JP3888024B2 - 排気ガス再循環装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いて好適の、排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンでは、排ガス中のＮＯｘを低減するために排ガス再循環（ＥＧＲ）を導入している。しかしながら、このＥＧＲの導入量を増加すると排ガス中のＮＯｘは低減できるものの、排ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）を増大させてしまう。つまり、ＥＧＲの導入量に関して、排ガス中のＮＯｘ量とＰＭ量との間には、トレードオフの関係がある。
【０００３】
ＥＧＲ量の制御は、一般にＥＧＲバルブの開度調整により行なっているが、上述のように互いにトレードオフの関係にあるＮＯｘ量とＰＭ量とを効率良く低減するには、筒内空気過剰率（λ）をパラメータとしてＥＧＲバルブの開度を制御する技術が開発されている。この技術では、エンジンの運転状態（例えばエンジン回転数やエンジン負荷）に応じて筒内空気過剰率の目標値（目標λ）を設定し、実際の筒内（実λ）がこの目標λになるように、ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御する。
【０００４】
この場合、実λは排気通路にリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を設けてこのセンサ出力から求めることができるが、ディーゼルエンジンの場合、排気中のＰＭ等の影響によってセンサが劣化しやすいことや、燃焼室内での空気過剰率（即ち、筒内空気過剰率）の変化に対して排気通路のＬＡＦＳの反応が遅れるため、加減速時のような過渡状態では実λに誤差が生じてしまうことから、ＥＧＲ量の制御を適切に行なえないおそれもある。
【０００５】
そこで、実λを、吸入空気量（新気量）と燃料噴射量とＥＧＲ量とから算出する技術が例えば特開平１０−３１８０４７号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように実λを算出する場合、吸入空気量，燃料噴射量，ＥＧＲ量を求めることが必要になる。このうち、吸入空気量はエアフローセンサやブースト圧センサにより把握でき、燃料噴射量はインジェクタの駆動指令値として把握できる。そして、ＥＧＲ量についてはＥＧＲ流量を推定することにより求められる。
【０００７】
ＥＧＲ流量は、図３に示すように、差圧とＥＧＲバルブ開度とに関係がある。したがって、差圧とＥＧＲバルブ開度とを検出すれば、ＥＧＲ流量を推定することができる。
しかしながら、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることから）からＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にある。このため、ＥＧＲバルブ開度の変化に対してはＥＧＲ流量の変化は鈍感であるが、ＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してはＥＧＲ流量の変化は敏感である。したがって、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまい、ＥＧＲ量を適正に把握することができず、ＥＧＲを高精度で制御することが困難であった。
【０００８】
なお、特開平６−３３６９６６号公報には、排気通路と吸気絞り弁下流の吸気通路との差圧が目標値になるようにＥＧＲバルブ開度をフィードバック制御する技術が開示されているが、この技術は単純に差圧を目標値とするものであり筒内空気過剰率λに着目したものではない。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においてもＥＧＲ量を精度良く把握できるようにして、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を高精度で制御することができるようにした、排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の排気ガス再循環装置では、ＥＧＲバルブの開度を調整することにより、ＥＧＲ通路を通じて内燃機関の排気通路内の排気ガスを吸気通路内に還流させるが、このとき、目標空気過剰率設定手段が運転状態検出手段により検出された運転状態に対応する筒内の目標空気過剰率を設定する。この一方、ＥＧＲ量導出手段が差圧算出手段により検出されたＥＧＲバルブの前後差圧に基づいて内燃機関の筒内のＥＧＲ量を導出し、実空気過剰率推定手段がＥＧＲ量導出手段により導出されたＥＧＲ量と内燃機関の筒内への燃料噴射量，新気吸入量とから筒内の実空気過剰率を推定する。そして、目標ＥＧＲ量設定手段が目標空気過剰率設定手段により設定された目標空気過剰率と実空気過剰率推定手段により推定された実空気過剰率とに基づいて目標ＥＧＲ量を設定して、ＥＧＲバルブ開度制御手段が目標ＥＧＲ量設定手段により設定された目標ＥＧＲ量に基づいてＥＧＲバルブを駆動する。特に、実空気過剰率の推定時に、差圧増加手段が、差圧算出手段により算出されたＥＧＲバルブの前後差圧がＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対して該ＥＧＲ量の変化が敏感となる所定値以下の領域にあるときには、ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させる。
