JP2018071372A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ管から分岐してＥＧＲクーラを迂回してＥＧＲ管に合流するバイパス管を備える内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲ管の合流部よりも吸気管側を流れるＥＧＲガスの温度の収束性を高める。【解決手段】先ず、総流量Ｇｅｇｒ、温度Ｔｅｇｒ、排気温Ｔ４、水温ｔｈｗ、大気温度ｔｈａ、吸入空気量Ｇａなどが取得される（Ｓ１０）。続いて、要求分流比が算出される（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、ステップＳ１０において取得した総ＥＧＲ通過ガス量と、ＥＣＵ３０に記憶していたマップとに基づいて、係数α、係数β、係数γおよび係数εを特定する。そして、特定した係数α、係数β、係数γおよび係数εや、ステップＳ１０で取得したパラメータを式（９）の解の公式に代入する。これにより、要求分流比が算出される。続いて、制御バルブ２２の開度が算出される（Ｓ１４）。【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

特開２００８−１７５１０１号公報には、内燃機関の排気還流装置が開示されている。この従来の装置は、排気管と吸気管を接続するＥＧＲ管と、ＥＧＲ管の排気管側に設けられた水冷式のＥＧＲクーラと、ＥＧＲ管の吸気管側に設けられたＥＧＲバルブと、を備えている。この従来の装置は、また、ＥＧＲ管の途中でＥＧＲ管から分岐してＥＧＲクーラを迂回し、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブの間でＥＧＲ管に合流するバイパス管と、バイパス管のＥＧＲ管との合流部に設けられたバイパスバルブと、を備えている。バイパスバルブは、ＥＧＲクーラが設けられたＥＧＲ管（以下「第１分岐管」ともいう。）およびバイパス管（以下「第２分岐管」ともいう。）の一方の流通面積を可変とし、他方を開放するように構成されている。

この従来の装置では、バイパスバルブの開度制御が行われる。第１分岐管にはＥＧＲクーラが設けられていることから、第１分岐管を流れるＥＧＲガスからの放熱量と、第２分岐管を流れるＥＧＲガスからの放熱量とは異なることになる。そのため、バイパスバルブの開度制御が行われると、ＥＧＲ管の合流部よりも吸気管側を流れるＥＧＲガスの温度や、このＥＧＲガスと合流した吸気の温度を調整することができる。

