射量 qf i nに応じた指令信号） により所定時間だけ開 弁し、 これにより各気筒の燃焼室内に前記指令燃料噴射圧力 Pcr f inにまで昇圧さ れた燃料を前記指令燃料噴射量 qf inだけ直接噴射するようになっている。
吸気系統 3 0は、 エンジン本体 2 0の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸 気マ二ホールド 3 1、 吸気マ二ホールド 3 1の上流側集合部に接続され同吸気マ ニホ一ルド 3 1とともに吸気通路を構成する吸気管 3 2、 吸気管 3 2内に回動可 能に保持されたスロットル弁 3 3、 電気制御装置 6 0からの駆動信号に応答して スロットル弁 3 3を回転駆動するスロットル弁ァクチユエ一夕 3 3 a、 スロット 2005/017219 ル弁 3 3の上流において吸気管 32に順に介装されたインタクーラ一 34と過給 機 35のコンプレッサ 3 5 a、 及び吸気管 32の先端部に配設されたエアクリー ナ 36とを含んでいる。
排気系統 40は、 エンジン本体 20の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホ —ルド 41、 排気マ二ホールド 41の下流側集合部に接続された排気管 42、 排 気管 42に配設された過給機 3 5の夕一ビン 35 b、 及び排気管 42に介装され たディーゼルパティキユレ一トフィルタ （以下、 「DPNR」 と称呼する。 ） 4 3を含んでいる。 排気マ二ホールド 41及び排気管 42は排気通路を構成してい る。
DPNR43は、 コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ 43 a を備え、 通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィル 夕である。 DPNR43は、 担体としてのアルミナに、 カリウム ， ナトリウム N a, リチウム L i， セシウム C sのようなアル力リ金属、 バリウム B a， カル シゥム C aのようなアルカリ土類金属、 及びランタン L a、 イットリウム Yのよ うな希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、 NOxを吸 収した後に同吸収した NO Xを放出して還元する吸蔵還元型 NO X触媒としても 機能するようになっている。
EGR装置 50は、 排気ガスを還流させる通路 （EGR通路） を構成する排気 還流管 51と、 排気還流管 5 1に介装された EGR制御弁 52と、 EGRクーラ 一 53とを備えている。 排気還流管 5 1はタービン 3 5 bの上流側排気通路 （排 気マ二ホールド 41) とスロットル弁 33の下流側吸気通路 （吸気マ二ホールド 3 1) を連通している。 EGR制御弁 52は電気制御装置 60からの駆動信号に 応答し、 再循環される排気ガス量 （排気還流量、 EGRガス流量） を変更し得る ようになつている。
電気制御装置 60は、 互いにバスで接続された C PU 6 1、 CPU6 1が実行 するプログラム、 テーブル （ルックアップテーブル、 マップ） 、 及び定数等を予 め記憶した R〇M62、 CPU 6 1が必要に応じてデ一タを一時的に格納する R AM63、 電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータ を電源が遮断されている間も保持するバックアップ R A M 64、 並びに A Dコン バー夕を含むインターフエ一ス 6 5等からなるマイクロコンピュータである。 インターフェース 6 5は、 空気流量 （新気流量） 計測手段であって吸気管 3 2 に配置された熱線式ェアフロ一メータ 7 1、 スロットル弁 3 3の下流であって排 気還流管 5 1が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ 7 2、 スロットル弁 3 3の下流であって排気還流管 5 1が接続された部位よりも 下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ 7 3、 クランクポジションセンサ 7 4、 アクセル開度センサ 7 5、 及び燃料噴射用ポンプ 2 2の吐出口の近傍の燃 料配管 2 3に配設された燃料圧力センサ 7 6、 と接続されていて、 これらのセン サからの信号を C P U 6 1に供給するようになっている。 以上の各センサは運転 状態取得手段に相当する。
また、 インターフェース 6 5は、 燃料噴射弁 2 1、 燃料噴射用ポンプ 2 2、 ス 口ットル弁ァクチユエ一夕 3 3 a、 及び E G R制御弁 5 2と接続されていて、 C P U 6 1の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
熱線式ェアフロ一メータ 7 1は、 吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量 （ 単位時間当りの吸入空気量、 単位時間あたりの新気量） を計測し、 同質量流量 Ga
(空気流量 Ga) を表す信号を発生するようになっている。 吸気温センサ 7 2は、 エンジン 1 0のシリンダ （即ち、 燃焼室、 筒内） に吸入されるガスの温度 （即ち 、 吸気温度） を検出し、 同吸気温度 Tbを表す信号を発生するようになっている。 吸気管圧力センサ 7 3は、 エンジン 1 0のシリンダに吸入されるガスの圧力 （即 ち、 吸気管圧力） を検出し、 同吸気管圧力 Pbを表す信号を発生するようになって いる。
クランクポジションセンサ 7 4は、 各気筒の絶対クランク角度を検出し、 クラ ンク角度 CAを表すとともにエンジン 1 0の回転速度であるエンジン回転速度 NEを も表す信号を発生するようになっている。 アクセル開度センサ 7 5は、 アクセル ペダル A Pの操作量を検出し、 アクセル操作量 Accpを表す信号を発生するように なっている。 燃料圧力センサ 7 6は、 燃料配管 2 3を通過する燃料の圧力を検出 し、 噴射圧力 Perを表す信号を発生するようになっている。
(吸排気系の作動の概要）