該内燃機関はディーゼルエンジンであって、該差圧増加手段は、該吸気通路に設けられた吸気絞り弁を絞って該ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させることが好ましい。
該ＥＧＲ量導出手段は、該ＥＧＲ流を該ＥＧＲバルブの開度及び該ＥＧＲバルブの前後差圧と該ＥＧＲ量とを対応させたマップによって該ＥＧＲバルブの開度と該ＥＧＲバルブの前後差圧とから該ＥＧＲ量を導出することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図４は本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置に関して示すものである。
まず、本排気ガス再循環装置をそなえるエンジン（内燃機関）について説明すると、図１に示すように、このエンジン１は直噴式のディーゼルエンジンであり、シリンダ２の上部には、高圧噴射ノズル３が噴射口を燃焼室４内に臨むように配設されており、高圧噴射ノズル３から燃焼室４内に直接噴射するようになっている。
【００１１】
吸気通路１１には、上流端にエアクリーナ（図示略）が装備され、さらに、上流側から、ターボチャージャ（過給機）３０のコンプレッサ部，インタクーラ１３，吸気絞り弁１４，サージタンク１５，吸気弁１６が介装されている。排気通路２１には、上流側から、排気弁２２，ターボチャージャ３０のタービン部，ディーゼル用酸化触媒（図示略）等が介装されている。
【００１２】
また、排気通路２１と吸気通路１１との間には排気を還流する排気再循環装置（ＥＧＲ）２３が設けられている。このＥＧＲ２３は、排気通路２１の上流部（例えば排気マニホルド）から吸気通路１１の下流部（ここでは、吸気絞り弁１４とサージタンク１５との間の部分）にわたって設けられたＥＧＲ通路（排気再循環用通路）２４と、このＥＧＲ通路２４の開度を制御するＥＧＲバルブ２５とから構成されている。
【００１３】
この実施形態では、ＥＧＲバルブ２５は、バキュームポンプ２６からの負圧によって開放する負圧式に構成されている。ＥＧＲバルブ２５の開度調整は、バキュームポンプ２６からの配管の途中に介装されたＥＧＲソレノイド２７を開度調整（例えばデューティ制御による開度調整）することでＥＧＲバルブ２４の負圧状態を制御することにより行なうようになっている。
【００１４】
このＥＧＲソレノイド２７，高圧噴射ノズル３及び吸気絞り弁１４は、制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４０によって制御されるようになっている。つまり、ＥＣＵ４０には、クランク角センサ６１により検出されるエンジン回転速度（回転数）Ｎｅと、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）６２により検出されるアクセル開度（ＡＰＳ）、ブーストセンサ６３により検出されるブースト圧（吸気管内圧力）Ｐｂと、ブースト温度センサ６４により検出されるブースト温度（吸気管内温度）Ｔｂと、開度検出手段としてのＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）と圧力センサ６６により検出されるＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrと、が入力されるようになっており、ＥＧＲソレノイド２６及び高圧噴射ノズル３はこれらの検出情報に基づいて制御される。なお、クランク角センサ６１及びアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）６２は内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段に相当する。
【００１５】
ＥＣＵ４０内のＥＧＲソレノイド２７及び吸気絞り弁１４を制御する機能について説明すると、図２に示すように、ＥＣＵ４０には、筒内の目標空気過剰率（目標筒内空気過剰率、以下、目標λともいう）を設定する目標空気過剰率設定手段４１と、ＥＧＲ質量（ＥＧＲ量）Ｇrcngを導出（算出）するＥＧＲ量導出手段４２Ａと、実空気過剰率（実筒内空気過剰率、以下、実λともいう）を推定する実空気過剰率推定手段４２と、ＥＧＲバルブ開度の基本位置を設定するＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３と、目標λと実λとの差（実λ−目標λ）をＰＩ演算するＰＩ演算手段４４と、ＥＧＲバルブの目標位置を設定するＥＧＲバルブ目標位置設定手段（目標ＥＧＲ量設定手段）４５と、この目標位置に基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号を出力するＥＧＲバルブ指令手段（ＥＧＲバルブ開度制御手段）４６と、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰを算出する差圧算出手段４７と、差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰが所定値以下のときに、吸気絞り弁１４を通じて増加させる差圧増加制御手段４８とをそなえている。