特開２００８−１７５１０１号公報 特開２００９−１２１３５８号公報 特開２０１６−０６５４８４号公報

しかし、特開２００８−１７５１０１号公報では、第１および第２分岐管を流れるＥＧＲガスからの放熱量が、各管を流れるＥＧＲガスの流量に依存することが考慮されていない。また、第１および第２分岐管の中心部におけるＥＧＲガスの温度が、これらの管の内部圧力に依存することも考慮されていない。そのため、上記従来の装置での開度制御では、次の問題が生じるおそれがある。即ち、第１および第２分岐管を流れるＥＧＲガスの流量と管内圧力の変化に併って、これらの管を流れるＥＧＲガスの温度がそれぞれ変化してしまう。その結果、バイパスバルブの開度の調整が繰り返され、ＥＧＲ管の合流部よりも吸気管側を流れるＥＧＲガスの温度の収束に時間を要するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、ＥＧＲ管から分岐してＥＧＲクーラを迂回してＥＧＲ管に合流するバイパス管を備える内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲ管の合流部よりも吸気管側を流れるＥＧＲガスの温度の収束性を高めることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための内燃機関の排気還流装置であって、
排気管と吸気管を接続するＥＧＲ管と、
前記ＥＧＲ管の排気管側に設けられた水冷式のＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲ管の途中で前記ＥＧＲ管から分岐し、前記ＥＧＲクーラを迂回して前記ＥＧＲ管に合流するバイパス管と、
前記ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量に対する、前記ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量の比率である流量比率を変更する制御バルブと、
前記ＥＧＲ管の前記バイパス管との合流部よりも吸気側を流れるＥＧＲガスの温度を目標値に追従させる前記流量比率の目標値に基づいて、前記制御バルブの開度を制御する制御手段と、
前記合流部での合流前後のＥＧＲガスのエネルギに関して成立するエネルギバランス式を前記流量比率の２次式で表現したときの当該２次式の解の一方を前記流量比率の目標値として算出する算出手段であって、前記２次式の係数には、第１の１次関数の傾きおよび切片と、第２の１次関数の傾きおよび切片と、が含まれ、前記第１の１次関数は、前記ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる第１除算値を変数とする、前記ＥＧＲクーラでの冷却効率と前記第１除算値との関係を線形近似した１次関数であり、前記第２の１次関数は、前記バイパス管を流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる第２除算値を変数とする、前記バイパス管での冷却効率と前記第２除算値との関係が線形近似される区間ごとに近似した１次関数である算出手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、合流部での合流前後のＥＧＲガスのエネルギに関して成立するエネルギバランス式を、ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量に対するＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量の比率（流量比率）の２次式で表現することができる。この２次式の係数には、第１除算値を変数とする、ＥＧＲクーラでの冷却効率と当該第１除算値との関係を線形近似した１次関数の傾きおよび切片と、第２除算値を変数とする、バイパス管での冷却効率と当該第２除算値との関係が線形近似される区間ごとに近似した１次関数の傾きおよび切片が含まれている。ここで、第１除算値は、ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる値であり、第２除算値は、バイパス管を流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる値である。そのため、本発明によれば、流量比率の目標値の算出に際して、ＥＧＲクーラやバイパス管を流れるＥＧＲガスの流量を考慮することが可能となる。加えて、本発明によれば、上記２次式の解の一方を、上記流量比率の目標値として算出することができる。従って、ＥＧＲクーラやバイパス管を流れるＥＧＲガスの流量が変わった場合としても、上記２次式の解の一方を上記流量比率の目標値の最適解として直ちに算出できる。よって、本発明によれば、バイパス管との合流部よりも吸気側を流れるＥＧＲガスの温度を、短時間で目標値に追従させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るシステムの構成例を説明する図である。 図１に示した制御バルブ２２の一般的な開度制御における問題点を説明する図である。 図１に示した制御バルブ２２の一般的な開度制御における問題点を説明する図である。 値ＴｅｇｒＣ／Ｔ４と冷却効率ηｃとの関係、および、値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４と冷却効率ηｃｂｐとの関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、ＥＣＵ３０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。 本発明を適用可能な他のシステムの構成例を説明する図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［システム構成例の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係るシステムの構成例を説明する図である。図１に示すシステム１０は、車両に搭載されるエンジンシステムであり、ＥＧＲ管１２を備えている。ＥＧＲ管１２は、エンジンの排気管（図示しない）を流れる排気を吸気管１４に還流させるＥＧＲ装置の一部を構成する。このＥＧＲ装置は、ＥＧＲ管１２に加え、ＥＧＲ管１２を流れる排気（ＥＧＲガス）を冷却水によって冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１６と、このＥＧＲクーラ１６を迂回するバイパス管１８と、を備えている。このＥＧＲ装置は、また、バイパス管１８がＥＧＲ管１２に合流する合流部２０に、電磁弁等からなる制御バルブ２２を備えている。なお、本発明に適用されるエンジンの構成は特に限定されない。

制御バルブ２２は、ＥＧＲ管１２を流れるＥＧＲガスの総流量Ｇｅｇｒに対する、ＥＧＲクーラ１６と合流部２０の間を流れるＥＧＲガスの流量ＧｅｇｒＣの流量比率Ｒ（但し流量比率Ｒは０≦Ｒ≦１）を変更するように構成されている。本実施の形態において、流量比率Ｒは、ＥＧＲクーラ１６と合流部２０の間を流れるＥＧＲガスの流量ＧｅｇｒＣと、バイパス管１８を流れるＥＧＲガスの流量ＧｅｇｒＣｂｐとの和が総流量Ｇｅｇｒと、を用いた下記式（１）によって表される。
Ｒ＝ＧｅｇｒＣ／Ｇｅｇｒ
＝ＧｅｇｒＣ／（ＧｅｇｒＣ＋ＧｅｇｒＣｂｐ） ・・・（１）
なお、総流量Ｇｅｇｒと流量ＧｅｇｒＣｂｐを用いると、上記式（１）は、下記式（２）で表される。
ＧｅｇｒＣｂｐ＝（１−Ｒ）・Ｇｅｇｒ ・・・（２）