次に、 上記のように構成された内燃機関の制御装置 （以下、 「本装置」 と称呼 05017219 する。 ） の吸排気系の作動の概要について説明する。 図 2は、 或る一つの気筒の シリンダ内（筒内）に吸気マ二ホールド 3 1からガスが吸入され、 筒内に吸入され たガスが排気マ二ホールド 41へ排出される様子を模式的に示した図である。 図 2に示したように、 筒内に吸入されるガス （筒内ガス） には、 吸気管 32の 先端部からスロットル弁 33を介して吸入された新気と、 排気還流管 5 1から E GR制御弁 52を介して吸入された EGRガスが含まれる。 吸入される新気量 （ 質量） Gnと吸入される EGRガス量 （質量） Gegrの和である筒内吸入ガス量 Gcyl に対する EGRガス量 Gegrの割合 （即ち、 E G R率 Regr = Gegr/Gcyl) は、 運転 状態に応じて電気制御装置 60 (CPU 6 1) により後述するように制御される スロットル弁 33の開度、 及び EG R制御弁 52の開度に応じて変化する。
かかる新気、 及び EGRガスは、 吸気行程において開弁している吸気弁 Vinを 介してピストンの下降に伴って筒内に吸入されて筒内ガスとなる。 筒内ガスは、 ピストンが下死点に達した時点 （以下、 「ATDC-180° 」 と称呼する。 ） で吸気弁 Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、 その後の圧縮行程においてピストン の上昇に伴って圧縮される。
そして、 ピストンが上死点近傍に達つすると （具体的には、 後述する指令燃料 噴射時期 nnjfinが到来すると） 、 本装置は、 前記指令燃料噴射量 qfinに応じた 所定時間だけ燃料噴射弁 2 1を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。 この 結果、 噴射された燃料は、 時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混 合気となって筒内において円錐状に拡散していき、 所定のタイミングで自己着火 が発生することに起因して燃焼 （拡散燃焼） する。
そして、 燃焼後に燃焼室内に存在するガスは、 排ガスとなって、 排気行程にお いて開弁している排気弁 Voutから排気通路を介してピストンの上昇に伴って排気 マ二ホールド 41へ排出され、 係る排ガスは、 排気管 42を介して外部へと排出 されていく。
(本装置による EG R制御の概要）
次に、 本装置による EGR制御 （具体的には、 EGR率 Regrの制御） の概要に ついて説明する。 先に述べたように、 ディーゼル機関における NO X発生量と P M発生量 （即ち、 ェミッション発生量） は、 EGR率 Regrに大きく依存し、 NO x発生量と PM発生量の配分は EGR率 Regrにより決定され得る。
即ち、 E G R率 Regrが大きいと N O x発生量が小さくなるとともに P M発生量 が大きくなり、 一方、 EGR率 Regrが小さいと NOx発生量が大きくなるととも に PM発生量が小さくなる。 このように、 N〇x発生量と PM発生量の間には、 一方が小さくなると他方が大きくなるというトレードオフが存在する。
また、 NOxも PMも有害物質である。 従って、 ェミッション発生量を総合的 、 且つ効果的に低減するためには、 NOx発生量と PM発生量の狙いとする配分 を設定し、 NOx発生量と PM発生量の実際の配分が同狙いとする配分と一致す るように E GR率 Regrを制御することが好ましい。
ここで、 NOx発生量と PM発生量の実際の配分を上記狙いとする配分に正確 に一致させるためには、 NOx発生量と PM発生量との正確な関係を取得する必 要がある。 以下、 先ず、 NO X発生量と PM発生量との正確な関係を表す式を取 得する方法について説明する。
く NOx発生量と PM発生量との関係〉
N〇x発生量は、 筒内ガスの酸素濃度に強い相関がある。 種々の実験によれば 、 NO X発生量 noxと吸気酸素モル濃度 R02inとの関係は、 下記（1)式にて表すこ とができる。 下記（1)式において、 N〇x発生量noxは、 単位噴射燃料量、 且つ一 燃焼サイクルあたりの NOx発生量であり、 吸気酸素モル濃度 R02inは、 筒内ガ スの全モル数に対する同筒内ガス中の酸素のモル数の比である。 また、 値 a、 値 b は定数である。 下記（1)式は、 「吸気酸素濃度に基づいて NOx発生量を算出す る NO X発生量推定モデル」 に相当する。 nox=a-R02in + b ""(1) また、 PM発生量は、 筒内ガスの空気過剰率に強い相関がある。 種々の実験に よれば、 PM発生量 pmと筒内ガスの空気過剰率 λとの関係は、 下記（2)式にて表 すことができる。 下記（2)式において、 pmは単位噴射燃料量、 且つ一燃焼サイク ルあたりの PM発生量である。 また、 空気過剰率 λは、 下記（3)式にて表される 値である。 また、 値 値 dは定数である。 下記（2)式は、 「空気過剰率に基づい て PM発生量を算出する PM発生量推定モデル」 に相当する。 19
Figure imgf000017_0001
] Gn Gcyl-(l-Regr) フ D 、 、
λ = = = Ζ·(1 -Regr) -"(3)
Q-AFth Q-AFth
上記（3)式において、 Gnは一吸気行程において筒内に吸入された新気量であり
、 Qは燃料噴射量 （要求燃料噴射量） である。 Gcylは一吸気行程において筒内に 吸入された筒内吸入ガス量 （全筒内ガス量） であり、 値 Zは 「Gcyl/(Q · AFth)」 であり、 AFthは理論空燃比である。 Regrは下記（4)式にて表される EGR率であ る。 下記（4)式において、 Gegrは一吸気行程において筒内に吸入された E GRガ ス量である。
Gegr Gcyl - Gn
Regr =― ~ - = ~ - ~； ~ -"(4)
Gcyl Gcyl
また、 吸気酸素モル濃度 R02inは、 空気中の酸素のモル濃度である空気酸素モ ル濃度 R02air (定数） を使用すれば、 下記（5)式にて近似できることが知られて いる。
Figure imgf000017_0002
ここで、 上記（1)式、 （3)式、 及び（5)式から、 吸気酸素モル濃度 R02inと、 空気 過剰率 λとを消去すると、 下記（6)式を得ることができる。 この（6)式は、 EGR 率 Regrと NO X発生量 ηοχとの関係を表す式である。 （6)式から理解できるように 、 E GR率 Regrが増加すると NO X発生量は減少する。 ここで、 （6)式の右辺は 、 変数 nox, Zを引数として E GR率 Regrを求める関数となっている。 以下、 （6) 式の右辺を 「funcRegr (nox, Z)」 と表すこともある。
_ R02air，a + D— nox
Regr =
02air-a D . . …