【００１６】
なお、ＥＧＲ量導出手段４２Ａには、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´が備えられ、このＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´で推定されたＥＧＲ流量Ｖegrに基づいてＥＧＲ質量Ｇrcngを算出するようになっている。このＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´には、ＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）の検出データ（ＥＧＲバルブポジションサンプリングデータ）をＥＧＲ流量の推定に先立ち処理するＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂがそなえられている。さらに、吸気絞り弁１４と差圧増加制御手段４８とから差圧増加手段４９が構成される。
【００１７】
目標空気過剰率設定手段４１では、エンジン回転数Ｎｅと筒内への燃料噴射量（エンジン負荷に相当する量）Ｑとから、予め用意された目標λ設定マップによって、目標空気過剰率（目標λ）を設定する。
ＥＧＲ流量推定手段４２Ａでは、開度検出手段としてのＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）と、後述する差圧算出手段４７により検出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧とからエンジンの筒内へのＥＧＲ流量を推定して、推定結果を実空気過剰率推定のために出力する。ただし、実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ位置）には、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂで処理された値が用いられるようになっている。
【００１８】
このＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂでは、推定しようとする気筒の燃焼行程（爆発行程）の直前の吸気行程においてサンプリングした全てのＥＧＲバルブ位置サンプリングデータを平均化処理（ここでは、単純平均とする）して、この値がＥＧＲ流量の推定に用いられるようになっているのである。
例えば図４は、４気筒エンジンにＥＧＲバルブ位置等のデータのサンプリングタイミング及び燃料供給量の算出タイミングを、エンジンのクランク角度（各行程）と対応させて示す図である。図４において、ＥＰＳ１〜ＥＰＳ９は各サンプリングタイミングで得られるＥＧＲバルブ位置データを示し、λｒ１〜λｒ９は各ＥＧＲバルブ位置データ毎にそれぞれ対応して実λを推定した場合に得られる実λ推定値を示している。
【００１９】
本装置では、図４に破線で示すように、ある対象気筒の圧縮行程、ここではＢ１０５［圧縮上死点前１０５°（クランク角度）］において燃料噴射量が算出されるのに対して、ＥＧＲバルブ位置としては、この対象気筒の吸気行程、即ち、Ｂ３６０〜Ｂ１８０［圧縮上死点前３６０〜１８０°（クランク角度）］で、サンプリングした複数のデータ（図４では３つ）の平均値ＥＰＳAV（＝ΣＥＰＳn+1〜ＥＰＳn+k／ｋ）を算出して、この平均値ＥＰＳAVを、実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ位置）とするのである。図４では、各平均値をＥＰＳAV1〜ＥＰＳAV3で示し、平均値ＥＰＳAV1，ＥＰＳAV2と対応して算出された実λをλｒAV1〜λｒAVで示している。
【００２０】
実空気過剰率推定手段４２では、シリンダ吸入空気量（筒内吸入空気量）Ｇａと筒内への燃料噴射量Ｑとから、次式（１）により実空気過剰率（実λ）を算出する。
実λ＝Ｇａ／Ｑ／理論空燃比 ・・・（１）
ここで、燃料噴射量Ｑは例えば高圧噴射ノズル３からの燃料噴射量の目標値として与えることができ、シリンダ吸入空気量Ｇａは、シリンダへの全吸気量Ｇｅから、ＥＧＲで導入されるＥＧＲ質量Ｇrcngを減算することにより算出することができる（Ｇａ＝Ｇｅ−Ｇrcng）。
【００２１】
このうち、シリンダへの全吸気量Ｇｅは、次式（２）のようにエンジン回転数Ｎｅとブースト圧Ｐｂとブースト温度Ｔｂとから算出することができる。なお、次式（２）において、Ｖｈはエンジン行程容積、ηｖは体積効率、γｂはブースト圧Ｐｂと大気圧Ｐａとブースト温度Ｔｂとから求められる比重量である。
Ｇｅ∝〔Ｎｅ×Ｖｈ×ηｖ×γｂ（Ｐｂ，Ｐａ，Ｔｂ）〕・・・（２）