図１に示すシステム１０は、また、ＥＧＲ管１２の制御バルブ２２よりも吸気管１４側に、電磁弁等からなるＥＧＲバルブ２４を備えている。ＥＧＲバルブ２４は、ＥＧＲ管１２、ＥＧＲクーラ１６、バイパス管１８や制御バルブ２２と共に、ＥＧＲ装置の一部を構成する。ＥＧＲバルブ２４は、ＥＧＲ管１２を経由して内燃機関のシリンダに還流されるＥＧＲガスの吸気全体に占める割合（ＥＧＲ率）を変更するにように構成されている。なお、ＥＧＲバルブ２４が全閉された状態においては、ＥＧＲ管１２が遮断されてＥＧＲ率がゼロになる。

図１に示すシステム１０は、また、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ３０は、システム１０に付随して車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ、大気温度ｔｈａを検出する大気温度センサ、ＥＧＲクーラ１６に流れる冷却水の水温ｔｈｗを検出する水温センサ、排気管を流れる排気温Ｔ４を検出する排気温センサなどが含まれている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、上述した制御バルブ２２、ＥＧＲバルブ２４などが含まれている。

［実施の形態の制御の説明］
本実施の形態の制御を説明する前に、図１に示した制御バルブ２２の一般的な開度制御について、図２乃至図３を参照しながら説明する。この一般的な開度制御は、後述する本実施の形態に係る制御の比較例として位置付けられるものである。この比較例に係る制御（以下「比較制御」ともいう。）では、図１に示した制御バルブ２２とＥＧＲバルブ２４の間を流れるＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒを目標値に追従させるべく、次のステップＳ１〜Ｓ４によって流量比率Ｒが算出される。
ステップＳ１：現在の流量ＧｅｇｒＣおよび流量ＧｅｇｒＣｂｐの推定
ステップＳ２：ＥＧＲクーラ１６での熱交換量とバイパス管１８での熱交換量の予測
ステップＳ３：ＥＧＲクーラ１６と合流部２０の間を流れるＥＧＲガスの温度ＴｅｇｒＣと、バイパス管１８を流れるＥＧＲガスの温度ＴｅｇｒＣｂｐの推定
ステップＳ４：合流部２０の上流と下流においてＥＧＲガスが有するエネルギに関して成立する式（エネルギバランス式）に基づいた流量比率Ｒの算出

なお、比較制御中においてＥＧＲクーラ１６を流れる冷却水の流量は、十分な量に保たれているものとする。図２は、比較制御における問題点を説明する図である。図２の上段には、比較制御中のＥＧＲ上流ガス温度と総ＥＧＲ通過ガス量が描かれている。この「ＥＧＲ上流ガス温度」は、図１に示したＥＧＲ管１２に流入した直後のＥＧＲガスの温度を意味しており、上述の排気温Ｔ４に相当している。また、「総ＥＧＲ通過ガス量」は、図１に示したＥＧＲ管１２に流入した直後のＥＧＲガスの総流量を意味しており、上述の総流量Ｇｅｇｒに相当している。

図２の中段には、比較制御中のＥＧＲ下流ガス温度と、その目標温度が描かれている。この「ＥＧＲ下流ガス温度」とは、図１に示した合流部２０において合流した後のＥＧＲガスの温度を意味しており、上述の温度Ｔｅｇｒに相当している。図２の下段には、比較制御中のクーラガス温度、バイパスガス温度およびクーラ比率（分流比）が描かれている。この「クーラガス温度」とは、上述のステップＳ３で推定される温度ＴｅｇｒＣを意味している。また、「バイパスガス温度」とは、同ステップＳ３で推定される温度ＴｅｇｒＣｂｐを意味している。また、「クーラ比率（分流比）」とは、上述のステップＳ４で算出される流量比率Ｒを意味している。

図２の上段に示すように、ＥＧＲ上流ガス温度は一定に保たれている。一方、総ＥＧＲ通過ガス量は、一定に保たれる期間が３つに分かれている。これは、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの間において一定に保たれていた総ＥＧＲ通過ガス量が、時刻ｔ_１と時刻ｔ_２において段階的に増やされたためである。時刻ｔ_１と時刻ｔ_２において総ＥＧＲ通過ガス量が段階的に増やされたのは、ＥＧＲ率の増加要求に従ってＥＧＲバルブ２４の開度が増やされたためである。なお、このＥＧＲバルブ２４の開度制御は、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理とは別に、ＥＣＵ３０において行われるものである。