+ R02air■ a + b - nox 一方、 上記（2)式、 及び（3)式から、 空気過剰率 λを消去すると、 下記（7)式を 得ることができる。 この（7)式は、 EGR率 Regrと ΡΜ発生量 pmとの関係を表す 式である。 （7)式から理解できるように、 E GR率 Regrが増加すると PM発生量 は増加する。
Figure imgf000018_0001
そして、 上記（6)式と上記（7)式とから EGR率 Regrを消去すると、 下記（8)式 が得られる。
1 ， R02air-a
d +
c R02air'a __ . ,
+ R02air■ a + b— nox
V し 1
上記（8)式は、 E GR率 Regrをパラメ一夕とする NO x発生量 noxと PM発生量 pmとの関係を表す式である。 係る関係は、 図 5に示した曲線 （以下、 「トレ一ド オフライン」 と称呼する。 ） にて表される。 ここで、 値 noxegrOは、 「EGR率 Regr=0」 に対応する NOx発生量 noxであって、 上記（6)式にて 「EGR率 Regr = 0」 と置くことで得られる定数である （noxegrO = R02air · a + b) 。
このトレ一ドオフラインは、 上記（8)式から理解できるように、 値 Z (= Gcyl/(Q - AFth)) に依存して決定され、 値 Zが小さいほど図 5に示した座標系上 において上方向に移動する。 ここで、 筒内吸入ガス量 Gcyl、 及び要求燃料噴射量 Q (従って、 値 Z) は、 定常運転状態では一定に維持される一方、 過渡運転状態に おいては時々刻々と変化し得る。
従って、 このトレードオフラインは、 定常運転状態では一定となる一方、 過渡 運転状態では時々刻々と変化する。 このように、 トレードオフラインは、 定常運 転状態のみならず過渡運転状態においても、 N〇 X発生量 noxの瞬時値と PM発 生量 pmの瞬時値との正確な関係を表す曲線となる。 換言すれば、 NO X発生量 noxと PM発生量 pmの組み合わせに対応する点は、 定常運転状態のみならず過渡 運転状態においても常に、 このトレードォフライン上に存在する。
以上、 上記（8)式は、 筒内吸入ガス量 Gcylと要求燃料噴射量 Qとを利用して、 定 常運転状態のみならず過渡運転状態においても NO X発生量と PM発生量との正 確な関係を表す式となる。 上記（8)式に基づいて NO X発生量と PM発生量との 関係を取得する手段が関係取得手段に相当する。 なお、 （8)式の右辺は、 変数 Z， ηοχを引数として PM発生量 pmを求める関数となっている。 以下、 （8)式の右辺を rfuncpml (Z,nox)j と表すこともある。
く NO X発生量と PM発生量の配分の決定方法〉
次に、 N Ox発生量と PM発生量の狙いとする配分の決定方法について説明す る。 上述したように、 NO X発生量 noxと PM発生量 ρπιの組み合わせに対応する 点は、 常にトレードオフライン上に存在する。 従って、 NOx発生量 noxと PM 発生量 pmの配分は、 トレードォフライン上におけるいずれの点をエミッシヨン目 標値 （即ち、 NOx発生量目標値、 及び PM発生量目標値） として使用するかに より決定される。
ここで、 本装置は、 先に説明した NOx発生量定常適合値 noxTA及び PM発生 量定常適合値 pmTAと、 運転状態 （本例では、 要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回 転速度 NE) と、 の関係を規定するテーブル MapnoxTA(Q,NE；)、 MappmTA(Q, NE)を R OM 6 2内に格納している。 この N〇 X発生量定常適合値 noxTA、 及び PM発生 量定常適合値 pmTAとは、 機関が現時点での運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びェ ンジン回転速度 NE) にて定常状態に維持されている場合において NOx発生量と PM発生量とのバランスを考慮した上で最適な組み合わせとなる （NO X発生量 と PM発生量の狙いとする配分となる） 予め適合されている NOx発生量と PM 発生量である。
係るテーブル MapnoxTA(Q,NE)、 MappmTA (Q, NE)は、 機関が或る要求燃料噴射量 Q 及びエンジン回転速度 NEで定常運転状態に維持されている状態において NO X発 生量定常適合値 noxTA、 及び PM発生量定常適合値 pmTAを適合する実験を、 要求 燃料噴射量 Q及びエンジン回転速度 NEを種々変更しながら実行することで取得さ れ得る。 係るテ一ブル MapnoxTA(Q,NE)、 MappmTA(Q， NE)に基づいて N O x発生量 定常適合値 noxTA及び PM発生量定常適合値 pmTAを取得する手段が定常適合値取 得手段に相当する。
以下、 NOx発生量定常適合値 noxTA及び PM発生量定常適合値 pmTAの組み合 わせに対応する点を適合点 Αと呼ぶことにすると、 機関が定常運転状態にある場 合、 図 5に示したように、 現時点での適合点 Aは、 必ず、 トレードオフライン上 に存在する。 即ち、 現時点での適合点 Aそのものをェミッション目標値として使 用して、 E G R率 Regrを現時点での適合点 Aに対応する E G R率 Regr (=RegrA) そのものに一致するように制御すれば、 N O X発生量と P M発生量の配分を上記 実験を通して適合された狙いとする配分に一致させることができる。
一方、 エンジン回転速度 NEが急増する場合など、 機関が過渡運転状態にある場 合、 上述したように、 トレードオフラインは、 時々刻々と変化する値 Z (即ち、 筒内吸入ガス量 Gcyl及び要求燃料噴射量 Q) に依存して時々刻々と変化する。 こ の結果、 現時点での適合点 Aはトレードォフライン上に存在しなくなる。
図 6は、 機関が過渡運転状態にあって、 現時点での値 Zが、 現時点での適合点 Aに対応する N O X発生量定常適合値 noxTA及び P M発生量定常適合値 pmTAを適 合した実験を行った時点での値よりも小さい値となっている場合における、 現時 点での適合点 Aとトレードオフラインとの関係の一例を示している。
図 6に示した例では、 E G R率 Regrを現時点での適合点 Aに対応する E G R率 Regr (二 RegrA)そのものに一致するように制御すると、 点 A ' をェミッション目 標値として使用することになり、 この結果、 N〇x発生量と P M発生量の配分が 点 A ' に対応する配分に一致するように制御されてしまう。 この結果、 N〇x発 生量と P M発生量の配分を上記実験を通して適合された狙いとする配分に一致さ せることができない。