また、ＥＧＲ質量Ｇrcngは、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａで算出されるが、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａでは、実ＥＰＳとＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから算出できるＥＧＲバルブ通過流量Ｖegrと、燃料噴射量Ｑとエンジン温度（一般にはエンジンの冷却水温度）Ｔｗとから算出できるＥＧＲガス密度ρegrとの積として算出されるＥＧＲ質量値Ｇｒを、次式（３）のように、排ガス中の新気質量割合Ｒａで補正してＥＧＲ質量Ｇrcngを得ることができる。
【００２２】
Ｇrcng＝Ｇｒ＊（１−Ｒａ） ・・・（３）
ただし、Ｇｒ＝Ｖegr＊ρegr
ここで、ＥＧＲバルブ通過流量（ＥＧＲ流量）Ｖegrは、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´により推定される。つまり、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´では、ＥＰＳ６５により検出された実ＥＰＳのサンプリングデータをＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂにより平均化処理した値と、差圧算出手段４７により算出されるＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから、図３に示すような対応関係の三次元マップによってＥＧＲ流量を推定できる。
【００２３】
なお、差圧算出手段４７では、ブーストセンサ６３により検出されるブースト圧（吸気管内圧力）Ｐｂと圧力センサ６６により検出されるＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrとの差（＝Ｐegr−Ｐｂ）を算出する。このとき、算出に用いるブースト圧Ｐｂ及びＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrについても、ＥＧＲバルブ位置のサンプリングデータ処理と同様に、その対象気筒の吸気行程において得られたデータを平均化したものを用いるようにする。
【００２４】
また、ＥＧＲガス密度ρegrは燃料噴射量Ｑとエンジン温度（一般にはエンジンの冷却水温度）Ｔｗとから算出できる。
一方、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３では、エンジン回転数Ｎｅと筒内への燃料噴射量（エンジン負荷に相当する量）Ｑとから、予め用意された基本ＥＧＲバルブ位置設定マップによって、ＥＧＲバルブ基本位置を設定する。
【００２５】
また、ＰＩ演算手段４４では、目標空気過剰率設定手段４１で設定された目標λと、実空気過剰率推定手段４２で推定された実λとの偏差（＝目標λ−実λ）を、ＰＩ演算処理する。
ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５では、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３で設定されたＥＧＲバルブ基本位置とＰＩ演算手段４４でＰＩ演算処理された値とを加算して、ＥＧＲバルブ目標位置ＥＰＳｔを設定する。
【００２６】
ＥＧＲバルブ指令手段４６では、ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５により設定されたＥＧＲバルブ目標位置ＥＰＳｔと現在のＥＧＲバルブ位置ＥＳＰとに基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号（＝ＥＰＳｔ−ＥＳＰ）を出力する。
差圧増加制御手段４８では、差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰを所定値と比較して、前後差圧ＤＥＰが所定値以下のときに、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させる。これは、ＥＧＲ流量を適正に把握できるようにして、ＥＧＲを高精度で制御できるようにするためである。
【００２７】
つまり、本装置では、前述のように、ＥＧＲ流量（ＥＧＲバルブ通過流量）ＶegrをＥＰＳ６５により検出される実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ２５の開度）と差圧算出手段４７により算出されるＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから図３に示すような対応関係のマップによって推定して求めている。
なお、図３において、ΔＰｉ（即ち、ΔＰ1〜ΔＰ11）はＥＧＲ前後差圧を示し、ΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ2・・・・ΔＰ11の順に（ｉの値が大きくなるほど）ＥＧＲの前後差圧が大きい。また、隣接する前後差圧間の圧力差については、ΔＰ1とΔＰ2との間の差，ΔＰ2とΔＰ3との間の差，ΔＰ3とΔＰ4との間の差はいずれも５ｍｍＨｇであり、ΔＰ4とΔＰ5との間の差，ΔＰ5とΔＰ6との間の差，ΔＰ6とΔＰ7との間の差はいずれも１０ｍｍＨｇであり、ΔＰ7以降は隣接する前後差圧間の圧力差が次第に大きくなっている。
【００２８】
