JP3617240B2 - 内燃機関の排気還流制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関から排出されるＮＯｘ濃度を検出しながら排気還流量を制御する排気還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関から排出されるＮＯｘを低減するために、排気の一部を吸気中に還流し、燃焼の最高温度、圧力を下げる排気還流（ＥＧＲ）装置が知られている。
【０００３】
ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲをすると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、一般に排気微粒子（パティキュレート：ＰＭ）や他の排気成分が悪化する傾向がある。とくに、このＮＯｘとＰＭのトレードオフの関係はＥＧＲ量が多い、あるいは空気過剰率が低い場合ほど顕著となる。したがってＮＯｘとＰＭの排出量をバランスよく減らすには、運転条件に応じてＥＧＲを精密に制御する必要がある。
【０００４】
そこで従来、例えば特開昭６１−２７９６７号公報によれば、エンジン回転数、負荷、吸入空気圧を因数としてＥＧ率を決定し、これに応じてＥＧＲ弁の開度を制御し、ＮＯｘ排出量が所定値以下となるように制御している。また、大気圧によってエンジン吸気充填効率が変化すると、スモークやＰＭを悪化させずにＮＯｘを低減するための要求ＥＧＲ率も変化する変化するので、特開昭６３−２３９３５３号公報によって、大気圧をモニターして、高地走行時などＥＧＲを減少補正するものがある。
【０００５】
しかし、このようにＥＧＲ制御を行っても、オープン制御が多いために、実際のＥＧＲ量は常に目標値に一致するとは限らず、エンジン毎のＮＯｘ排出量にバラツキがあったりしていた。
【０００６】
また、仮にＥＧＲ量をフィードバック制御するにしても、例えば空気中の水分などによってエンジンの燃焼条件が変動したりすると、同一のＥＧＲ量であってもＮＯｘやＰＭの実際の排出量が変化することもある。
【０００７】
また、ＥＧＲ弁の開度をステップモータにより制御する場合、目標値に対応したステップ数を決めるので、ＥＧＲ弁の開度も対応して決まり、目標どおりのＥＧＲ弁開度に制御できる。ただし、ステップモータの脱調などによるＥＧＲ弁の異常や故障も無いわけではないので、これらの対策として、特開平６−２４９０７７号公報、特開平６−２２９３２３号公報にあるように、吸気と排気の差圧を検出してＥＧＲ弁の故障を判定したり、特開平７−４２６２２号公報のようにＥＧＲ温度を検出して故障診断を行う、あるいは特開平６−１３７２１９号公報にあるように測定したＥＧＲ量を予測ＥＧＲ量と比較することで、故障を診断するものがある。
【０００８】
しかし、このようにＥＧＲ弁の故障診断のために新たなセンサや診断ロジックを設けることは、制御の複雑化やコストアップを招き、好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、従来のＥＧＲ装置にあっては、ＥＧＲ量のフィードバック制御などにより、ＥＧＲ量の制御精度は上がっても、実際にＮＯｘの排出状態を検出しているわけではないので、目標通りにＥＧＲ制御が行われても、エンジンによってはＮＯｘの排出量が規定の水準に達していなこともあり、エンジンの劣化等を含めて、長期間にわたり安定してＮＯｘを低減できるとは限らない。
【００１０】
ところで、近年、排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサの開発が進んでおり、例えばＳＡＥ９６０３４４にあるような固体電解質タイプのＮＯｘセンサや、特開平７−３２５０５９号公報で提案されているような単結晶様構造をもつ物質をＮＯｘ感応体としてＮＯｘ濃度を検出するものが知られている。
【００１１】
そこで、この発明は、排気中のＮＯｘ濃度に基づいて実際のＮＯｘ排出量を算出し、このＮＯｘ排出量が運転条件に応じての目標値と一致するようにフィードバック制御することにより、ＮＯｘ排出量をバラツキなく低減することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、ＮＯｘ濃度センサの検出特性からＮＯｘ排出量の応答遅れや検出誤差に起因しての制御の不安定化を回避することをも目的とする。
【００１３】
また、本発明は、ＥＧＲ弁の異常についても、特別なセンサを追加することなく、確実に診断できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１または第２の発明は、エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするＮＯｘ排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期または吸気スワール比率の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標ＮＯｘ排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とＮＯｘ濃度センサの応答遅れを補正して求めたＮＯｘ濃度とに基づいて実際のＮＯｘ排出量を演算する手段と、実測ＮＯｘ排出量が前記補正された目標ＮＯｘ排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備える。
【００１８】
第３の発明は、前記排気還流制御弁のフィードバック制御手段が、少なくとも減速運転中など排気中の酸素濃度が高いときにフィードバック制御を中止し、機関回転数と負荷に応じた排気還流制御弁の開度にオープン制御する。
【００１９】
第４の発明は、前記目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差異が予め設定した値以上のときに排気還流制御弁が故障であると判定し、警告する手段を備える。
【００２０】
第５の発明は、前記故障判定警告手段が、過渡運転時には故障判定を中止するようになっている。
【００２１】
【発明の作用・効果】
第１または第２の発明において、エンジンの運転状態に応じて目標とするＮＯｘ排出量が設定されると、排気還流制御弁の開度が調整され、排気の一部が排気還流通路から吸気中に還流され、これにより機関の燃焼最高温度、圧力を下げ、燃焼時に発生するＮＯｘを低減する。一方、排気中のＮＯｘ濃度が検出され、このＮＯｘ濃度と、このときのエンジン回転数、吸入空気量とに基づいて、ＮＯｘの排出量が演算される。そして、この演算されたＮＯｘの排出量が目標とするＮＯｘ排出量よりも多ければ、排気還流制御弁の開度を増大し、吸気中に還流される排気還流量を多くすることによりＮＯｘの発生量を低減する。逆に、ＮＯｘの排出量が目標排出量よりも少ないときは、排気還流制御弁の開度を小さくして、排気還流量を減少させる。
【００２２】
このようにして、常に目標とするＮＯｘ排出量となるように排気還流量を制御することで、過剰な排気還流による運転性や他の排気成分の悪化を防ぎ、また、吸気中の湿度や大気圧の影響によるＮＯｘ排出量の変動を防止し、ＮＯｘの排出量を目標とする基準状態に精度よく低減できる。
【００２３】
また、ＮＯｘ濃度センサの応答遅れ分を考慮してＮＯｘ排出量を演算するので、実際のＮＯｘ排出量を正確に把握することができ、制御精度の向上が図れる。
【００２５】
さらに、例えば燃料噴射時期が目標噴射時期よりも早くなると、ＮＯｘは相対的に増加し、また、吸気スワール比率が高まると、同じくＮＯｘは増加する。このときには、目標ＮＯｘ排出量をそのままにしておくと、フィードバック制御により排気還流量が大きくなり、パティキュレートやスモークが増大してしまうので、目標ＮＯｘ排出量を減少側に補正することで、これらの増大を抑制できる。
【００２６】
第３の発明では、減速運転による燃料カット時など、排気中の酸素濃度の高いときは、ＮＯｘ濃度センサが正常には働かず、ＮＯｘ濃度を過剰に検出する誤差を生じる。このため、減速後の燃料供給再開直後などに排気還流が過大となり、運転性やパティキュレートなどが悪化する。そこで減速運転中は排気還流量のフィードバック制御を中止し、エンジン回転数と負荷によりオープン制御することで、減速後の燃料供給再開時に排気還流制御弁の開度が必要以上に大きくなり過ぎるのを防ぎ、良好な運転性などを確保する。
【００２７】
第４の発明において、排気還流量のフィードバック制御により、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とは一致しなければならないにもかかわらず、この差が大きいときは、排気還流制御弁を含む制御系に故障などの異常が発生したものと見なすことができる。故障のままでは、ＮＯｘ排出量を目標値に制御することは不能となる。したがって、このようなときは故障を判定し、警告をすることにより、修理などを促す。
【００２８】
第５の発明において、過渡運転中は、フィードバック制御の応答性を含めて、目標ＮＯｘ排出量に対して実測値は誤差を生じやすい。このときにもこれらの差から故障判定を行えば正確な判定はできない。そこで、このような場合には故障判定を中止することで、故障判定の信頼性を高められる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合の実施形態を説明する。
【００３０】
まず、図１にディーゼルエンジンの燃料噴射システムを示す。
【００３１】
図１において、エンジン回転に同期して回転駆動される燃料噴射ポンプ１の入力軸６ａには、燃料を予圧するフィードポンプ６が取付けられ、さらに同軸上には入力軸６ａと同一的に回転すると共に、軸方向に往復運動するように連結されたプランジャ２が配置される。
【００３２】
フィードポンプ６はポンプ室７に加圧した燃料を送り出し、かつ余剰燃料は図示しない燃料タンクへと還流され、ポンプ室７の圧力を一定に維持する。
【００３３】
プランジャ２には気筒数に対応したカム山をもつフェイスカム２ａが同軸に設けられ、フェイスカム２ａがローラ８ａに乗り上げる毎にプランジャ２が軸方向に往復運動する。例えば６気筒エンジンならば、入力軸６ａが１回転すると、この間にフェイスカム２ａが６回だけローラ８ａに乗り上げ、プランジャ２が６回往復運動する。プランジャ２が往復運動すると、その都度、プランジャ室２ｂに燃料を吸込み、加圧する。なお、２ｋはフェイスカム２ａに対抗してプランジャ２を押し戻すリタンースプリングである。
【００３４】
プランジャ２の伸び出し行程において、プランジャ室２ｂには、前記ポンプ室７からの燃料が、燃料停止弁１０及びプランジャ２に設けたスリット２ｊを経由して吸入される。
【００３５】
これに対して、プランジャ２の圧縮行程でプランジャ室２ｂの加圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル１１に圧送するため、プランジャ２の軸心に沿って、プランジャ室２ｂと連通する連通路２ｃが形成され、この連通路２ｃは途中において半径方向に分岐する高圧通路２ｄをもち、またその先端部において同じく半径方向に貫通する放出通路２ｅが形成される。
【００３６】
プランジャ２の回転位置に応じて高圧通路２ｄと選択的に接続するように、プランジャ２の周囲のシリンダ２ｆの内周には、エンジン気筒数に対応した数のポート２ｇが均等に配置され、各ポート２ｇにはそれぞれデリバリバルブ２ｈ（１つだけしか図示していない）が接続し、このデリバリバルブ２ｈから燃料噴射ノズル１１へと燃料が圧送される。
【００３７】
プランジャ２は１回転する度に６回往復し、その都度吸入した燃料を加圧するが、加圧燃料が連通路２ｃから高圧通路２ｄに押し込まれ、このときプランジャ２の回転位置により連通するポート２ｇに加圧燃料が送り込まれ、対応するデリバリバルブ２ｈを介して燃料噴射ノズル１１に燃料が圧送される。
【００３８】
一方、プランジャ２の外周にはコントロールスリーブ３が摺動自在に嵌合し、通常は前記放出通路２ｅを被覆して閉じているが、プランジャ２の圧縮方向への移動により、やがて放出通路２ｅを解放する。これにより、プランジャ室２ｂの圧力が解放され、デリバリバルブ２ｈから燃料噴射ノズル１１への燃料の圧送が終了する。
【００３９】
したがって、燃料噴射ノズル１１に送り込まれる燃料量は、コントロールスリーブ３の位置により変化し、プランジャ２の圧縮方向への移動時に、早期に放出通路２ｅを解放すれば、燃料噴射量は少なく、逆に放出通路２ｅの解放時期が遅くなると、燃料噴射量は多くなる。
【００４０】
この燃料噴射量を制御するため、コントロールスリーブ３の位置を自由に変化させるロータリソレノイド４が設けられ、このロータリソレノイド４には燃料噴射量コントロールユニット１８からの燃料の噴射信号が供給され、これに応じてコントロールスリーブ３の位置を変える。なお、コントロールスリーブ３の位置は位置センサ５によって検出され、コントロールユニット１８にフィードバックされる。