図２の下段に示すように、時刻ｔ_０、時刻ｔ_１および時刻ｔ_２の直後においてクーラ比率が急上昇する。時刻ｔ_０の直後にクーラ比率が急上昇するのは、時刻ｔ_０においてはクーラ比率がゼロであり、ＥＧＲクーラ１６へのＥＧＲガスの導入を開始するための流量比率Ｒが、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を経て算出されたためである。時刻ｔ_１および時刻ｔ_２の直後にクーラ比率が急上昇するのは、時刻ｔ_１および時刻ｔ_２に総ＥＧＲ通過ガス量が急増したためである。総ＥＧＲ通過ガス量が急増されれば、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を経て算出される流量比率Ｒの値も大きく上昇する。

ここで、図２に示す時刻ｔ_０の直後の期間（Ａ）は、ＥＧＲ下流ガス温度が目標値に収束するまでに要する時間を表している。この理由は、次の問題が原因である。即ち、ＥＧＲクーラ１６やバイパス管１８での熱交換量は、これらを流れるＥＧＲガスの流量に依存する。加えて、ＥＧＲクーラ１６やバイパス管１８の中心部を流れるＥＧＲガスの温度は、これらの内部の圧力の変化速度と同等の速度で変化する。そのため、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を経て算出した流量比率Ｒに基づいて制御バルブ２２の開度を変更すると、ステップＳ３で推定した温度ＴｅｇｒＣや温度ＴｅｇｒＣｂｐの推定値が変わることになる。故に、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返れてしまい、ＥＧＲ下流ガス温度がなかなか目標値に収束しない。換言すると、ステップＳ１〜Ｓ４の一度の処理によって、流量比率Ｒの最適解に辿り着くことができない。

また、図２に示す時刻ｔ_２の直後の期間（Ｂ）では、クーラ比率が安定せずハンチングしてしまっている。この理由は、次の問題が原因である。即ち、図２の下段に示すバイパスガス温度がクーラガス温度よりも高い状況下で、同図の中段に示す温度Ｔｅｇｒが目標値よりも高いときは、クーラ比率を高めることでＥＧＲ下流ガス温度が下がるはずである。しかし、クーラ比率を高めたことで、上述のステップＳ３で推定されるバイパスガス温度の値が下がり、時刻ｔ_３においてクーラガス温度を下回ってしまう。但し、この時刻ｔ_３では、図２の中段に示す温度Ｔｅｇｒが目標値よりも依然として高い。そうすると、理論上、温度Ｔｅｇｒを下げるには、相対的に低いバイパスガス温度を利用すれば良いということになるので、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を経て算出される流量比率Ｒの値が小さくなる。つまり、時刻ｔ_３以降はクーラ比率が下がってしまう。

クーラ比率が下がるということは、図１に示したバイパス管１８を流れるＥＧＲガスの流量ＧｅｇｒＣｂｐが増えることを意味する。ここで、図１に示したバイパス管１８にはＥＧＲクーラ１６の様な熱交換器が設けられておらず、バイパス管１８を流れるＥＧＲガスと熱交換するのは外気である。そのため、ＥＧＲガスの流量ＧｅｇｒＣｂｐが増えれば、バイパスガス温度は程なく上昇に転じることになる。故に、図２の下段に示すバイパスガス温度は、時刻ｔ_３の直後の時刻ｔ_４において、クーラガス温度を上回ることになる。しかし、この時刻ｔ_４においても、図２の中段に示す温度Ｔｅｇｒが目標値よりも依然として高い。そうすると、理論上、今度は相対的に低いクーラガス温度を利用すれば良いということになる。従って、時刻ｔ_４以降は、クーラ比率が上がることになる。このように、図２の中段に示す温度Ｔｅｇｒが目標値よりも高い状態が続くと、クーラ比率がハンチングしてしまう。