即ち、 機関が過渡運転状態にある場合、 現時点での適合点 Aがトレードオフラ ィン上に存在しなくなることから、 トレードォフライン上におけるいずれの点を ェミッション目標値 （即ち、 N〇x発生量目標値、 及び P M発生量目標値） とし て使用すべきかが問題となる。
そこで、 本装置は、 図 6に示したように、 現時点での適合点 Aを通り、 傾き の直線 （以下、 「配分決定ライン」 と称呼する。 ） を導入し、 配分決定ラインと トレードオフラインとの交点 （以下、 「目標点 B」 と称呼する。 ） をエミッショ ン目標値として使用する。
以下、 図 7を参照しながら、 上記傾き Kの設定方法について説明する。 図 7に 示した微細なドットで示された領域は、 燃料の消費量ゃ排ガス量の測定用に法律 により定められている走行モード （例えば、 「1 0 · 1 5モード」 ） で機関を搭 載した車両が走行した場合に発生する総 N〇 X発生量及び総 P M発生量の法律に より許容される範囲を示している。 即ち、 規制点 Rは、 総 N〇x発生量の許容上 限値及び総 P M発生量の許容上限値の組み合わせに対応する点 （固定点） である また、 機関が現時点での運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) にて定常状態に維持されたまま、 上記走行モードで車両が走行する延べ時間 と同一の時間に亘つて運転された場合に発生する予め計測されている総 N O X発 生量、 及び総 P M発生量の組み合わせ （個別計測値） に対応する点を現時点での 計測点 Cと呼ぶことにする。 即ち、 計測点 Cは、 機関の運転状態 （要求燃料噴射 量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) に応じて移動する。
図 7に示したように、 現時点での傾き Kは、 現時点での計測点 Cと規制点 と を通る直線の傾きに決定される。 即ち、 例えば、 現時点での計測点 Cが計測点 C 1となる場合は傾き K = K 1となり、 現時点での計測点 Cが計測点 C 2となる場 合は傾き Κ = Κ 2となり、 現時点での計測点 Cが計測点 C 3となる場合は傾き Κ = Κ 3となる。
ここで、 例えば、 現時点での計測点 Cが計測点 C 1となる場合を考える。 この 場合、 計測点 C 1に対応する Ρ Μ発生量は許容上限値に近い値であり、 計測点 C 1に対応する N O X発生量は許容上限値より十分に小さい値となっている。 即ち 、 P Mについての 「現時点での余裕度」 が、 N Oめについての 「現時点での余裕 度」 よりも小さい。 このような場合、 傾き Kは小さめの値 （= K 1 ) となる。 こ の結果、 図 6から理解できるように、 目標点 Βに対応する Ν Ο χ発生量と Ρ Μ発 生量の狙いとする配分は、 「現時点での余裕度」 が小さい Ρ Μ発生量がより抑制 されるように決定される。
一方、 現時点での計測点 Cが計測点 C 3となる場合を考える。 この場合、 計測 点 C 3に対応する N O X発生量は許容上限値に近い値であり、 計測点 C 3に対応 する P M発生量は許容上限値より十分に小さい値となっている。 即ち、 N〇xに ついての 「現時点での余裕度」 が、 P Mについての 「現時点での余裕度」 よりも 小さい。 このような場合、 傾き Kは大きめの値 （ = K 3 ) となる。 この結果、 図 6から理解できるように、 目標点 Βに対応する N O X発生量と Ρ Μ発生量の狙い とする配分は、 「現時点での余裕度」 が小さい NOx発生量がより抑制されるよ うに決定される。
即ち、 このように、 現時点での計測点 Cと規制点 Rとを通る直線の傾きを現時 点での傾き Kとして使用すれば、 NOxと PMのうち 「現時点での余裕度」 が小 さい方の発生量がより抑制されるように NO X発生量と PM発生量の狙いとする 配分が決定されていく。 これにより、 N〇x発生量、 及び PM発生量が共に許容 上限値をなるベく超えないように NO X発生量と PM発生量の狙いとする配分が 逐次決定されていく。
く E GR率の目標値 Regrtの具体的な決定方法〉
次に、 EGR率の目標値 Regrtの具体的な決定方法について説明する。 上述し たように、 機関の運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) に応 じて移動する上記計測点 Cは、 予め計測されている総 N〇x発生量、 及び総 PM 発生量の組み合わせに対応する点であり、 また、 規制点 Rは既知である。 従って 、 機関の運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) と傾き Kとの 関係は予め取得することができる。
本装置は、 傾き Kと、 運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE ) との関係を規定するテーブル MapK (Q，NE)を ROM 6 2内に格納している。 従 つて、 現時点での傾き Kはテーブル MapK (Q, NE)を検索することで取得できる。 また、 現時点での適合点 Aに対応する現時点での定常適合値 noxTA, pmTAは、 上 述したテーブル MapnoxTA(Q，NE)、 MappmTA(Q, NE)を検索することで取得できる。 従って、 配分決定ラインを下記（9)式にて表すことにすると、 下記（9)式におけ る値 e (図 6を参照） は、 現時点での傾き K、 及び現時点での定常適合値 noxTA，pmTAを利用して下記（10)式にて求めることができる。 なお、 （9)式の右辺 は、 変数 K， e, noxを引数として PM発生量 pmを求める関数となっている。 以下 、 （9)式の右辺を 「funcpm2(K，e,nox)」 と表すこともある。 上記（9)式に基づい て NO X発生量と PM発生量の配分を決定する手段が配分決定手段に相当する。 また、 （10)式の右辺は、 変数 K, noxTA, pmTAを引数として値 eを求める関数とな つている。 以下、 （10)式の右辺を 「funce(K，noxTA,pmTA)」 と表すこともある。 pm = K-nox + e ■(9) e=pmTA-K-noxTA ·'·(10) ここで、 上記（8)式と、 上記（9)式とを連立させて ΡΜ発生量 pmを消去すること により求められる NO X発生量 noxは、 図 6に示す目標点 Bに対応する NO X発 生量目標値 nox tとなる。 NO X発生量目標値 nox tは下記（11)式にて表すことがで きる。 なお、 （11)式の右辺は、 変数 ， e, Zを引数として NOx発生量目標値 noxtを求める関数となっている。 以下、 （11)式の右辺を 「funcnoxt(K，e，Z)」 と 表すこともある。