【００４１】
次に、前記したフェイスカム２ａが乗り上げるローラ８ａは、タイマピストン８によって、そのフェイスカム２ａの円周方向の位置が制御される。なお、図示したタイマピストン８は、説明の便宜上、実際の位置から９０度だけ回転させてある。タイマピストン８の両側には、低圧室８ｂと高圧室８ｃとが設けられ、高圧室８ｃの圧力は、コントロールバルブ９によって高圧燃料の一部を低圧室８ｂに逃がす量を制御することにより調整され、これによってタイマピストン８の位置が変化する。
【００４２】
タイマピストン８の位置が変化し、フェイスカム２ａの回転方向にローラ８ａの位置を進めると、フェイスカム２ａがローラ８ａに乗り上げる位置が相対的に遅れ、プランジャ２による燃料の加圧開始時期、つまり燃料の噴射時期が遅くなり、逆にフェイスカム２ａの回転と反対方向にローラ８ａの位置を遅らせると、プランジャ２による加圧開始時期が早まり、燃料噴射時期が早くなる。
【００４３】
前記したコントロールユニット１８からの信号により、運転状態に応じてコントロールバルブ９の作動が制御され、タイマピストン８の位置が調整され、燃料噴射時期が進角、遅角制御される。
【００４４】
なお、このコントロールユニット１８には、燃料噴射ノズル１１の開弁時期を検出するノズルリフトセンサ１２と、燃料噴射ポンプ１に供給される燃料温度を検出する燃料温度センサ１５と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ１３と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６と、ポンプ回転数を検出する回転数センサ１４などからの信号が入力し、これらに基づいて、上記した燃料噴射量、噴射時期の制御信号を演算し、出力する。
【００４５】
このようにして、運転状態に応じてエンジンに対する燃料の噴射量、噴射時期が制御されるのであり、またこれに対応して制御される排気還流量の制御システムについて、図２によって説明する。
【００４６】
図２は排気還流システムを示すものであって、５１はディーゼルエンジン、５２は吸気通路、５３は排気通路、５４は排気通路５３の排気の一部を吸気通路５２に還流するための排気還流通路である。
【００４７】
吸気通路５２は吸入空気量を測定するためのエアフローメータ５５が設置され、その下流に吸入空気を２段階に絞り込む吸気絞弁５６が設けられる。この吸気絞弁５６の下流側に前記した排気還流通路５４が接続され、また排気還流通路５４の途中には排気還流量をコントロールするための排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）５７が介装される。
【００４８】
したがって、排気通路５３から吸気通路５２に流れる排気の還流量は、吸気絞弁５６の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路５３との排圧との差圧に応じると共に、そのときのＥＧＲ弁５７の開度に対応して決定される。
【００４９】
前記吸気絞弁５６は負圧アクチュエータ５６ａにより開度が２段階に制御され、負圧アクチュエータ５６ａには第１の電磁弁６１を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第１負圧通路６２と、第２の電磁弁６３を介して同じく負圧を導く第２負圧通路６４とが接続され、これら電磁弁６１，６３によって調圧された負圧により、吸気絞弁５６の開度を２段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【００５０】
たとえば、第１の電磁弁６１が負圧導入を止め、大気圧を導入し、第２の電磁弁６３が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ５６ａの負圧は弱く、吸気絞弁５６の開度は比較的大きくなり、これに対して、第１の電磁弁６１も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞弁５６の開度は小さくなる。また、第１、第２の電磁弁６１，６３が共に大気圧を導入しているときは、吸気絞弁５６はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【００５１】
前記ＥＧＲ弁５７はステップモータ５７ａの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じて排気還流通路５４を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。
【００５２】
７０はコントローラであって、このコントローラ７０が前記した第１、第２電磁弁６１，６３と、ステップモータ５７ａの作動を制御し、排気還流量を制御するが、この発明では、排気通路５３に排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ５９が設けられていて、このＮＯｘ濃度センサ５９の出力に基づいて後述するように、排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算し、このＮＯｘ排出量が、予め運転状態に対応して設定したＮＯｘ排出量と一致するように、排気還流量がフィードバック制御される。
【００５３】
このため、コントローラ７０には、エアフローメータ５５と、図示しないエンジン回転数センサ、エンジン負荷を検出するアクセル開度センサ（これらは図１を参照）からの信号が入力し、また同時に排気通路５３に設けたＮＯｘ濃度センサ５９からの信号も入力し、これらにより、運転状態に応じて目標とするＮＯｘ排出量が設定されると共に、排気流量とＮＯｘ濃度とから排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算し、これら目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが一致するように、ＥＧＲ弁５７の開度をフィードバック制御するのである。
【００５４】
コントローラ７０で制御される内容は、図３のブロック図として表すことができる。
【００５５】
すなわち、回転数検出手段と負荷検出手段からの出力に基づいて、目標ＮＯｘ排出量検索手段において、運転状態に応じての目標とするＮＯｘ排出量が検索される。さらにこの目標値を動的に補償する手段が設けられる。吸気量検出手段とＮＯｘ濃度検出手段からの各出力は、それぞれ応答遅れ補償手段で補償され、実測ＮＯｘ排出量演算手段において、これら吸気量とＮＯｘ濃度とから排気中に含まれるＮＯｘ排出量が算出される。そして、比較手段において、これら目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが比較され、これらの差異がなくなるように、目標とするＥＧＲ弁のリフト量が演算される。つまり、目標ＮＯｘ排出量よりも実際のＮＯｘ排出量が多いときには、ＥＧＲ弁のリフト量（弁開度）は大きくなり、逆に少ないときはＥＧＲ弁のリフト量は小さくなる。この結果はＥＧＲ弁駆動手段に出力され、これに基づいてＥＧＲ弁のリフト量がフィードバック制御される。
【００５６】
コントローラ７０におけるこれらの制御内容について、以下のフローチャートにより、さらに詳しく説明する。
【００５７】
図４〜図１８には第１の実施形態を示す。
【００５８】
まず、図４はシリンダ吸入新気量をＱａｃを演算するフローであり、これはエンジン回転に同期して実行される（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００５９】
ステップ１ではエアフローメータＡＭＦの出力を読み込み、ステップ２でその出力電圧からテーブル変換で吸気量を演算する。ステップ３ではこの吸気量の荷重平均処理を行って荷重平均値Ｑａｓ０を算出する。
【００６０】
ステップ４でエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ５では前記したＱａｓ０とＮｅ及び定数ＫＣＯＮ＃から、一シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０を、Ｑａｃ０＝Ｑａｓ０／Ｎｅ×ＫＣＯＮ＃として演算する。ステップ６では吸気コレクタ入口の新気量Ｑａｃｎを、Ｑａｓ０のｎ回演算分のディレイ処理を行うことにより算出する。
【００６１】
そして、ステップ７ではシリンダ吸入新気量Ｑａｃを、ステップ６で求めた新気量Ｑａｃｎを容積比Ｋｖｏｌと体積効率相当値Ｋｉｎを用いて次のようにして演算する。
【００６２】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１×（１−Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ）＋Ｑａｃｎ×Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ
ただし、Ｋｖｏｌ＝Ｖｃ／Ｖｍで、Ｖｃは１シリンダ容積、Ｖｍは吸気系容積を表す。
【００６３】
このようにして、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを求め、処理を終了する。
【００６４】
図５は燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６５】
まず、ステップ１でエンジン回転数Ｎｅとコントロールレバー開度（アクセル開度）ＣＬを読み込む。ステップ２では、これらＮｅとＣＬとから、図６に示すような、燃料噴射特性マップを検索して、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを算出する。
【００６６】
ステップ３でこの基本燃料噴射量を水温等による補正を行い、Ｑｓｏｌ１を求める。さらに、ステップ４では図７に示すような最大燃料噴射量マップにしたがって、最大燃料噴射量の制限を行い、補正されたＱｓｏｌ１が最大噴射量ＱｓｏｌＭＡＸを越えることのないように制限し、最終的な燃料噴射量Ｑｓｏｌとし、処理を終了する。
【００６７】
次に図８は運転状態によって決まる目標とするＮＯｘ排出量を演算するためのフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６８】
ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込み、ステップ２で目標とするＮＯｘ排出量であるＮＯｘ＿ｔ０を、図９のような目標ＮＯｘ排出量マップから、ＮｅとＱｓｏｌに基づいて検索し、処理を終了する。
【００６９】
図１０は、前記目標ＮＯｘ排出量を過渡運転時に補正するため、エンジンの過渡運転を判別するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００７０】
ステップ１で燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ２では、予め設定された所定の計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎをそれぞれ読み込む。
【００７１】
そして、ステップ３では、これら各燃料噴射両Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅの所定のサイクル前の各値との、差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを次のように演算する。
【００７２】
ｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｚｎ
運転状態が過渡状態にあるかどうかを判別するため、ステップ４では図１１に示すような判定テーブルによって、それぞれｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅについて定常領域にあるか加速（過渡）領域にあるかを判断し、これらの結果のアンドをとって、例えば、これらのうち２つ以上が過渡であるときに過渡と判定し、過渡判定フラグＦ＿ｔｒをたてる。
【００７３】
次いで、図１２は目標とするＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００７４】
ステップ１で過渡フラグＦ＿ｔｒを読み込み、ステップ２で過渡運転であるかどうか判定し、もし、過渡運転ならばステップ３に以降に進み、目標ＮＯｘ排出量の進み補正を行い、過渡運転でなければステップ５に進む。
【００７５】
ステップ３では、検索された目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔについてのＥＧＲ制御系の一次遅れ相当値Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔを次式のようにして算出する。