クーラ比率のハンチングは、クーラ比率を高い値に保ち続けるべきであるにも関わらず、クーラ比率を下げてしまうことがそもそもの原因である。しかし、クーラ比率を高い値に保ち続けたにも関わらず、温度Ｔｅｇｒが目標値よりも依然として高い状況が続くと、また別の問題が発生する可能性がある。この問題を説明するのが図３である。クーラ比率を高い値に保ち続けると、図３の中段に示すように、バイパス温度が低下してクーラガス温度を大きく下回ることになる。このような状況下、時刻ｔ_５において温度Ｔｅｇｒが急変して目標値を大きく下回ったときには、理論上、相対的に高いクーラガス温度を利用すれば良いということになってしまう。つまり、図１に示したバイパス管１８に流すＥＧＲガスを増やせば結果的に短時間で温度Ｔｅｇｒを上昇できるにも関わらず、時刻ｔ_５において相対的に高いクーラガス温度を利用すれば良いと判断し、その結果、クーラ比率が一向に下がらないことになる。

以上述べた比較制御での問題を踏まえ、本実施の形態に係る制御では、温度Ｔｅｇｒを排気温Ｔ４で除した値と、ＥＧＲクーラ１６での冷却効率ηｃとの関係を線形近似した下記式（３）、および、温度Ｔｅｇｒを排気温Ｔ４で除した値と、バイパス管１８での冷却効率ηｃｂｐとの関係を線形近似した下記式（４）を用いて流量比率Ｒを算出する。
ηｃ＝α・ＧｅｇｒＣ／Ｔ４＋β ・・・（３）
ηｃｂｐ＝γ・ＧｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４＋ε ・・・（４）
なお、上記式（３），（４）のα，β，γおよびεは係数である。本実施の形態において、係数αおよび係数βは流量ＧｅｇｒＣ／Ｔ４に関連付けたマップとして、係数γおよび係数εは流量ＧｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４に関連付けたマップとして、それぞれＥＣＵ３０のＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されているものとする。

先ず、上述の２つの関係の線形近似について、図４を参照しながら説明する。図４は、値ＴｅｇｒＣ／Ｔ４と冷却効率ηｃとの関係、および、値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４と冷却効率ηｃｂｐとの関係の一例を示す図である。図４の上方に示すように、値ＴｅｇｒＣ／Ｔ４と冷却効率ηｃとの関係は、線形で近似することができる。これは、ＥＧＲクーラ１６を流れる冷却水の流量が十分な量に保たれているからである。上記式（３）の係数αおよび係数βは、図４の上方に示す１次関数の傾きおよび切片として算出することができる。

一方、値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４と冷却効率ηｃｂｐとの関係は、線形で近似することができない。但し、値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４と冷却効率ηｃｂｐとの関係が線形近似できる間隔Ｉ_１〜Ｉ_４で区切っていけば、各間隔でこの関係を線形で近似することができる。上記式（４）は、このような間隔Ｉ_１〜Ｉ_４で値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４を区切ったときにおける、値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４と冷却効率ηｃｂｐとの関係を表す式である。上記式（４）の係数γおよび係数εは、図４の下方に示す値ＴｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４の区間毎に近似される１次関数の傾きおよび切片として、当該区間毎に算出することができる。

本実施の形態に係る制御では、合流部２０の上流と下流においてＥＧＲガスが有するエネルギに関して成立する式（エネルギバランス式）に上記式（３），（４）を代入することで得られる２次式を解くことにより、流量比率Ｒを算出する。先ず、エネルギバランス式について説明する。エネルギバランス式は、合流部２０の下流におけるＥＧＲガスのエネルギＥｅｇｒが、合流部２０の上流におけるＥＧＲガスのエネルギと等しいことを示した式である。エネルギバランス式は、具体的に、ＥＧＲクーラ１６と合流部２０の間を流れるＥＧＲガスのエネルギＥｃと、バイパス管１８を流れるＥＧＲガスのエネルギＥｃｂｐと、を用いた下記式（５）で表される。
Ｅｅｇｒ＝Ｅｃ＋Ｅｃｂｐ ・・・（５）