Figure imgf000023_0001
このようにして、 目標点 Bに対応する NOx発生量目標値 noxtが求まれば、 上 記（6)式における noxを noxtと置くことにより、 図 6に示す E G R率目標値 Regrt を求めることができる （Regrt = funcRegr(noxt，Z)) 。 このようにして、 E GR 率目標値 Regrtを決定する手段が EG R率目標値決定手段に相当する。
以上、 本装置は、 上述のようにして EGR率目標値 Regrtを逐次求め、 現時点 での E G R率取得値 Regractが現時点での E G R率目標値 Regr Uこ一致するように E GR率 Regrを制御する （具体的には、 スロットル弁 3 3の開度、 及び EGR制 御弁 5 2の開度を制御する） 。 これにより、 機関が定常運転状態にあっても過渡 運転状態にあっても、 NOx発生量と PM発生量の配分が図 6に示す目標点 B ( 定常運転状態では、 目標点 Bは適合点 Aに一致する。 ) に対応する狙いとする配 分に一致するように、 NOx発生量と PM発生量が逐次制御されていく。
く E G R率目標値 Regr tが負となる場合の対処〉
EGR率 Regrは、 実際には、 「0」 以上 「1」 以下の値となる。 しかしながら 、 例えば、 機関が過度の過渡運転状態にあることで上記値 Zが小さめの値となつ ていて、 且つ傾き Kが小さめの値に設定されている場合、 図 8に示すように、 目 標点 Bに対応する E G R率目標値 Regr tが負の値になる場合が発生し得る。
このような場合、 本装置は、 E GR率目標値 Regrtを実現可能な値である 「0 」 に再設定する。 しかしながら、 この場合、 E GR率目標値 Regrtを 「0」 に設 定することで EGR率取得値 Regractを 「0」 になるように制御すると、 NOx 発生量と P M発生量の配分が図 8に示す点 Dに対応する配分に一致するように制 御されてしまう。 この結果、 NOx発生量と PM発生量の配分を上記配分決定ラ インに基づく配分に一致させることができない。
ここで、 E GR率取得値 Regractを 「0」 になるように制御しつつ、 N〇x発 生量と PM発生量の配分を上記配分決定ラインに基づく配分に一致させるために は、 トレ一ドオフラインが目標点 B ' を通るように上記値 Zを調整し、 目標点 B ' をェミッション目標値として使用すればよい。
このような値 Z(=ZegrO)は、 目標点 B ' に対応する N〇 x発生量 nox( = noxegrO (定数））と、 P M発生量 pm(=pmegrO)とを、 トレ一ドオフラインを表す上 記（8)式における nox、 及び pmにそれぞれ代入することで求めることができる。 即 ち、 値 ZegrOは、 pmegrO=funcpml(Z，noxegrO)を成立させるための値 Zである。 な お、 値 pmegrOは、 上記（9)式における noxを noxegrOと置くこと.により求めること ができる (pmegrO= funcpm2 (K, e,noxegrO)) 。
そして、 値 Z ( = Gcyl/(Q - AFth)) を上記値 ZegrOに調整するためには、 要求燃 料噴射量 Qを下記（12)式にて表される燃料噴射量制限値 Qlimitに調整 （制限） す ればよい。
Qlimii = Gcyl/(ZegrO - AFth) - - - (12) なお、 要求燃料噴射量 Qを上記燃料噴射量制限値 Qlimitに制限することは、 図 8において、 トレードオフラインを 2点鎖線で示した曲線 （即ち、 目標点 B ' を 通るようにトレードオフラインを下方向へ移動させた曲線） に移動させることと 等価である。 このようにして燃料噴射量制限値 Ql imi tを取得する手段が燃料噴射 量制限値取得手段に相当する。
以上のことから、 本装置は、 E GR率目標値 Regrtが負の値となる場合、 EG R率目標値 Regrtを 「0」 に再設定するとともに、 要求燃料噴射量 Q (実際には、 後述する指令燃料噴射量 qfin) を燃料噴射量制限値 QlimiUこ制限する。 これによ り、 E GR率取得値 Regractを 「0」 になるように制御しつつ、 NOx発生量と PM発生量の配分を上記配分決定ラインに基づく配分に一致させることができる 。 以上が、 本装置による EGR制御の概要である。
(実際の作動）
次に、 上記のように構成された内燃機関の制御装置の実際の作動について説明 する。 C P U 6 1は、 図 9にフロ一チャートにより示した E G R率取得値 Regractを取得するためのルーチンを所定時間 （例えば、 8msec) の経過毎に繰り 返し実行するようになっている。 従って、 所定のタイミングになると、 CPU 6
1はステップ 9 0 0から処理を開始し、 ステップ 9 0 5に進んで、 現時点が或る 気筒の吸気行程終了時点と一致しているか （ATDC- 180° になっているか） 否かを 判定し、 「N o」 と判定する場合にはステップ 9 9 5に直ちに進んで本ルーチン を一旦終了する。
一方、 「Y e s」 と判定する場合、 C PU, 6 1はステップ 9 1 0に進んで吸気 温センサ 7 2により得られる吸気温度 Tbを下死点時筒内ガス温度 TaOとして取得 するとともに、 続くステップ 9 1 5にて吸気管圧力センサ 7 3により得られる吸 気管圧力 Pbを下死点時筒内ガス圧力 PaOとして取得する。
次いで、 C PU 6 1はステップ 9 2 0に進んで、 気体の状態方程式に基づく下 記（13)式に従って筒内吸入ガス量 Gcylを求める。 下記（13)式において、 VaOは ATDC-1800 における下死点時燃焼室内容積である。 燃焼室内容積は、 機関 1 0の 設計諸元に基づいてクランク角度の関数として表すことができるから、 この関数 に基づいて下死点時燃焼室内容積 VaOを求めることができる。 下記（13)式は、 ATDC-180° において筒内ガス温度、 及び筒内ガス圧力は吸気温度 Tb、 及び吸気管 圧力 Pbにそれぞれ略等しいとの仮定のもとで成立する式である。 下記（13)式に従 つて筒内吸入ガス量 Gcylを求める手段が筒内吸入ガス量算出手段に相当する。 Gcyl=PaO - VaO/(R - TaO) ··· (13) 続いて、 C PU 6 1はステップ 9 2 5に進み、 エアフローメータ 7 1により得 られる現時点での単位時間あたりの新気量 Gaと、 クランクポジションセンサ 74 により得られる現時点でのエンジン回転速度 NEと、 Ga、 NEを引数とする一吸気行 程において筒内に吸入された新気量 Gnを求める関数 funcGnと、 に基づいて、 一吸 気行程において筒内に吸入された新気量 Gnを求める。