【００７６】
Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔ＝Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔｎ−１×（１−Ｋ＿ＮＯｘｔ＃）＋ＮＯｘ＿ｔ０×Ｋ＿ＮＯｘｔ＃
ただし、Ｋ＿ＮＯｘｔ＃はＥＧＲ制御系時定数相当値である。そして、ステップ４ではＥＧＲ制御系の遅れに対する補正ゲイン分だけ、目標ＮＯｘ排出量を進み補正し、これをＥＧＲ制御系の遅れ補正後の目標ＮＯｘ排出量であるＮＯｘ＿ｔとする。ＮＯｘ＿ｔは次のようにして求められる。
【００７７】
ＮＯｘ＿ｔ＝ＧＫ＿ＮＯｘ＃×ＮＯｘ＿ｔ０−（ＧＫ＿ＮＯｘ＃−１）×Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔｎ−１
なお、ＧＫ＿ＮＯｘ＃は進み補正ゲインである。このようにして、過渡運転時にはＥＧＲ制御系の遅れ分に相当して、目標ＮＯｘ排出量を進み側に補正し、応答遅れを補償する。
【００７８】
なお、ステップ５に進んだ場合（定常時）は、そのままＮＯｘ＿ｔ＝ＮＯｘ＿ｔ０として、処理を終了する。
【００７９】
図１３は燃料噴射量、吸入空気量のサイクル処理のフローである。なお、この演算動作は１０ｍｓ毎に実行される。
【００８０】
排気中のＮＯｘ濃度に基づいて排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算するために、吸入新気量と燃料噴射量については、サイクル処理をして、時間的なずれを一致させる。
【００８１】
ステップ１では吸入新気量Ｑａｃと、燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込む。ステップ２でＱａｃとＱｓｏｌにサイクル処理を施し、Ｑａｃはシリンダ数が１を引いた分、Ｑｓｏｌは同じく２を引いた分のディレイ処理をする。すなわち、吸入空気量Ｑａｃｅ＝Ｑａｃ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）、また、燃料噴射量Ｑｆ０＝Ｑｓｏｌ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿２）として、処理を終了する。
【００８２】
図１４は、これらサイクル処理をした結果に基づいて、ＮＯｘ濃度、吸入空気量、回転数から実際に排出されるＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００８３】
ステップ１では、図１３で求めた、吸入空気量Ｑａｃｅと燃料噴射量Ｑｆ０を読み込み、ステップ２では、吸入空気量重量を吸気乾燥モル流量Ｍ＿Ｑａｃとして、次式にしたがって換算する。
【００８４】
Ｍ＿Ｑａｃ＝（Ｑａｃｅ／ＭｏｌＡｉｒ＃）−Ｑｆ０／１０００×ＨＦ／（ＣＦ＋ＨＦ）×ＡＨ／４
ただし、ＨＦはＨの質量比１．８５、ＣＦはＣの質量比１２．００、ＡＨはＨの原子量１．００７９である。また、ＭｏｌＡｉｒ＃は見かけ上の分子量を意味する。
【００８５】
次にステップ３ではエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ４でＮＯｘ濃度センサの出力ＮＯｘ＿ｉ１を読み込む。ステップ５では、センサ出力電圧ＮＯｘ＿ｉ１とＮＯｘ濃度の関係を与えたテーブルから、ＮＯｘ濃度Ｃ＿ＮＯｘを電圧変換により求める。
【００８６】
そしてステップ６において、ＮＯｘ排出重量ＮＯｘ＿ｉ０を、吸気乾燥モル流量Ｍ＿Ｑａｃと、エンジン回転数Ｎｅ、ＮＯｘ濃度Ｃ＿ＮＯｘとに基づいて、次式のようにして演算する。
【００８７】
ＮＯｘ＿ｉ０＝Ｍ＿Ｑａｃ×Ｃ＿ＮＯｘ×（ＡＮ＋２×Ａ０）×Ｎｅ×Ｎｚ／３６００／２
なお、ＡＮはＮの分子量、ＡＯはＯの分子量、Ｎｚは気筒数を表す。
【００８８】
排気中のＮＯｘ濃度が分かれば、これと排気流量との関係から、ＮＯｘ排出量が算出でき、排気流量は吸入空気量とエンジン回転数等から演算できる。
【００８９】
ステップ７ではＮＯｘ濃度センサの出力の応答遅れを一次遅れと見なし、時定数相当分だけ、次式のようにして、進み処理を施し、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉを求める。
【００９０】
ＮＯｘ＿ｉ＝［ＮＯｘ＿ｉ０−ＮＯｘ＿ｉｎ−１（１−Ｋ＿ＮＯｘｉ＃）］／Ｋ＿ＮＯｘｉ＃
次に、図１５は、上記のようにして求めた目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とに基づいて、排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）のリフト量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００９１】
まず、ステップ１では前述のようにして求めた目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔと、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉとを読み込み、ステップ２で目標値と実測値との差異ｄＮＯｘを求める。ｄＮＯｘ＝ＮＯｘ＿ｔ−ＮＯｘ＿ｉとなる。
【００９２】
そして、ステップ３では、目標値と実測値との差異ｄＮＯｘに基づいて、図１６（Ａ）に示すようなテーブルから、ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するための制御項として、比例項（Ｐ分）、積分項（Ｉ分）、微分項（Ｄ分）を検索し、さらに実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉに基づいて、図１６（Ｂ）のテーブルにしたがって、それぞれのＰ分、Ｉ分、Ｄ分の補正値、Ｐｈｏｓ、Ｉｈｏｓ、Ｄｈｏｓを求め、そしてこれらから、（Ｐ分×Ｐ分補正値）＋（Ｉ分×Ｉ分補正値）＋（Ｄ分×Ｄ分補正値）としてＰＩＤ処理する。これらに基づいて、前記した差異ｄＮＯｘが０となるように、ステップ４においてＥＧＲ弁の制御目標値Ｌｉｆｔが演算される。
【００９３】
このようにして、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが一致するように、ＥＧＲ弁の開度（リフト量）がフィードバック制御される。
【００９４】
次に全体の作用を説明する。
【００９５】
エンジンの運転状態に応じて目標とするＮＯｘの排出量が設定されると、これに応じてＥＧＲ弁５７の開度（リフト量）が調整される。これにより、排気通路５３から吸気通路５２へと排気の一部が還流される。
【００９６】
なお、排気通路５３の圧力と吸気通路５２との差圧に応じて排気が還流されるが、一般にディーゼルエンジンでは吸入負圧が小さく、ＥＧＲ弁５７の開度を大きくしても、排気還流量が要求どおりに増加しないこともある。そこで、要求排気還流量の大きい運転状態では、吸気絞弁５６の開度を全開から絞り込み、その下流に発生する負圧を調節する。
【００９７】
排気の一部が吸気中に還流されることで、燃焼の最高温度、圧力が下がり、ＮＯｘの発生量が抑制される。一方で、排気還流量が多くなると、パティキュレート（ＰＭ）やその他の排気成分も悪化する。
【００９８】
ＮＯｘの排出量を所定の状態に抑制できるならば、それ以上に排気還流量を増やすことは、ＰＭの悪化を招くだけとなる。
【００９９】
そこで、排気中に含まれるＮＯｘ排出量が、ＮＯｘ濃度センサ５９の出力と、排気流量に基づいて演算され、このＮＯｘ排出量が、目標とするＮＯｘ排出量と一致するように、ＥＧＲ弁５７の開度がフィードバック制御される。
【０１００】
このため、実際のＮＯｘ排出量が目標値よりも多いときは、ＥＧＲ弁５７の開度を大きくして排気還流量を増やし、これによりＮＯｘ排出量を目標値まで減らし、また逆に実際のＮＯｘ排出量が目標値よりも少ないときは、過剰に排気還流が行われていることを意味し、ＥＧＲ弁５７の開度が減らされ、ＮＯｘ排出量が目標値と一致するように制御される。
【０１０１】
このようにして、常に目標とするＮＯｘ排出量となるように、排気還流制御が行われるが、この場合、ＮＯｘ濃度センサ５９、ＥＧＲ弁５７並びに作動流体（吸入空気、排気）の動的挙動を考慮した物理モデルを用いてＮＯｘ排出量を計測（算出）することで、定常運転時だけでなく過渡運転時にも、所定の目標ＮＯｘ排出量に対して位相遅れを生じることなく、精度よくフィードバック制御することができる。このため、従来の排気還流制御装置に比較して、構成部品の精度的バラツキや経時劣化に起因してのＮＯｘ排出量のバラツキを大幅に抑制することができる。
【０１０２】
また、直接的にＮＯｘ排出量を計測してフィードバック制御するので、図１７や図１８に示すような、大気圧や湿度などの環境変化に対する補正の必要がなくなる。つまり、一般的には大気圧が低くなれば酸素濃度が低下し、同一ＥＧＲ量に対してＮＯｘの排出量が低下する反面、ＰＭの排出量は増大する傾向があるが、常に目標ＮＯｘ排出量となるようにＥＧＲすることで、大気圧が変化しても、ＰＭの排出量の変動を防ぐことができる。同じように、吸入空気中の湿度が高くなると燃焼温度が相対的に下がり、同一ＥＧＲ量に対しては、ＮＯｘの排出量が減少する反面、ＰＭが増加するが、目標ＮＯｘ排出量となるようにＥＧＲを制御することで、湿度が変動しても、ＰＭの排出量の変動を防止できる。
【０１０３】
この結果、大気圧、湿度にもとづくＥＧＲの補正が不要となり、そのための大気圧、湿度センサ等も必要なく、一方でＰＭやスモークの悪化も回避できる。
【０１０４】
次に他の実施の形態について説明する。
【０１０５】
ディーゼルエンジンの場合、ＮＯｘ排出量に最も影響の大きい制御パラメータとしては、ＥＧＲ率があるが、この他にも燃料噴射時期、あるいは吸気スワールの強さなどの影響を受ける。いま、燃料噴射時期に起因してＮＯｘ排出量が変動すれば、これは当然のことながらＮＯｘ濃度センサ５９の出力にも反映され、例えば噴射時期が設定値よりも進角しているためにＮＯｘ排出量が増えたとすると、その分だけＥＧＲ量を増やしてＮＯｘを低減するように修正がかかるが、これに伴いスモークやＰＭも悪化し、とくに定常時に比較して加速時などにこの傾向が強まる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態では、ＥＧＲ以外のＮＯｘ排出量に影響を及ぼす制御パラメータが、目標値と実測値が一致しているかどうか判断し、この差に応じて目標ＮＯｘ排出量を補正することにより、スモークやＰＭの悪化を防止するようにした。
【０１０７】
図１９〜図２１は、制御パラメータとして燃料噴射時期を例にして、目標ＮＯｘ排出量を制御するものである。
【０１０８】
まず、図１９は目標ＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１０９】
ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌとを読み込み、これらに基づいて、前記した図９のようなマップを検索し、目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔＭを読み込む。そして、ステップ３では、後述する図２１にしたがって求めた目標ＮＯｘ補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを読み込む。そして、ステップ４で目標ＮＯｘ排出量の補正を次のようにして行う。
【０１１０】
ＮＯｘ＿ｔ０＝ＮＯｘ＿ｔＭ×ＮＯｘ＿ｈｏｓ
このようにして目標ＮＯｘ排出量を補正し、ＮＯｘ＿ｔ０として演算を終了する。
【０１１１】
図２０は、目標ＮＯｘの補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１１２】
ステップ１で運転状態に応じて設定された目標とする燃料噴射時期ＩＴｓと、ノズルリフトセンサの出力から求めた実際の燃料噴射時期ＩＴｉを読み込み、ステップ２で目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差Ｄｉｔを、Ｄｉｔ＝ＩＴｓ−ＩＴｉとして求める。
【０１１３】
ステップ３ではこのＤｉｔに基づいて、図２１に示すような特性で設定した目標ＮＯｘ補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを、テーブルから求め、演算を終了する。
【０１１４】
なお、ＮＯｘ＿ｈｏｓは、目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差がゼロのときに１．０をとり、進角側、遅角側へのいずれの方向についても、ずれ量が大きくなるほど大きくなり、したがってこの補正値に基づいて調整される目標ＮＯｘ排出量は、進角、遅角側へのずれが大きくなるほど増大する。なお、この特性はエンジンの燃焼コンセプトによって変わる。