上記式（５）をＥＧＲガスの温度と流量比率Ｒに着目して変形すると、下記式（６）が導出される。
（５）⇔Ｔｅｇｒ＝Ｒ・ＴｅｇｒＣ＋（１−Ｒ）・Ｔｅｇｒｃｂｐ
⇔Ｔｅｇｒ＝Ｒ・｛Ｔ４−（Ｔ４−ｔｈｗ）・ηｃ｝＋（１−Ｒ）・｛Ｔ４−（Ｔ４−ｔｈａ）・ηｃｂｐ｝ ・・・（６）

上記式（６）に下記式（７），（８）を代入して流量比率Ｒで整理すると、下記式（９）が導出される。なお、下記式（７），（８）は、上記式（１），（２）に基づいて上記式（３），（４）の変数であるＧｅｇｒＣ／Ｔ４およびＧｅｇｒＣｂｐ／Ｔ４を、何れもＧｅｇｒ／Ｔ４に置き換えたものである。
ηｃ＝α・Ｒ・Ｇｅｇｒ／Ｔ４＋β ・・・（７）
ηｃｂｐ＝γ・（１−Ｒ）・Ｇｅｇｒ／Ｔ４＋ε ・・・（８）
０＝｛（Ｔ４ｗ・α＋Ｔ４ａ・γ）・Ｇｅｇｒ／Ｔ４｝・Ｒ^２
＋｛−２・Ｔ４ａ・γ・Ｇｅｇｒ／Ｔ４＋（Ｔ４ｗ・β−Ｔ４ａ・ε）｝・Ｒ
＋（Ｔ４ａ・γ・Ｇｅｇｒ／Ｔ４＋Ｔ４ａ・ε−Ｔ４ｅ） ・・・（９）
但し、式（９）において、Ｔ４ａ＝Ｔ４−ｔｈａ、Ｔ４ｗ＝Ｔ４−ｔｈｗ、Ｔ４ｅ＝Ｔ４−Ｔｅｇｒである。

上記式（９）は流量比率Ｒの２次式であることから、この２次式の解（Ｒ１，Ｒ２）の一方は、温度Ｔｅｇｒを目標値に追従させる流量比率Ｒの最適解であるといえる。そして仮に、解（Ｒ１，Ｒ２）の一方Ｒ１がＲ１＜０またはＲ１＞１であるときは、この解Ｒ１が流量比率Ｒの前提条件を満たさないことになるので、解Ｒ２が流量比率Ｒの最適解であると決定する。このように、本実施の形態に係る制御によれば、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を行うことなく、流量比率Ｒの最適解に一度に辿り着くことが可能となる。即ち、図２や図３で説明した不具合の発生を回避しつつ、温度Ｔｅｇｒを短時間で目標値に収束させることが可能となる。

図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ３０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本処理ルーチンは、所定の制御周期ごと（例えば、エンジンが有する気筒の燃焼サイクルごと）に実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、先ず、総流量Ｇｅｇｒ、温度Ｔｅｇｒ、排気温Ｔ４、水温ｔｈｗ、大気温度ｔｈａ、吸入空気量Ｇａなどが取得される（ステップＳ１０）。本ステップＳ１０において、総流量Ｇｅｇｒは、例えば、エアフローメータで検出した吸入空気量Ｇａと、ＥＧＲ率の現在値とに基づいて推定される。ＥＧＲ管１２に別途設けたセンサにより総流量Ｇｅｇｒを検出してもよい。なお、エンジン始動時の総流量Ｇｅｇｒはゼロに設定される。また、温度Ｔｅｇｒは、例えば、温度Ｔｅｇｒの目標値の前回値が取得される。なお、「温度Ｔｅｇｒの目標値の前回値」とは、ＥＣＵ３０による本処理ルーチンの前回の実行時において設定されていた温度Ｔｅｇｒの目標値を指す。また、排気温Ｔ４、水温ｔｈｗおよび大気温度ｔｈａは、上述したセンサにより検出される。