そして、 C PU 6 1はステップ 9 3 0に進み、 上記求めた筒内吸入ガス量 Gcyl と、 上記求めた一吸気行程において筒内に吸入された新気量 Gnと、 上記（4)式に 相当するステップ 9 3 0内に記載の式と、 に従って現時点での EGR率取得値 Regractを求めた後、 ステップ 9 9 5に進んで本ルーチンを一旦終了する。 この ようにして、 E GR率取得値 Regractは、 或る気筒の吸気行程終了時点が到来す る毎に更新されていく。 このステップ 9 3 0は、 EGR率取得値取得手段に相当 する。
また、 C PU 6 1は、 図 1 0、 及び図 1 1に一連のフロ一チャートにより示し た EGR率、 及び燃料噴射形態の制御を行うためのルーチンを所定時間 （例えば 、 8msec) の経過毎に繰り返し実行するようになっている。 従って、 所定のタイ ミングになると、 C PU6 1はステップ 1 0 0 0から処理を開始し、 ステップ 1 0 0 2に進んで、 アクセル操作量 Accp、 エンジン回転速度 NE、 及び図 1 2に示し たテ一ブル MapQから現時点での要求燃料噴射量 Qを求める。 テーブル MapQは、 ァ クセル開度 Accp及びエンジン回転速度 NEと要求燃料噴射量 Qとの関係を規定する テ一ブルであり、 R OM 6 2内に格納されている。 このようにして、 テーブル MapQを利用して要求燃料噴射量 Qを決定する手段が要求燃料噴射量決定手段に相 当する。
次に、 C PU 6 1はステップ 1 0 04に進んで、 上記求めた要求燃料噴射量 Q 、 エンジン回転速度 NE、 及び上述した R OM 6 2内に格納されているテ一ブル MapnoxTAから現時点での NO X発生量定常適合値 noxTAを求める。
続いて、 C P U 6 1はステップ 1 0 0 6に進み、 上記求めた要求燃料噴射量 Q 、 エンジン回転速度 NE、 及び上述した R〇M 6 2内に格納されているテーブル MappmTAから現時点での P M発生量定常適合値 pmTAを求める。
次いで、 C PU 6 1はステップ 1 008に進んで、 上記求めた要求燃料噴射量 Q、 エンジン回転速度 NE、 及び上述した ROM 6 2内に格納されているテーブル MapKから現時点での傾き Kを求める。
次に、 C PU 6 1はステップ 10 1 0に進み、 上記求めた傾き K：、 上記求めた NOx発生量定常適合値 noxTA、 上記求めた P M発生量定常適合値 pmTA、 及び上 記（10)式から値 eを求め、 続くステップ 1 0 1 2にて、 先のステップ 9 2 5にて 算出されている筒内吸入ガス量 Gcyし 上記求めた要求燃料噴射量 Q、 及びステツ プ 1 0 1 2内に記載の上記値 Zの定義式から現時点での値 Zを求める。
次いで、 C P U 6 1はステップ 1 0 14に進んで、 上記求めた傾き K、 上記求 めた値 e、 上記求めた値 Z、 及び上記（11)式から NOx発生量目標値 noxtを求め、 続くステップ 1 0 1 6にて、 上記求めた NO X発生量目標値 noxt、 上記求めた値 I、 上記（6)式から E GR率目標値 Regrtを求める。
続いて、 C PU 6 1はステップ 1 0 1 8に進み、 上記求めた EG R率目標値 Regrtの値が負であるか否かを判定する。 ここで、 上記求めた EGR率目標値 Regrtの値が 「 0」 以上であれば、 C PU 6 1はステップ 1 0 1 8にて 「N o」 と判定してステップ 1 020に進み、 フラグ L I M I Tの値を 「0」 に設定した 後、 図 1 1のステップ 1 032に進む。
ここで、 フラグ L I M I Tは、 その値が 「0」 のとき上記求めた E GR率目標 値 Regrtの値が 「0」 以上であることを示し、 その値が 「1」 のとき上記求めた E GR率目標値 Regrtの値が負であることを示す。
一方、 上記求めた E GR率目標値 Regrtの値が負であれば、 CPU6 1はステ ップ 1 0 1 8にて 「Y e s」 と判定してステツプ 1 022に進み、 フラグ I M I Tの値を 「 1」 に設定するとともに、 続くステップ 1 024にて EGR率目標 値 Regrtの値を 「0」 に再設定する。
続いて、 C PU 6 1はステップ 1 02'6に進み、 上記求めた傾き K、 上記求め た値 e、 上記値 noxegrO、 及び上記（9)式から上記値 pmegrOを求め、 続くステップ 1 028にて上記求めた値 pmegrO、 上記値 noxegrO、 上記（8)式から上記値 ZegrO を求め、 続くステップ 1 030にて、 上記求めた筒内吸入ガス量 Gcyl、 上記求め た値 ZegrO、 上記（12)式から燃料噴射量制限値 Qlimitを求めた後、 図 1 1のステ ップ 1032に進む。
C PU 6 1はステップ 1 03 2に進むと、 上記求めた E GR率目標値 Regrtか ら先のステップ 9 3 0にて算出されている EGR率取得値 Regractを減じること で EGR率偏差 ARegrを求め、 続くステップ 1 0 34にて、 上記求めた EGR率 偏差 ARegrに応じて、 E GR率取得値 Regractが E GR率目標値 Regrtに一致する ように、 スロットル弁ァクチユエ一夕 3 3 a、 及び E GR制御弁 52に対して駆 動指示を行う。
これにより、 E GR率取得値 Regractが E GR率目標値 Regrtに一致するように 逐次制御され、 従って、 N〇x発生量と PM発生量の配分が上記配分決定ライン に基づく配分に逐次一致させられる。 このステップ 1 0 34は EGR制御弁制御 手段に相当する。
続いて、 C PU 6 1はステップ 1036に進み、 フラグ L I M I Tの値が 「 1 」 であるか否かを判定し、 「N o」 と判定する場合 （即ち、 E GR率目標値 Regrtが 「0」 に再設定されている場合） 、 ステップ 1 0 38に進んで指令燃料 噴射量 qfinを先のステップ 1 0 30にて算出されている燃料噴射量制限値 Ql imi t の値に設定する。