【０１１５】
その他の制御動作については、前記した第１の実施形態と同じである。
【０１１６】
このようにして、燃料噴射時期が目標噴射時期からずれると、これに応じて目標ＮＯｘ排出量を増大側に補正することで、例えば燃料噴射時期のずれに起因してのＮＯｘ発生量が増えても、ＥＧＲ量を増加させることはなく、このためＥＧＲ量の増加によってスモークやＰＭが増えるのを回避できる。とくに、加速時などスモークの発生しやすい燃料噴射量の大きい領域で、燃料噴射時期の誤差からＮＯｘ排出量が増えたときなど、ＥＧＲ量を増加することで、スモークやＰＭが極端に悪化するような問題を防止できる。
【０１１７】
なお、目標ＮＯｘ排出量を補正したことにより、ＮＯｘ排出量が増加するが、この分を見越して、ＥＧＲを増大してもスモークがあまり増大しない定常時などに、目標ＮＯｘ排出量を相対的に小さく設定すれば、トータルとしてのＮＯｘ排出量の増加は抑制できる。
【０１１８】
この例では、ＮＯｘ排出量に影響を及ぼす制御パラメータとして燃料噴射時期を取り上げて説明したが、吸気スワール比などの制御についても、同じようにして行うことができる。
【０１１９】
図２２から図２４によって、第３の実施形態を説明する。
【０１２０】
ＮＯｘ濃度センサ５９が固体電解質型で酸素通過量からＮＯｘ濃度を検出するタイプでは、減速時にエンジンに供給される燃料がカットされ、排気中の酸素濃度が大気と同じにようになると、酸素ポンプが正常に働かなくなり、センサ出力が上限値にシフトしてしまうという特性をもつ。このため、減速時には結果的にＮＯｘ排出量が過多であると誤認識し、ＥＧＲ弁を最大限にリフトさせ、弁開度を大きくする。
【０１２１】
減速時に燃料カットしているときは、エンジンからのＮＯｘの排出が無く、また燃料カットしなくてもＮＯｘの排出量は相対的に減少するはずなので、ＥＧＲ弁をこのように開く必要はなく、これに対してフューエルリカバー時には、ＥＧＲ弁が最大リフト状態から急激に閉じるにしても、応答遅れの間にＥＧＲが過大に行われ、大量ＥＧＲにより燃焼が悪化し、失火や白煙を生じたり、減速再加速時にスモークが多く発生したりする。
【０１２２】
そこで、この実施の形態では、減速運転を検出したらＮＯｘ濃度センサによるＥＧＲ弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、ＥＧＲ弁開度をオープン制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時に生じるこれらの問題を解消する。
【０１２３】
まず、図２２は減速運転を判別するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）
ステップ１で燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅをそれぞれ読み込み、また、ステップ２では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎを読み込む。ステップ３でこれら各値の設定サイクル前との差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを、それぞれｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｄｎとして演算する。
【０１２４】
そして、ステップ４では、これらｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを所定値と比較し、減速運転かどうか判定し、減速運転のときはフラグＦ＿ｄａを立てる。減速運転に移行すると、燃料噴射量、アクセル開度、エンジン回転数は所定サイクル前よりも減り、したがって前記した各差分が大きくなるので、これらから判定することができる。
【０１２５】
図２３は減速時のＥＧＲ弁の制御フローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１２６】
図２２で減速運転判定フラグＦ＿ｄａが立っているときに、この図２３のフローに進むのであり、ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込む。そして、ステップ２でこれらＮｅとＱｓｏｌとから、図２４に示すようなＥＧＲ弁のリフトマップから目標ＥＧＲ弁のリフト量を検索する。
【０１２７】
減速時のＥＧＲ弁のリフト量は、燃料噴射量、回転数が大きいほど小さくなり（弁開度小）、アイドル回転に近い状態でのリフト量は大きくなる。
【０１２８】
目標ＥＧＲ弁のリフト量が決まったら、これに基づいてＥＧＲ弁のリフト量をオープン制御する。なお、この減速時にはＮＯｘ排出量を目標値と一致させるためのＥＧＲ弁のフィードバック制御は中止される。
【０１２９】
このようにして、減速時にはＮＯｘ濃度センサによるＥＧＲ弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、ＥＧＲ弁開度をオープンループ制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時などに、ＮＯｘ濃度センサの誤差によりＥＧＲ弁が最大開度まで開くのを防ぎ、ＥＧＲ弁の開き過ぎによる燃焼状態の悪化を防止する。
【０１３０】
次に図２５、図２６により、ＥＧＲ弁の故障判別を行う実施の形態について説明する。
【０１３１】
ＮＯｘ排出量についてはフィードバック制御しているわけであるから、実測ＮＯｘ排出量は目標値と一致するはずである。しかし、ＥＧＲ弁の故障状態では実測ＮＯｘ排出量は目標値から大きくずれてくる。
【０１３２】
そこでこの実施形態では、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差からＥＧＲ弁の故障を判定するようにした。
【０１３３】
まず図２５は過渡運転状態にあるかどうかを判定するフロー（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）であり、ステップ１では、燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅをそれぞれ読み込み、また、ステップ２では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎを読み込む。ステップ３でこれら各値の設定サイクル前との差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを、それぞれｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｄｎとして演算する。そして、ステップ４では、これらｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを所定値と比較し、差分が所定値以上のときは前述した図１０と同じようにして、過渡運転と判定し、過渡運転フラグＦ＿ｔｒｌを立てる。
【０１３４】
図２６はＥＧＲ弁の故障判別フローであり（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）、まずステップ１において、図２５のフラグの結果から、過渡運転中かどうかを判定する。
【０１３５】
過渡運転中ならば、ＥＧＲ弁の作動が正常であっても、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とは大きくずれることもあるため、故障判定は中止する。
【０１３６】
過渡運転中でないとき、ステップ２に進み、前回または所定サイクル前の目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔと、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉとの差分ｄＮＯｘを読み込む。そして、ステップ３において、この差分ｄＮＯｘと実測ＮＯｘ＿ｉとの比率、つまりｄＮＯｘ／ＮＯｘ＿ｉを、予め設定された故障判定敷居値ＤＩＡＧ＿ＥＧＲと比較する。
【０１３７】
実測ＮＯｘ排出量に対する差分ｄＮＯｘの比率が所定値以下のときは、ステップ５に進み、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差が小さく、ＥＧＲ制御は正常に行われている、つまりＥＧＲ弁の作動は正常と判断する。
【０１３８】
しかし、実測ＮＯｘ排出量に対するｄＮＯｘの比率が所定値以上のときは、ステップ６に移行し、フィードバック制御しているにもかかわらず目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量には大きな差があり、ＥＧＲ制御が正常でないものと判断し、ステップ７において警告灯を点灯するなどして異常状態を知らせる。なお、必要に応じては、このときに燃料噴射量を制限し、故障に対する修理を促すフェールモードとしてもよい。
【０１３９】
このようにして、簡単な構成によってＥＧＲ弁の故障などの異常を判定することができる。
【０１４０】
なお、以上については、ディーゼルエンジンに適用した場合を説明したが、本発明はガソリンエンジンについても、同じようにして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料供給系を示す概略構成図。
【図２】同じく排気還流制御系を示す概略構成図。
【図３】本発明の制御系のブロック図。
【図４】第１の実施形態の制御内容を示すもので、シリンダ吸入空気量を演算するためのフローチャート。
【図５】同じく燃料噴射量を演算するためのフローチャート。
【図６】同じく燃料噴射特性を示す特性図。
【図７】同じく最大噴射量特性を示す特性図。
【図８】同じく目標ＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図９】同じく目標ＮＯｘ排出量特性を示す特性図。
【図１０】同じく過渡運転を判定するためのフローチャート。
【図１１】同じく過渡運転判定フラグの特性図。
【図１２】同じく目標ＮＯｘ排出量の進み処理を演算するためのフローチャート。
【図１３】同じくサイクル処理をするためのフローチャート。
【図１４】同じくＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図１５】同じくＥＧＲ弁のリフト量を演算するためのフローチャート。
【図１６】同じくＰ．Ｉ．Ｄ定数の特性を示すもので、（Ａ）はＰ．Ｉ．Ｄ分、（Ｂ）はＰ．Ｉ．Ｄ分の補正値を示す。
【図１７】同じく大気圧とＮＯｘ排出特性の関係を示す説明図。
【図１８】同じく湿度とＮＯｘ排出特性の関係を示す説明図。
【図１９】第２の実施形態の制御内容を示すもので、目標ＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図２０】同じく目標ＮＯｘ排出量の補正値を演算するためのフローチャート。
【図２１】同じく補正値の特性を示す特性図。
【図２２】第３の実施形態の制御内容を示すもので、減速運転状態を判定するためのフローチャート。
【図２３】同じく減速状態でのも目標ＥＧＲ弁リフト量を演算するためのフローチャート。
【図２４】同じく目標ＥＧＲ弁のリフト特性を設定した特性図。
【図２５】第４の実施形態の制御内容を示すもので、過渡運転状態を判定するためのフローチャート。
【図２６】同じくＥＧＲ弁の故障を判定するためのフローチャート。
【符号の説明】
５１ ディーゼルエンジン
５２ 吸気通路
５３ 排気通路
５４ 排気還流通路
５５ エアフローメータ
５７ 排気還流制御弁
５７ａ ステップモータ
５９ 排気濃度センサ
７０ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関から排出されるＮＯｘ濃度を検出しながら排気還流量を制御する排気還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関から排出されるＮＯｘを低減するために、排気の一部を吸気中に還流し、燃焼の最高温度、圧力を下げる排気還流（ＥＧＲ）装置が知られている。
【０００３】
ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲをすると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、一般に排気微粒子（パティキュレート：ＰＭ）や他の排気成分が悪化する傾向がある。とくに、このＮＯｘとＰＭのトレードオフの関係はＥＧＲ量が多い、あるいは空気過剰率が低い場合ほど顕著となる。したがってＮＯｘとＰＭの排出量をバランスよく減らすには、運転条件に応じてＥＧＲを精密に制御する必要がある。
【０００４】