ステップＳ１０に続いて、要求分流比が算出される（ステップＳ１２）。この「要求分流比」は、温度Ｔｅｇｒを目標値に追従させるために必要な流量比率Ｒの目標値を意味している。本ステップＳ１２において、要求分流比は例えば次のように算出される。先ず、ステップＳ１０において取得した総ＥＧＲ通過ガス量と、ＥＣＵ３０に記憶していたマップとに基づいて、係数α、係数β、係数γおよび係数εを特定する。そして、特定した係数α、係数β、係数γおよび係数εや、ステップＳ１０で取得したパラメータを上記式（９）の解の公式に代入する。これにより、要求分流比（つまり、流量比率Ｒ）が算出される。なお、流量比率Ｒの第１条件として、総流量Ｇｅｇｒがゼロの場合は２次式の解（Ｒ１，Ｒ２）の値に関わらず流量比率Ｒをゼロとする。また、第２条件として、２次式の解（Ｒ１，Ｒ２）の平方根の中の値が何れも負の場合は、解（Ｒ１，Ｒ２）の値に関わらず流量比率Ｒを１とする。

ステップＳ１２に続いて、バルブ開度が算出される（ステップＳ１４）。この「バルブ開度」は、制御バルブ２２の開度である。本ステップＳ１４においては、流量比率Ｒを実現する制御バルブ２２の開度が算出され、指令値として制御バルブ２２に入力される。

以上、図５に示した処理ルーチンによれば、比較制御において行っていた上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を行わずに、流量比率Ｒの最適解に一度に辿り着くことが可能となる。即ち、図２や図３で説明した不具合の発生を回避しつつ、温度Ｔｅｇｒを短時間で目標値に収束させることが可能となる。

なお、上述の実施の形態においては、ＥＣＵ３０が図５のステップＳ１４の処理を実行することにより本発明の「制御手段」が実現され、ＥＣＵ３０が図５のステップＳ１２の処理を実行することにより本発明の「算出手段」が実現されている。
また、上述の実施の形態においては、上記式（９）が本発明の「流量比率の２次式」に相当し、上記式（３）の係数αおよび係数βが本発明の「第１の１次関数の傾きおよび切片」に相当し、上記式（４）の係数γおよび係数εが本発明の「第２の１次関数の傾きおよび切片」に相当する。

ところで、上述の実施の形態においては、図１に示したシステム１０の制御バルブ２２の開度制御を前提として説明した。しかし、本発明は、図６に示すシステムにも適用が可能である。図６は、本発明を適用可能な他のシステムの構成例を説明する図である。図６に示すシステム４０は、図１に示したシステム１０同様、車両に搭載されるエンジンシステムである。システム４０は、ＥＧＲクーラ１６と合流部２０の間のＥＧＲ管１２に設けられた制御バルブ２６と、バイパス管１８に設けられた制御バルブ２８と、を備えている。本発明をシステム４０に適用する場合は、上記式（９）から算出した流量比率Ｒを、制御バルブ２６，２８の協調制御によって実現すればよい。

１０，４０ システム（エンジンシステム）
１２ ＥＧＲ管
１４ 吸気管
１６ ＥＧＲクーラ
１８ バイパス管
２０ 合流部
２２，２６，２８ 制御バルブ
２４ ＥＧＲバルブ
３０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 排気管と吸気管を接続するＥＧＲ管と、
   前記ＥＧＲ管の排気管側に設けられた水冷式のＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲ管の途中で前記ＥＧＲ管から分岐し、前記ＥＧＲクーラを迂回して前記ＥＧＲ管に合流するバイパス管と、
   前記ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量に対する、前記ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量の比率である流量比率を変更する制御バルブと、
   前記ＥＧＲ管の前記バイパス管との合流部よりも吸気側を流れるＥＧＲガスの温度を目標値に追従させる前記流量比率の目標値に基づいて、前記制御バルブの開度を制御する制御手段と、
   前記合流部での合流前後のＥＧＲガスのエネルギに関して成立するエネルギバランス式を前記流量比率の２次式で表現したときの当該２次式の解の一方を前記流量比率の目標値として算出する算出手段であって、前記２次式の係数には、第１の１次関数の傾きおよび切片と、第２の１次関数の傾きおよび切片と、が含まれ、前記第１の１次関数は、前記ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる第１除算値を変数とする、前記ＥＧＲクーラでの冷却効率と前記第１除算値との関係を線形近似した１次関数であり、前記第２の１次関数は、前記バイパス管を流れるＥＧＲガスの流量を排気温で除して得られる第２除算値を変数とする、前記バイパス管での冷却効率と前記第２除算値との関係が線形近似される区間ごとに近似した１次関数である算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。

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