一方、 CPU 6 1はステップ 1 036の判定において 「Y e s」 と判定する場 合、 ステップ 1 040に進んで指令燃料噴射量 qf inを先のステップ 1 0 02で求 めた要求燃料噴射量 Qの値に設定する。
続いて、 C PU 6 1はステップ 1042に進んで、 上記求めた指令燃料噴射量 qfin、 エンジン回転速度 NE、 及び図 1 3に示したテーブル Mapf inj f inから燃料噴 射時期 finjfinを決定する。 テ一ブル Mapf inj Πηは、 指令燃料噴射量 Qfin及びェ ンジン回転速度 NEと燃料噴射時期 finjfinとの関係を規定するテーブルであり、 ROM 62内に格納されている。
次に、 CPU 6 1はステップ 1 044に進み、 上記求めた指令燃料噴射量 qfin 、 エンジン回転速度 NE、 及び図 14に示したテーブル MapPcrfinから燃料噴射圧 力 Pcrfinを決定する。 テ一ブル MapPcrfinは、 指令燃料噴射量 qfin及びエンジン 回転速度 NEと燃料噴射圧力 Per Πηとの関係を規定するテーブルであり、 ROM 6 2内に格納されている。
そして、 C P U 6 1はステップ 1 0 4 6に進み、 上記求めた燃料噴射時期 finjfinが到来したか否かを判定し、 「No」 と判定する場合、 燃料を噴射する ことなくステップ 1 09 5に進んで本ルーチンを一旦終了する。 一方、 上記求め た燃料噴射時期 finjfinが到来している場合、 C P U 6 1はステップ 1 046に て 「Y e s」 と判定してステツプ 1 0 4 8に進み、 上記求めた燃料噴射時期 finjfinが到来している気筒のィンジェクタ 2 1に対して上記求めた指令燃料噴 射量 qfinだけ燃料を噴射する指示を行った後、 ステップ 1 0 9 5に進んで本ルー チンを一旦終了する。
以上、 説明したように、 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置よれば、 吸気酸素モル濃度 R02inに基づいて NO X発生量を算出する NO X発生量推定モ デル （上記（1)式） と、 空気過剰率 λに基づいて PM発生量を算出する PM発生 量推定モデル（上記（2)式）とから、 要求燃料噴射量 Qと筒内吸入ガス量 Gcylとを利 用した （即ち、 値 Zを利用した） 、 E GR率 Regrをパラメータとする 「N〇x発 生量と PM発生量との関係」 を表す式 （上記（8)式。 図 6のトレードオフライン ) を求める。
また、 現時点での運転状態における NO X発生量及び PM発生量の定常適合値 の組み合わせに対応する点 （図 6の適合点 A) を通り、 ェミッションの規制に係 わる法律に基づく規制値を考慮して決定される傾き Kを有する直線を表す式 （上 記（9)式。 図 6の配分決定ライン） を求める。 そして、 トレードオフラインと配 分決定ラインの交点 （図 6の目標点 B) をェミッション目標値として使用し、 E G R率目標値 Regr tを目標点 Bに対応する E G R率 Regrに設定する。
これにより、 機関が定常運転状態にあっても過渡運転状態にあっても、 NOx 発生量と PM発生量の配分が、 図 6に示す目標点 B (定常運転状態では、 目標点 Bは適合点 Aに一致する。 ） に対応する上記規制値が考慮された狙いとする配分 に一致するように、 NOx発生量と PM発生量が逐次制御されていく。 従って、 エミッシヨン発生量を総合的、 且つ効果的に低減するための NOx発生量と PM 発生量との良好なバランスを維持することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、 本発明の範囲内において種々 の変形例を採用することができる。 例えば、 上記実施形態においては、 機関の運 転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) に応じて移動し得る計測 点 C (個別計測値。 図 7を参照） と規制点 R (図 7を参照。 固定点） とを通る直 線の傾きを傾き Kとして使用するように構成されているが、 図 1 5に示したよう に、 燃料の消費量ゃ排ガス量の測定用に法律により定められている走行モード （ 例えば、 「1 0 · 1 5モード」 ） で機関を搭載した車両が走行した場合に発生す る予め計測されている総 N 0 X発生量及び総 P M発生量の組み合わせ （全体計測 値） に対応する点 （計測点 C total) と、 規制点 R (固定点） とを通る直線の傾 き （一定値） を傾き Kとして使用するように構成してもよい。
これによれば、 傾き Kが一定値となるから、 逐次変動する傾き Kを求めるため の、 傾き Kと、 運転状態 （要求燃料噴射量 Q、 及びエンジン回転速度 NE) との関 係を規定する上記テーブル MapK (Q,NE)が不要となる。 従って、 ROM62のメ モリを節約できるとともに、 テーブル検索に伴う CPU6 1の演算負荷を低減す ることができる。
また、 上記実施形態においては、 図 1 0、 及び図 1 1に示した一連のルーチン の実行間隔時間 （例えば、 8msec) 毎に、 上記 E GR率偏差 ARegrに応じて E G R率取得値 Regractが E GR率目標値 Regrtに一致するように E GR率を制御して いるが （ステップ 1 034を参照） 、 図 9のステップ 930にて E GR率取得値 Regractが更新される毎 （即ち、 或る気筒の吸気行程終了時点が到来する毎） に 上記 E GR率偏差 ARegrに応じて E GR率取得値 Regractが E GR率目標値 Regrt に一致するように E GR率を制御するように構成してもよい。
また、 上記実施形態においては、 E GR率目標値 Regrtが負になった場合、 N Ox発生量と PM発生量の配分を上記配分決定ラインに基づく配分に維持しつつ E GR率目標値 Regrtを 「0」 とするためのトレードオフラインを得るために必 要な燃料噴射量である燃料噴射量制限値 Qlimitを計算し、 指令燃料噴射量 qfinを 燃料噴射量制限値 Qlimitに制限するように構成されているが、 これに加えて、 E GR率目標値 Regrtが負になった場合、 空気過剰率 λを 「1」 とするために必要 な燃料噴射量を第 2燃料噴射量制限値 Qlimit2として取得するとともに、 指令燃 料噴射量 qfinを、 上記燃料噴射量制限値 Qlimitと第 2燃料噴射量制限値 Qlimit2 のうち小さい方の値に制限するように構成してもよい。