そこで従来、例えば特開昭６１−２７９６７号公報によれば、エンジン回転数、負荷、吸入空気圧を因数としてＥＧ率を決定し、これに応じてＥＧＲ弁の開度を制御し、ＮＯｘ排出量が所定値以下となるように制御している。また、大気圧によってエンジン吸気充填効率が変化すると、スモークやＰＭを悪化させずにＮＯｘを低減するための要求ＥＧＲ率も変化する変化するので、特開昭６３−２３９３５３号公報によって、大気圧をモニターして、高地走行時などＥＧＲを減少補正するものがある。
【０００５】
しかし、このようにＥＧＲ制御を行っても、オープン制御が多いために、実際のＥＧＲ量は常に目標値に一致するとは限らず、エンジン毎のＮＯｘ排出量にバラツキがあったりしていた。
【０００６】
また、仮にＥＧＲ量をフィードバック制御するにしても、例えば空気中の水分などによってエンジンの燃焼条件が変動したりすると、同一のＥＧＲ量であってもＮＯｘやＰＭの実際の排出量が変化することもある。
【０００７】
また、ＥＧＲ弁の開度をステップモータにより制御する場合、目標値に対応したステップ数を決めるので、ＥＧＲ弁の開度も対応して決まり、目標どおりのＥＧＲ弁開度に制御できる。ただし、ステップモータの脱調などによるＥＧＲ弁の異常や故障も無いわけではないので、これらの対策として、特開平６−２４９０７７号公報、特開平６−２２９３２３号公報にあるように、吸気と排気の差圧を検出してＥＧＲ弁の故障を判定したり、特開平７−４２６２２号公報のようにＥＧＲ温度を検出して故障診断を行う、あるいは特開平６−１３７２１９号公報にあるように測定したＥＧＲ量を予測ＥＧＲ量と比較することで、故障を診断するものがある。
【０００８】
しかし、このようにＥＧＲ弁の故障診断のために新たなセンサや診断ロジックを設けることは、制御の複雑化やコストアップを招き、好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、従来のＥＧＲ装置にあっては、ＥＧＲ量のフィードバック制御などにより、ＥＧＲ量の制御精度は上がっても、実際にＮＯｘの排出状態を検出しているわけではないので、目標通りにＥＧＲ制御が行われても、エンジンによってはＮＯｘの排出量が規定の水準に達していなこともあり、エンジンの劣化等を含めて、長期間にわたり安定してＮＯｘを低減できるとは限らない。
【００１０】
ところで、近年、排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサの開発が進んでおり、例えばＳＡＥ９６０３４４にあるような固体電解質タイプのＮＯｘセンサや、特開平７−３２５０５９号公報で提案されているような単結晶様構造をもつ物質をＮＯｘ感応体としてＮＯｘ濃度を検出するものが知られている。
【００１１】
そこで、この発明は、排気中のＮＯｘ濃度に基づいて実際のＮＯｘ排出量を算出し、このＮＯｘ排出量が運転条件に応じての目標値と一致するようにフィードバック制御することにより、ＮＯｘ排出量をバラツキなく低減することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、ＮＯｘ濃度センサの検出特性からＮＯｘ排出量の応答遅れや検出誤差に起因しての制御の不安定化を回避することをも目的とする。
【００１３】
また、本発明は、ＥＧＲ弁の異常についても、特別なセンサを追加することなく、確実に診断できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１または第２の発明は、エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするＮＯｘ排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期または吸気スワール比率の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標ＮＯｘ排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とＮＯｘ濃度センサの応答遅れを補正して求めたＮＯｘ濃度とに基づいて実際のＮＯｘ排出量を演算する手段と、実測ＮＯｘ排出量が前記補正された目標ＮＯｘ排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備える。
【００１８】
第３の発明は、前記排気還流制御弁のフィードバック制御手段が、少なくとも減速運転中など排気中の酸素濃度が高いときにフィードバック制御を中止し、機関回転数と負荷に応じた排気還流制御弁の開度にオープン制御する。
【００１９】
第４の発明は、前記目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差異が予め設定した値以上のときに排気還流制御弁が故障であると判定し、警告する手段を備える。
【００２０】
第５の発明は、前記故障判定警告手段が、過渡運転時には故障判定を中止するようになっている。
【００２１】
【発明の作用・効果】
第１または第２の発明において、エンジンの運転状態に応じて目標とするＮＯｘ排出量が設定されると、排気還流制御弁の開度が調整され、排気の一部が排気還流通路から吸気中に還流され、これにより機関の燃焼最高温度、圧力を下げ、燃焼時に発生するＮＯｘを低減する。一方、排気中のＮＯｘ濃度が検出され、このＮＯｘ濃度と、このときのエンジン回転数、吸入空気量とに基づいて、ＮＯｘの排出量が演算される。そして、この演算されたＮＯｘの排出量が目標とするＮＯｘ排出量よりも多ければ、排気還流制御弁の開度を増大し、吸気中に還流される排気還流量を多くすることによりＮＯｘの発生量を低減する。逆に、ＮＯｘの排出量が目標排出量よりも少ないときは、排気還流制御弁の開度を小さくして、排気還流量を減少させる。
【００２２】
このようにして、常に目標とするＮＯｘ排出量となるように排気還流量を制御することで、過剰な排気還流による運転性や他の排気成分の悪化を防ぎ、また、吸気中の湿度や大気圧の影響によるＮＯｘ排出量の変動を防止し、ＮＯｘの排出量を目標とする基準状態に精度よく低減できる。
【００２３】
また、ＮＯｘ濃度センサの応答遅れ分を考慮してＮＯｘ排出量を演算するので、実際のＮＯｘ排出量を正確に把握することができ、制御精度の向上が図れる。
【００２５】
さらに、例えば燃料噴射時期が目標噴射時期よりも早くなると、ＮＯｘは相対的に増加し、また、吸気スワール比率が高まると、同じくＮＯｘは増加する。このときには、目標ＮＯｘ排出量をそのままにしておくと、フィードバック制御により排気還流量が大きくなり、パティキュレートやスモークが増大してしまうので、目標ＮＯｘ排出量を減少側に補正することで、これらの増大を抑制できる。
【００２６】
第３の発明では、減速運転による燃料カット時など、排気中の酸素濃度の高いときは、ＮＯｘ濃度センサが正常には働かず、ＮＯｘ濃度を過剰に検出する誤差を生じる。このため、減速後の燃料供給再開直後などに排気還流が過大となり、運転性やパティキュレートなどが悪化する。そこで減速運転中は排気還流量のフィードバック制御を中止し、エンジン回転数と負荷によりオープン制御することで、減速後の燃料供給再開時に排気還流制御弁の開度が必要以上に大きくなり過ぎるのを防ぎ、良好な運転性などを確保する。
【００２７】
第４の発明において、排気還流量のフィードバック制御により、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とは一致しなければならないにもかかわらず、この差が大きいときは、排気還流制御弁を含む制御系に故障などの異常が発生したものと見なすことができる。故障のままでは、ＮＯｘ排出量を目標値に制御することは不能となる。したがって、このようなときは故障を判定し、警告をすることにより、修理などを促す。
【００２８】
第５の発明において、過渡運転中は、フィードバック制御の応答性を含めて、目標ＮＯｘ排出量に対して実測値は誤差を生じやすい。このときにもこれらの差から故障判定を行えば正確な判定はできない。そこで、このような場合には故障判定を中止することで、故障判定の信頼性を高められる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合の実施形態を説明する。
【００３０】
まず、図１にディーゼルエンジンの燃料噴射システムを示す。
【００３１】
図１において、エンジン回転に同期して回転駆動される燃料噴射ポンプ１の入力軸６ａには、燃料を予圧するフィードポンプ６が取付けられ、さらに同軸上には入力軸６ａと同一的に回転すると共に、軸方向に往復運動するように連結されたプランジャ２が配置される。
【００３２】
フィードポンプ６はポンプ室７に加圧した燃料を送り出し、かつ余剰燃料は図示しない燃料タンクへと還流され、ポンプ室７の圧力を一定に維持する。
【００３３】
プランジャ２には気筒数に対応したカム山をもつフェイスカム２ａが同軸に設けられ、フェイスカム２ａがローラ８ａに乗り上げる毎にプランジャ２が軸方向に往復運動する。例えば６気筒エンジンならば、入力軸６ａが１回転すると、この間にフェイスカム２ａが６回だけローラ８ａに乗り上げ、プランジャ２が６回往復運動する。プランジャ２が往復運動すると、その都度、プランジャ室２ｂに燃料を吸込み、加圧する。なお、２ｋはフェイスカム２ａに対抗してプランジャ２を押し戻すリタンースプリングである。
【００３４】
プランジャ２の伸び出し行程において、プランジャ室２ｂには、前記ポンプ室７からの燃料が、燃料停止弁１０及びプランジャ２に設けたスリット２ｊを経由して吸入される。
【００３５】
これに対して、プランジャ２の圧縮行程でプランジャ室２ｂの加圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル１１に圧送するため、プランジャ２の軸心に沿って、プランジャ室２ｂと連通する連通路２ｃが形成され、この連通路２ｃは途中において半径方向に分岐する高圧通路２ｄをもち、またその先端部において同じく半径方向に貫通する放出通路２ｅが形成される。
【００３６】
プランジャ２の回転位置に応じて高圧通路２ｄと選択的に接続するように、プランジャ２の周囲のシリンダ２ｆの内周には、エンジン気筒数に対応した数のポート２ｇが均等に配置され、各ポート２ｇにはそれぞれデリバリバルブ２ｈ（１つだけしか図示していない）が接続し、このデリバリバルブ２ｈから燃料噴射ノズル１１へと燃料が圧送される。
【００３７】
プランジャ２は１回転する度に６回往復し、その都度吸入した燃料を加圧するが、加圧燃料が連通路２ｃから高圧通路２ｄに押し込まれ、このときプランジャ２の回転位置により連通するポート２ｇに加圧燃料が送り込まれ、対応するデリバリバルブ２ｈを介して燃料噴射ノズル１１に燃料が圧送される。
【００３８】
一方、プランジャ２の外周にはコントロールスリーブ３が摺動自在に嵌合し、通常は前記放出通路２ｅを被覆して閉じているが、プランジャ２の圧縮方向への移動により、やがて放出通路２ｅを解放する。これにより、プランジャ室２ｂの圧力が解放され、デリバリバルブ２ｈから燃料噴射ノズル１１への燃料の圧送が終了する。
【００３９】
したがって、燃料噴射ノズル１１に送り込まれる燃料量は、コントロールスリーブ３の位置により変化し、プランジャ２の圧縮方向への移動時に、早期に放出通路２ｅを解放すれば、燃料噴射量は少なく、逆に放出通路２ｅの解放時期が遅くなると、燃料噴射量は多くなる。
【００４０】
この燃料噴射量を制御するため、コントロールスリーブ３の位置を自由に変化させるロータリソレノイド４が設けられ、このロータリソレノイド４には燃料噴射量コントロールユニット１８からの燃料の噴射信号が供給され、これに応じてコントロールスリーブ３の位置を変える。なお、コントロールスリーブ３の位置は位置センサ５によって検出され、コントロールユニット１８にフィードバックされる。
【００４１】
次に、前記したフェイスカム２ａが乗り上げるローラ８ａは、タイマピストン８によって、そのフェイスカム２ａの円周方向の位置が制御される。なお、図示したタイマピストン８は、説明の便宜上、実際の位置から９０度だけ回転させてある。タイマピストン８の両側には、低圧室８ｂと高圧室８ｃとが設けられ、高圧室８ｃの圧力は、コントロールバルブ９によって高圧燃料の一部を低圧室８ｂに逃がす量を制御することにより調整され、これによってタイマピストン８の位置が変化する。
【００４２】
タイマピストン８の位置が変化し、フェイスカム２ａの回転方向にローラ８ａの位置を進めると、フェイスカム２ａがローラ８ａに乗り上げる位置が相対的に遅れ、プランジャ２による燃料の加圧開始時期、つまり燃料の噴射時期が遅くなり、逆にフェイスカム２ａの回転と反対方向にローラ８ａの位置を遅らせると、プランジャ２による加圧開始時期が早まり、燃料噴射時期が早くなる。
【００４３】
前記したコントロールユニット１８からの信号により、運転状態に応じてコントロールバルブ９の作動が制御され、タイマピストン８の位置が調整され、燃料噴射時期が進角、遅角制御される。
【００４４】
なお、このコントロールユニット１８には、燃料噴射ノズル１１の開弁時期を検出するノズルリフトセンサ１２と、燃料噴射ポンプ１に供給される燃料温度を検出する燃料温度センサ１５と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ１３と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６と、ポンプ回転数を検出する回転数センサ１４などからの信号が入力し、これらに基づいて、上記した燃料噴射量、噴射時期の制御信号を演算し、出力する。
【００４５】
このようにして、運転状態に応じてエンジンに対する燃料の噴射量、噴射時期が制御されるのであり、またこれに対応して制御される排気還流量の制御システムについて、図２によって説明する。
【００４６】
図２は排気還流システムを示すものであって、５１はディーゼルエンジン、５２は吸気通路、５３は排気通路、５４は排気通路５３の排気の一部を吸気通路５２に還流するための排気還流通路である。
【００４７】
吸気通路５２は吸入空気量を測定するためのエアフローメータ５５が設置され、その下流に吸入空気を２段階に絞り込む吸気絞弁５６が設けられる。この吸気絞弁５６の下流側に前記した排気還流通路５４が接続され、また排気還流通路５４の途中には排気還流量をコントロールするための排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）５７が介装される。
【００４８】
したがって、排気通路５３から吸気通路５２に流れる排気の還流量は、吸気絞弁５６の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路５３との排圧との差圧に応じると共に、そのときのＥＧＲ弁５７の開度に対応して決定される。
【００４９】
前記吸気絞弁５６は負圧アクチュエータ５６ａにより開度が２段階に制御され、負圧アクチュエータ５６ａには第１の電磁弁６１を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第１負圧通路６２と、第２の電磁弁６３を介して同じく負圧を導く第２負圧通路６４とが接続され、これら電磁弁６１，６３によって調圧された負圧により、吸気絞弁５６の開度を２段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【００５０】
たとえば、第１の電磁弁６１が負圧導入を止め、大気圧を導入し、第２の電磁弁６３が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ５６ａの負圧は弱く、吸気絞弁５６の開度は比較的大きくなり、これに対して、第１の電磁弁６１も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞弁５６の開度は小さくなる。また、第１、第２の電磁弁６１，６３が共に大気圧を導入しているときは、吸気絞弁５６はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【００５１】
前記ＥＧＲ弁５７はステップモータ５７ａの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じて排気還流通路５４を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。
【００５２】
７０はコントローラであって、このコントローラ７０が前記した第１、第２電磁弁６１，６３と、ステップモータ５７ａの作動を制御し、排気還流量を制御するが、この発明では、排気通路５３に排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ５９が設けられていて、このＮＯｘ濃度センサ５９の出力に基づいて後述するように、排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算し、このＮＯｘ排出量が、予め運転状態に対応して設定したＮＯｘ排出量と一致するように、排気還流量がフィードバック制御される。
【００５３】
このため、コントローラ７０には、エアフローメータ５５と、図示しないエンジン回転数センサ、エンジン負荷を検出するアクセル開度センサ（これらは図１を参照）からの信号が入力し、また同時に排気通路５３に設けたＮＯｘ濃度センサ５９からの信号も入力し、これらにより、運転状態に応じて目標とするＮＯｘ排出量が設定されると共に、排気流量とＮＯｘ濃度とから排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算し、これら目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが一致するように、ＥＧＲ弁５７の開度をフィードバック制御するのである。
【００５４】
コントローラ７０で制御される内容は、図３のブロック図として表すことができる。
【００５５】
すなわち、回転数検出手段と負荷検出手段からの出力に基づいて、目標ＮＯｘ排出量検索手段において、運転状態に応じての目標とするＮＯｘ排出量が検索される。さらにこの目標値を動的に補償する手段が設けられる。吸気量検出手段とＮＯｘ濃度検出手段からの各出力は、それぞれ応答遅れ補償手段で補償され、実測ＮＯｘ排出量演算手段において、これら吸気量とＮＯｘ濃度とから排気中に含まれるＮＯｘ排出量が算出される。そして、比較手段において、これら目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが比較され、これらの差異がなくなるように、目標とするＥＧＲ弁のリフト量が演算される。つまり、目標ＮＯｘ排出量よりも実際のＮＯｘ排出量が多いときには、ＥＧＲ弁のリフト量（弁開度）は大きくなり、逆に少ないときはＥＧＲ弁のリフト量は小さくなる。この結果はＥＧＲ弁駆動手段に出力され、これに基づいてＥＧＲ弁のリフト量がフィードバック制御される。
【００５６】
コントローラ７０におけるこれらの制御内容について、以下のフローチャートにより、さらに詳しく説明する。
【００５７】
図４〜図１８には第１の実施形態を示す。
【００５８】
まず、図４はシリンダ吸入新気量をＱａｃを演算するフローであり、これはエンジン回転に同期して実行される（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００５９】
ステップ１ではエアフローメータＡＭＦの出力を読み込み、ステップ２でその出力電圧からテーブル変換で吸気量を演算する。ステップ３ではこの吸気量の荷重平均処理を行って荷重平均値Ｑａｓ０を算出する。
【００６０】
ステップ４でエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ５では前記したＱａｓ０とＮｅ及び定数ＫＣＯＮ＃から、一シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０を、Ｑａｃ０＝Ｑａｓ０／Ｎｅ×ＫＣＯＮ＃として演算する。ステップ６では吸気コレクタ入口の新気量Ｑａｃｎを、Ｑａｓ０のｎ回演算分のディレイ処理を行うことにより算出する。
【００６１】
そして、ステップ７ではシリンダ吸入新気量Ｑａｃを、ステップ６で求めた新気量Ｑａｃｎを容積比Ｋｖｏｌと体積効率相当値Ｋｉｎを用いて次のようにして演算する。
【００６２】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１×（１−Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ）＋Ｑａｃｎ×Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ
ただし、Ｋｖｏｌ＝Ｖｃ／Ｖｍで、Ｖｃは１シリンダ容積、Ｖｍは吸気系容積を表す。
【００６３】
このようにして、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを求め、処理を終了する。
【００６４】
図５は燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６５】
まず、ステップ１でエンジン回転数Ｎｅとコントロールレバー開度（アクセル開度）ＣＬを読み込む。ステップ２では、これらＮｅとＣＬとから、図６に示すような、燃料噴射特性マップを検索して、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを算出する。
【００６６】
ステップ３でこの基本燃料噴射量を水温等による補正を行い、Ｑｓｏｌ１を求める。さらに、ステップ４では図７に示すような最大燃料噴射量マップにしたがって、最大燃料噴射量の制限を行い、補正されたＱｓｏｌ１が最大噴射量ＱｓｏｌＭＡＸを越えることのないように制限し、最終的な燃料噴射量Ｑｓｏｌとし、処理を終了する。
【００６７】
次に図８は運転状態によって決まる目標とするＮＯｘ排出量を演算するためのフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６８】
ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込み、ステップ２で目標とするＮＯｘ排出量であるＮＯｘ＿ｔ０を、図９のような目標ＮＯｘ排出量マップから、ＮｅとＱｓｏｌに基づいて検索し、処理を終了する。
【００６９】
図１０は、前記目標ＮＯｘ排出量を過渡運転時に補正するため、エンジンの過渡運転を判別するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００７０】
ステップ１で燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ２では、予め設定された所定の計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎをそれぞれ読み込む。
【００７１】
そして、ステップ３では、これら各燃料噴射両Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅの所定のサイクル前の各値との、差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを次のように演算する。
【００７２】
ｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｚｎ
運転状態が過渡状態にあるかどうかを判別するため、ステップ４では図１１に示すような判定テーブルによって、それぞれｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅについて定常領域にあるか加速（過渡）領域にあるかを判断し、これらの結果のアンドをとって、例えば、これらのうち２つ以上が過渡であるときに過渡と判定し、過渡判定フラグＦ＿ｔｒをたてる。
【００７３】
次いで、図１２は目標とするＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００７４】
ステップ１で過渡フラグＦ＿ｔｒを読み込み、ステップ２で過渡運転であるかどうか判定し、もし、過渡運転ならばステップ３に以降に進み、目標ＮＯｘ排出量の進み補正を行い、過渡運転でなければステップ５に進む。
【００７５】
ステップ３では、検索された目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔについてのＥＧＲ制御系の一次遅れ相当値Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔを次式のようにして算出する。
【００７６】
Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔ＝Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔｎ−１×（１−Ｋ＿ＮＯｘｔ＃）＋ＮＯｘ＿ｔ０×Ｋ＿ＮＯｘｔ＃
ただし、Ｋ＿ＮＯｘｔ＃はＥＧＲ制御系時定数相当値である。そして、ステップ４ではＥＧＲ制御系の遅れに対する補正ゲイン分だけ、目標ＮＯｘ排出量を進み補正し、これをＥＧＲ制御系の遅れ補正後の目標ＮＯｘ排出量であるＮＯｘ＿ｔとする。ＮＯｘ＿ｔは次のようにして求められる。
【００７７】
ＮＯｘ＿ｔ＝ＧＫ＿ＮＯｘ＃×ＮＯｘ＿ｔ０−（ＧＫ＿ＮＯｘ＃−１）×Ｒ＿ＮＯｘ＿ｔｎ−１
なお、ＧＫ＿ＮＯｘ＃は進み補正ゲインである。このようにして、過渡運転時にはＥＧＲ制御系の遅れ分に相当して、目標ＮＯｘ排出量を進み側に補正し、応答遅れを補償する。
【００７８】
なお、ステップ５に進んだ場合（定常時）は、そのままＮＯｘ＿ｔ＝ＮＯｘ＿ｔ０として、処理を終了する。
【００７９】