この場合、 第 2燃料噴射量制限値 Qlimit2は、 上記（3)式において、 EGR率 Regrを 「0」 と置き、 空気過剰率 λを 「1」 と置くことにより、 下記（14)式に従 つて求めることができる。
Qlimit2 = Gcyl/AFth ··· (14)

Claims

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する EGR通路と、 同 EGR通路に 介装されて同排気通路から同吸気通路へ流れる E G Rガスの流量を制御する E G R制御弁とを備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、 前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記取得された運転状態に基づいて前記機関のシリンダに吸入されるガスの流 量に対する同機関のシリンダに請吸入される EG Rガスの流量の比である E GR率 を E G R率取得値として取得する E G R率取得値取得手段と、
前記取得された運転状態に基づいて同取得された運転状態における NO X発生 量と P M発生量との関係を取得する関係取得手段と、
前記 NO X発生量と前記 PM発生量の配分を決定する配分決定手段と、
囲
前記取得された関係と前記決定された配分とから EGR率の目標値を決定する EGR率目標値決定手段と、
前記 E G R率取得値が前記 EGR率目標値になるように前記 EGR制御弁の開 度を制御する E G R制御弁制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
2. 請求の範囲 1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記関係取得手段は、
前記機関のシリンダに吸入されるガスの酸素濃度である吸気酸素濃度に基づい て前記 NOx発生量を算出する NOx発生量推定モデルと、 前記機関のシリンダ に吸入されるガスの空気過剰率に基づいて前記 PM発生量を算出する PM発生量 推定モデルとを利用して前記 NO Xの発生量と PMの発生量との関係を取得する ように構成された内燃機関の制御装置。
3. 請求の範囲 1又は請求の範囲 2に記載の内燃機関の制御装置であって、 前記取得された運転状態に基づいて噴射すべき燃料量である要求燃料噴射 決定する要求燃料噴射量決定手段と、 前記取得された運転状態に基づいて前記機関のシリンダに吸入されたガス量で ある筒内吸入ガス量を算出する筒内吸入ガス量算出手段とを更に備え、
前記関係取得手段は、
前記決定された要求燃料噴射量と前記算出された筒内吸入ガス量とを利用して 前記 N O Xの発生量と P Mの発生量との関係を取得するように構成された内燃機 関の制御装置。
4 . 請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置に おいて、
前記配分決定手段は、
前記機関が前記取得された運転状態にて定常状態に維持されている場合におい て発生する予め計測されている前記 N〇 X発生量及び前記 P M発生量の組み合わ せと、 前記 N O X発生量の規制値及び前記 P M発生量の規制値に係わる予め定め られた組み合わせと、 の関係である 2つの組み合わせの関係を利用して前記 N O X発生量と前記 P M発生量の配分を決定するように構成された内燃機関の制御装 置。
5 . 請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置に おいて、
前記配分決定手段は、
前記機関が予め定められたパターンで稼働された場合において発生する予め計 測されている前記 N〇 X発生量の総量及び前記 P M発生量の総量の組み合わせと 、 前記 N〇x発生量の規制値及び前記 P M発生量の規制値に係わる予め定められ た組み合わせと、 の関係である 2つの組み合わせの関係を利用して前記 N O X発 生量と前記 P M発生量の配分を決定するように構成された内燃機関の制御装置。
6 . 請求の範囲 4又は請求の範囲 5に記載の内燃機関の制御装置であって、 前記機関が前記取得された運転状態にて定常状態に維持されている場合におい て最適な組み合わせとなる予め適合されている前記 N O X発生量及び前記 P M発 生量を、 同取得された運転状態に基づいて NO X発生量定常適合値及び PM発生 量定常適合値としてそれぞれ取得する定常適合値取得手段を更に備え、
前記配分決定手段は、
前記取得された NO X発生量定常適合値及び PM発生量定常適合値の組み合わ せに相当する点を通るとともに前記 2つの組み合わせの関係から得られる NOx 発生量の増加量に対する PM発生量の増加量の比である傾きを有する直線を表す 式を利用して前記 NO X発生量と前記 PM発生量の配分を決定するように構成さ れ、
前記 EG R率目標値決定手段は、
前記関係取得手段により取得された NO X発生量と PM発生量との関係を表す 式と前記配分決定手段による前記直線を表す式とから前記 EG R率の目標値を決 定するように構成された内燃機関の制御装置。
7. 請求の範囲 1乃至請求の範囲 6の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置に おいて、
前記 EG R率目標値決定手段は、
前記決定された E G R率目標値が負になった場合、 前記 E G R率目標値をゼロ に設定するように構成された内燃機関の制御装置。
8. 請求の範囲 7に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記取得された運転状態に基づいて噴射すべき燃料量である要求燃料噴射量を 決定する要求燃料噴射量決定手段と、
前記決定された要求燃料噴射量の燃料の噴射指示を行う燃料噴射指示手段と、 前記 EG R率目標値決定手段により決定された EG R率目標値が負になった場 合、 前記配分決定手段により決定された NO X発生量と前記 PM発生量の配分を 維持しつつ前記 EG R率目標値決定手段により決定される前記 EG R率の目標値 をゼロとするための N O X発生量と P M発生量との関係を得るために必要な燃料 噴射量を燃料噴射量制限値として取得する燃料噴射量制限値取得手段とを更に備 、 前記燃料噴射指示手段は、
前記 E G R率目標値決定手段により決定された E G R率目標値が負になった場 合、 前記決定された要求燃料噴射量に代えて前記取得された燃料噴射量制限値の 燃料の噴射指示を行うように構成された内燃機関の制御装置。
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