図１３は燃料噴射量、吸入空気量のサイクル処理のフローである。なお、この演算動作は１０ｍｓ毎に実行される。
【００８０】
排気中のＮＯｘ濃度に基づいて排気中に含まれるＮＯｘ排出量を演算するために、吸入新気量と燃料噴射量については、サイクル処理をして、時間的なずれを一致させる。
【００８１】
ステップ１では吸入新気量Ｑａｃと、燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込む。ステップ２でＱａｃとＱｓｏｌにサイクル処理を施し、Ｑａｃはシリンダ数が１を引いた分、Ｑｓｏｌは同じく２を引いた分のディレイ処理をする。すなわち、吸入空気量Ｑａｃｅ＝Ｑａｃ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）、また、燃料噴射量Ｑｆ０＝Ｑｓｏｌ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿２）として、処理を終了する。
【００８２】
図１４は、これらサイクル処理をした結果に基づいて、ＮＯｘ濃度、吸入空気量、回転数から実際に排出されるＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００８３】
ステップ１では、図１３で求めた、吸入空気量Ｑａｃｅと燃料噴射量Ｑｆ０を読み込み、ステップ２では、吸入空気量重量を吸気乾燥モル流量Ｍ＿Ｑａｃとして、次式にしたがって換算する。
【００８４】
Ｍ＿Ｑａｃ＝（Ｑａｃｅ／ＭｏｌＡｉｒ＃）−Ｑｆ０／１０００×ＨＦ／（ＣＦ＋ＨＦ）×ＡＨ／４
ただし、ＨＦはＨの質量比１．８５、ＣＦはＣの質量比１２．００、ＡＨはＨの原子量１．００７９である。また、ＭｏｌＡｉｒ＃は見かけ上の分子量を意味する。
【００８５】
次にステップ３ではエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ４でＮＯｘ濃度センサの出力ＮＯｘ＿ｉ１を読み込む。ステップ５では、センサ出力電圧ＮＯｘ＿ｉ１とＮＯｘ濃度の関係を与えたテーブルから、ＮＯｘ濃度Ｃ＿ＮＯｘを電圧変換により求める。
【００８６】
そしてステップ６において、ＮＯｘ排出重量ＮＯｘ＿ｉ０を、吸気乾燥モル流量Ｍ＿Ｑａｃと、エンジン回転数Ｎｅ、ＮＯｘ濃度Ｃ＿ＮＯｘとに基づいて、次式のようにして演算する。
【００８７】
ＮＯｘ＿ｉ０＝Ｍ＿Ｑａｃ×Ｃ＿ＮＯｘ×（ＡＮ＋２×Ａ０）×Ｎｅ×Ｎｚ／３６００／２
なお、ＡＮはＮの分子量、ＡＯはＯの分子量、Ｎｚは気筒数を表す。
【００８８】
排気中のＮＯｘ濃度が分かれば、これと排気流量との関係から、ＮＯｘ排出量が算出でき、排気流量は吸入空気量とエンジン回転数等から演算できる。
【００８９】
ステップ７ではＮＯｘ濃度センサの出力の応答遅れを一次遅れと見なし、時定数相当分だけ、次式のようにして、進み処理を施し、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉを求める。
【００９０】
ＮＯｘ＿ｉ＝［ＮＯｘ＿ｉ０−ＮＯｘ＿ｉｎ−１（１−Ｋ＿ＮＯｘｉ＃）］／Ｋ＿ＮＯｘｉ＃
次に、図１５は、上記のようにして求めた目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とに基づいて、排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）のリフト量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００９１】
まず、ステップ１では前述のようにして求めた目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔと、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉとを読み込み、ステップ２で目標値と実測値との差異ｄＮＯｘを求める。ｄＮＯｘ＝ＮＯｘ＿ｔ−ＮＯｘ＿ｉとなる。
【００９２】
そして、ステップ３では、目標値と実測値との差異ｄＮＯｘに基づいて、図１６（Ａ）に示すようなテーブルから、ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するための制御項として、比例項（Ｐ分）、積分項（Ｉ分）、微分項（Ｄ分）を検索し、さらに実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉに基づいて、図１６（Ｂ）のテーブルにしたがって、それぞれのＰ分、Ｉ分、Ｄ分の補正値、Ｐｈｏｓ、Ｉｈｏｓ、Ｄｈｏｓを求め、そしてこれらから、（Ｐ分×Ｐ分補正値）＋（Ｉ分×Ｉ分補正値）＋（Ｄ分×Ｄ分補正値）としてＰＩＤ処理する。これらに基づいて、前記した差異ｄＮＯｘが０となるように、ステップ４においてＥＧＲ弁の制御目標値Ｌｉｆｔが演算される。
【００９３】
このようにして、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とが一致するように、ＥＧＲ弁の開度（リフト量）がフィードバック制御される。
【００９４】
次に全体の作用を説明する。
【００９５】
エンジンの運転状態に応じて目標とするＮＯｘの排出量が設定されると、これに応じてＥＧＲ弁５７の開度（リフト量）が調整される。これにより、排気通路５３から吸気通路５２へと排気の一部が還流される。
【００９６】
なお、排気通路５３の圧力と吸気通路５２との差圧に応じて排気が還流されるが、一般にディーゼルエンジンでは吸入負圧が小さく、ＥＧＲ弁５７の開度を大きくしても、排気還流量が要求どおりに増加しないこともある。そこで、要求排気還流量の大きい運転状態では、吸気絞弁５６の開度を全開から絞り込み、その下流に発生する負圧を調節する。
【００９７】
排気の一部が吸気中に還流されることで、燃焼の最高温度、圧力が下がり、ＮＯｘの発生量が抑制される。一方で、排気還流量が多くなると、パティキュレート（ＰＭ）やその他の排気成分も悪化する。
【００９８】
ＮＯｘの排出量を所定の状態に抑制できるならば、それ以上に排気還流量を増やすことは、ＰＭの悪化を招くだけとなる。
【００９９】
そこで、排気中に含まれるＮＯｘ排出量が、ＮＯｘ濃度センサ５９の出力と、排気流量に基づいて演算され、このＮＯｘ排出量が、目標とするＮＯｘ排出量と一致するように、ＥＧＲ弁５７の開度がフィードバック制御される。
【０１００】
このため、実際のＮＯｘ排出量が目標値よりも多いときは、ＥＧＲ弁５７の開度を大きくして排気還流量を増やし、これによりＮＯｘ排出量を目標値まで減らし、また逆に実際のＮＯｘ排出量が目標値よりも少ないときは、過剰に排気還流が行われていることを意味し、ＥＧＲ弁５７の開度が減らされ、ＮＯｘ排出量が目標値と一致するように制御される。
【０１０１】
このようにして、常に目標とするＮＯｘ排出量となるように、排気還流制御が行われるが、この場合、ＮＯｘ濃度センサ５９、ＥＧＲ弁５７並びに作動流体（吸入空気、排気）の動的挙動を考慮した物理モデルを用いてＮＯｘ排出量を計測（算出）することで、定常運転時だけでなく過渡運転時にも、所定の目標ＮＯｘ排出量に対して位相遅れを生じることなく、精度よくフィードバック制御することができる。このため、従来の排気還流制御装置に比較して、構成部品の精度的バラツキや経時劣化に起因してのＮＯｘ排出量のバラツキを大幅に抑制することができる。
【０１０２】
また、直接的にＮＯｘ排出量を計測してフィードバック制御するので、図１７や図１８に示すような、大気圧や湿度などの環境変化に対する補正の必要がなくなる。つまり、一般的には大気圧が低くなれば酸素濃度が低下し、同一ＥＧＲ量に対してＮＯｘの排出量が低下する反面、ＰＭの排出量は増大する傾向があるが、常に目標ＮＯｘ排出量となるようにＥＧＲすることで、大気圧が変化しても、ＰＭの排出量の変動を防ぐことができる。同じように、吸入空気中の湿度が高くなると燃焼温度が相対的に下がり、同一ＥＧＲ量に対しては、ＮＯｘの排出量が減少する反面、ＰＭが増加するが、目標ＮＯｘ排出量となるようにＥＧＲを制御することで、湿度が変動しても、ＰＭの排出量の変動を防止できる。
【０１０３】
この結果、大気圧、湿度にもとづくＥＧＲの補正が不要となり、そのための大気圧、湿度センサ等も必要なく、一方でＰＭやスモークの悪化も回避できる。
【０１０４】
次に他の実施の形態について説明する。
【０１０５】
ディーゼルエンジンの場合、ＮＯｘ排出量に最も影響の大きい制御パラメータとしては、ＥＧＲ率があるが、この他にも燃料噴射時期、あるいは吸気スワールの強さなどの影響を受ける。いま、燃料噴射時期に起因してＮＯｘ排出量が変動すれば、これは当然のことながらＮＯｘ濃度センサ５９の出力にも反映され、例えば噴射時期が設定値よりも進角しているためにＮＯｘ排出量が増えたとすると、その分だけＥＧＲ量を増やしてＮＯｘを低減するように修正がかかるが、これに伴いスモークやＰＭも悪化し、とくに定常時に比較して加速時などにこの傾向が強まる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態では、ＥＧＲ以外のＮＯｘ排出量に影響を及ぼす制御パラメータが、目標値と実測値が一致しているかどうか判断し、この差に応じて目標ＮＯｘ排出量を補正することにより、スモークやＰＭの悪化を防止するようにした。
【０１０７】
図１９〜図２１は、制御パラメータとして燃料噴射時期を例にして、目標ＮＯｘ排出量を制御するものである。
【０１０８】
まず、図１９は目標ＮＯｘ排出量を演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１０９】
ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌとを読み込み、これらに基づいて、前記した図９のようなマップを検索し、目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔＭを読み込む。そして、ステップ３では、後述する図２１にしたがって求めた目標ＮＯｘ補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを読み込む。そして、ステップ４で目標ＮＯｘ排出量の補正を次のようにして行う。
【０１１０】
ＮＯｘ＿ｔ０＝ＮＯｘ＿ｔＭ×ＮＯｘ＿ｈｏｓ
このようにして目標ＮＯｘ排出量を補正し、ＮＯｘ＿ｔ０として演算を終了する。
【０１１１】
図２０は、目標ＮＯｘの補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを演算するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１１２】
ステップ１で運転状態に応じて設定された目標とする燃料噴射時期ＩＴｓと、ノズルリフトセンサの出力から求めた実際の燃料噴射時期ＩＴｉを読み込み、ステップ２で目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差Ｄｉｔを、Ｄｉｔ＝ＩＴｓ−ＩＴｉとして求める。
【０１１３】
ステップ３ではこのＤｉｔに基づいて、図２１に示すような特性で設定した目標ＮＯｘ補正値ＮＯｘ＿ｈｏｓを、テーブルから求め、演算を終了する。
【０１１４】
なお、ＮＯｘ＿ｈｏｓは、目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差がゼロのときに１．０をとり、進角側、遅角側へのいずれの方向についても、ずれ量が大きくなるほど大きくなり、したがってこの補正値に基づいて調整される目標ＮＯｘ排出量は、進角、遅角側へのずれが大きくなるほど増大する。なお、この特性はエンジンの燃焼コンセプトによって変わる。
【０１１５】
その他の制御動作については、前記した第１の実施形態と同じである。
【０１１６】
このようにして、燃料噴射時期が目標噴射時期からずれると、これに応じて目標ＮＯｘ排出量を増大側に補正することで、例えば燃料噴射時期のずれに起因してのＮＯｘ発生量が増えても、ＥＧＲ量を増加させることはなく、このためＥＧＲ量の増加によってスモークやＰＭが増えるのを回避できる。とくに、加速時などスモークの発生しやすい燃料噴射量の大きい領域で、燃料噴射時期の誤差からＮＯｘ排出量が増えたときなど、ＥＧＲ量を増加することで、スモークやＰＭが極端に悪化するような問題を防止できる。
【０１１７】
なお、目標ＮＯｘ排出量を補正したことにより、ＮＯｘ排出量が増加するが、この分を見越して、ＥＧＲを増大してもスモークがあまり増大しない定常時などに、目標ＮＯｘ排出量を相対的に小さく設定すれば、トータルとしてのＮＯｘ排出量の増加は抑制できる。
【０１１８】
この例では、ＮＯｘ排出量に影響を及ぼす制御パラメータとして燃料噴射時期を取り上げて説明したが、吸気スワール比などの制御についても、同じようにして行うことができる。
【０１１９】
図２２から図２４によって、第３の実施形態を説明する。
【０１２０】
ＮＯｘ濃度センサ５９が固体電解質型で酸素通過量からＮＯｘ濃度を検出するタイプでは、減速時にエンジンに供給される燃料がカットされ、排気中の酸素濃度が大気と同じにようになると、酸素ポンプが正常に働かなくなり、センサ出力が上限値にシフトしてしまうという特性をもつ。このため、減速時には結果的にＮＯｘ排出量が過多であると誤認識し、ＥＧＲ弁を最大限にリフトさせ、弁開度を大きくする。
【０１２１】
減速時に燃料カットしているときは、エンジンからのＮＯｘの排出が無く、また燃料カットしなくてもＮＯｘの排出量は相対的に減少するはずなので、ＥＧＲ弁をこのように開く必要はなく、これに対してフューエルリカバー時には、ＥＧＲ弁が最大リフト状態から急激に閉じるにしても、応答遅れの間にＥＧＲが過大に行われ、大量ＥＧＲにより燃焼が悪化し、失火や白煙を生じたり、減速再加速時にスモークが多く発生したりする。
【０１２２】
そこで、この実施の形態では、減速運転を検出したらＮＯｘ濃度センサによるＥＧＲ弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、ＥＧＲ弁開度をオープン制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時に生じるこれらの問題を解消する。
【０１２３】
まず、図２２は減速運転を判別するフローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）
ステップ１で燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅをそれぞれ読み込み、また、ステップ２では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎを読み込む。ステップ３でこれら各値の設定サイクル前との差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを、それぞれｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｄｎとして演算する。
【０１２４】
そして、ステップ４では、これらｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを所定値と比較し、減速運転かどうか判定し、減速運転のときはフラグＦ＿ｄａを立てる。減速運転に移行すると、燃料噴射量、アクセル開度、エンジン回転数は所定サイクル前よりも減り、したがって前記した各差分が大きくなるので、これらから判定することができる。
【０１２５】
図２３は減速時のＥＧＲ弁の制御フローである（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【０１２６】
図２２で減速運転判定フラグＦ＿ｄａが立っているときに、この図２３のフローに進むのであり、ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌを読み込む。そして、ステップ２でこれらＮｅとＱｓｏｌとから、図２４に示すようなＥＧＲ弁のリフトマップから目標ＥＧＲ弁のリフト量を検索する。
【０１２７】
減速時のＥＧＲ弁のリフト量は、燃料噴射量、回転数が大きいほど小さくなり（弁開度小）、アイドル回転に近い状態でのリフト量は大きくなる。
【０１２８】
目標ＥＧＲ弁のリフト量が決まったら、これに基づいてＥＧＲ弁のリフト量をオープン制御する。なお、この減速時にはＮＯｘ排出量を目標値と一致させるためのＥＧＲ弁のフィードバック制御は中止される。
【０１２９】
このようにして、減速時にはＮＯｘ濃度センサによるＥＧＲ弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、ＥＧＲ弁開度をオープンループ制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時などに、ＮＯｘ濃度センサの誤差によりＥＧＲ弁が最大開度まで開くのを防ぎ、ＥＧＲ弁の開き過ぎによる燃焼状態の悪化を防止する。
【０１３０】
次に図２５、図２６により、ＥＧＲ弁の故障判別を行う実施の形態について説明する。
【０１３１】
ＮＯｘ排出量についてはフィードバック制御しているわけであるから、実測ＮＯｘ排出量は目標値と一致するはずである。しかし、ＥＧＲ弁の故障状態では実測ＮＯｘ排出量は目標値から大きくずれてくる。
【０１３２】
そこでこの実施形態では、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差からＥＧＲ弁の故障を判定するようにした。
【０１３３】
まず図２５は過渡運転状態にあるかどうかを判定するフロー（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）であり、ステップ１では、燃料噴射量Ｑｓｏｌ、アクセル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅをそれぞれ読み込み、また、ステップ２では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Ｑｓｏｌｚｋ、アクセル開度ＴＶＯｚｍ、エンジン回転数Ｎｅｚｎを読み込む。ステップ３でこれら各値の設定サイクル前との差分ｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを、それぞれｄＱｓｏｌ＝Ｑｓｏｌ−Ｑｓｏｌｚｋ、ｄＴＶＯ＝ＴＶＯ−ＴＶＯｚｍ、ｄＮｅ＝Ｎｅ−Ｎｅｄｎとして演算する。そして、ステップ４では、これらｄＱｓｏｌ、ｄＴＶＯ、ｄＮｅを所定値と比較し、差分が所定値以上のときは前述した図１０と同じようにして、過渡運転と判定し、過渡運転フラグＦ＿ｔｒｌを立てる。
【０１３４】
図２６はＥＧＲ弁の故障判別フローであり（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）、まずステップ１において、図２５のフラグの結果から、過渡運転中かどうかを判定する。
【０１３５】
過渡運転中ならば、ＥＧＲ弁の作動が正常であっても、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量とは大きくずれることもあるため、故障判定は中止する。
【０１３６】
過渡運転中でないとき、ステップ２に進み、前回または所定サイクル前の目標ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｔと、実測ＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｉとの差分ｄＮＯｘを読み込む。そして、ステップ３において、この差分ｄＮＯｘと実測ＮＯｘ＿ｉとの比率、つまりｄＮＯｘ／ＮＯｘ＿ｉを、予め設定された故障判定敷居値ＤＩＡＧ＿ＥＧＲと比較する。
【０１３７】
実測ＮＯｘ排出量に対する差分ｄＮＯｘの比率が所定値以下のときは、ステップ５に進み、目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差が小さく、ＥＧＲ制御は正常に行われている、つまりＥＧＲ弁の作動は正常と判断する。
【０１３８】
しかし、実測ＮＯｘ排出量に対するｄＮＯｘの比率が所定値以上のときは、ステップ６に移行し、フィードバック制御しているにもかかわらず目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量には大きな差があり、ＥＧＲ制御が正常でないものと判断し、ステップ７において警告灯を点灯するなどして異常状態を知らせる。なお、必要に応じては、このときに燃料噴射量を制限し、故障に対する修理を促すフェールモードとしてもよい。
【０１３９】
このようにして、簡単な構成によってＥＧＲ弁の故障などの異常を判定することができる。
【０１４０】
なお、以上については、ディーゼルエンジンに適用した場合を説明したが、本発明はガソリンエンジンについても、同じようにして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料供給系を示す概略構成図。
【図２】同じく排気還流制御系を示す概略構成図。
【図３】本発明の制御系のブロック図。
【図４】第１の実施形態の制御内容を示すもので、シリンダ吸入空気量を演算するためのフローチャート。
【図５】同じく燃料噴射量を演算するためのフローチャート。
【図６】同じく燃料噴射特性を示す特性図。
【図７】同じく最大噴射量特性を示す特性図。
【図８】同じく目標ＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図９】同じく目標ＮＯｘ排出量特性を示す特性図。
【図１０】同じく過渡運転を判定するためのフローチャート。
【図１１】同じく過渡運転判定フラグの特性図。
【図１２】同じく目標ＮＯｘ排出量の進み処理を演算するためのフローチャート。
【図１３】同じくサイクル処理をするためのフローチャート。
【図１４】同じくＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図１５】同じくＥＧＲ弁のリフト量を演算するためのフローチャート。
【図１６】同じくＰ．Ｉ．Ｄ定数の特性を示すもので、（Ａ）はＰ．Ｉ．Ｄ分、（Ｂ）はＰ．Ｉ．Ｄ分の補正値を示す。
【図１７】同じく大気圧とＮＯｘ排出特性の関係を示す説明図。
【図１８】同じく湿度とＮＯｘ排出特性の関係を示す説明図。
【図１９】第２の実施形態の制御内容を示すもので、目標ＮＯｘ排出量を演算するためのフローチャート。
【図２０】同じく目標ＮＯｘ排出量の補正値を演算するためのフローチャート。
【図２１】同じく補正値の特性を示す特性図。
【図２２】第３の実施形態の制御内容を示すもので、減速運転状態を判定するためのフローチャート。
【図２３】同じく減速状態でのも目標ＥＧＲ弁リフト量を演算するためのフローチャート。
【図２４】同じく目標ＥＧＲ弁のリフト特性を設定した特性図。
【図２５】第４の実施形態の制御内容を示すもので、過渡運転状態を判定するためのフローチャート。
【図２６】同じくＥＧＲ弁の故障を判定するためのフローチャート。
【符号の説明】
５１ ディーゼルエンジン
５２ 吸気通路
５３ 排気通路
５４ 排気還流通路
５５ エアフローメータ
５７ 排気還流制御弁
５７ａ ステップモータ
５９ 排気濃度センサ
７０ コントローラ
Claims (5)
- エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするＮＯｘ排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標ＮＯｘ排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とＮＯｘ濃度センサの応答遅れを補正して求めたＮＯｘ濃度とに基づいて実際のＮＯｘ排出量を演算する手段と、実測ＮＯｘ排出量が前記補正された目標ＮＯｘ排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。
- エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするＮＯｘ排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの吸気スワール比率の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標ＮＯｘ排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とＮＯｘ濃度センサの応答遅れを補正して求めたＮＯｘ濃度とに基づいて実際のＮＯｘ排出量を演算する手段と、実測ＮＯｘ排出量が前記補正された目標ＮＯｘ排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。
- 前記排気還流制御弁のフィードバック制御手段が、少なくとも減速運転中など排気中の酸素濃度が高いときにフィードバック制御を中止し、機関回転数と負荷に応じた排気還流制御弁の開度にオープン制御する請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
- 前記補正された目標ＮＯｘ排出量と実測ＮＯｘ排出量との差異が予め設定した値以上のときに排気還流制御弁が故障であると判定し、警告する手段を備えた請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気還流制御装置。
- 前記故障判定警告手段は、過渡運転時には故障判定を中止する請求項４に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
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