しかしながら、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることから、ＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にあるため、ＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してＥＧＲ流量の変化は敏感となり、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまう。
【００２９】
そこで、この場合、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させることによりＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してＥＧＲ流量の変化は敏感とならない領域を用いて、ＥＧＲバルブの前後差圧に誤差が生じても、推定するＥＧＲ流量が大きく狂わないようにして、ＥＧＲ流量を適正に把握することができるようにしているのである。なお、吸気絞り弁１４は本来エンジンの運転状態に応じた状態に制御されるが、差圧増加制御手段４８では、エンジンの運転状態に応じた吸気絞り弁１４の目標開度を絞り側に補正することで、差圧増加を行なうようにしている。
【００３０】
本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置は、上述のように構成されているので、目標空気過剰率設定手段４１がエンジンの運転状態に応じて目標λを設定し、実空気過剰率推定手段４２が実λを推定すると、ＰＩ演算手段４４がこれらの目標λと実λとの差分をＰＩ演算する。一方、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３がＥＧＲバルブ基本位置を設定すると、ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５が、設定したＥＧＲバルブ基本位置と上記のＰＩ演算処理値とを加算して、ＥＧＲバルブの目標位置を設定して、ＥＧＲバルブ指令手段４６が目標位置と実際のＥＧＲバルブの位置とに基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号を出力する。
【００３１】
実λの推定時に、ＥＧＲ量を求めるためにＥＧＲ流量（ＥＧＲバルブ通過流量）Ｖegrが用いられ、ＥＧＲ流量を求める際に、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂで処理されたＥＧＲバルブ開度（ＥＧＲバルブ位置）及び差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰが用いられる。
このとき、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂでは、ＥＧＲ流量を推定しようとする気筒の燃焼行程（爆発行程）の直前の吸気行程において得られたサンプリングデータを平均化処理して、この値がＥＧＲ流量推定に用いられるようになっているので、当該気筒に実際にＥＧＲの吸気が行なわれる時（吸気行程中）のＥＧＲバルブ位置データが、適切に用いられることになる。
【００３２】
したがって、ＥＧＲ量を精度よく推定することができ、実λの正確な推定値が得られるようになり、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を高精度で制御できるようになるのである。
さらに、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることからＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にあるため、このままでは、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまうが、本装置には差圧増加手段４９が設けられているので、このような不具合が回避される効果がある。
【００３３】
つまり、ＥＧＲバルブの前後差圧が所定圧以下の場合には、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させているため、図３に示すように、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧がより高圧なライン上に従ってＥＧＲ流量を推定することになる。
そして、例えば目標ＥＧＲ流量が図３に目標ＥＧＲ流量と示すレベルにあれば、通常、この近傍に実際のＥＧＲ流量が存在するが、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させることによって、図３中に矢印（右側の●から左側の●に向かう矢印）で示すように、ＥＧＲバルブ２５の開度を比較的小さくしながらＥＧＲ流量を確保することができる。
【００３４】
このように、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧が比較的大きく、ＥＧＲバルブ２５の開度があまり大きくない領域では、ＥＧＲバルブの前後差圧の誤差に対してＥＧＲ流量の変化は少なくなるので、ＥＧＲバルブの前後差圧の算出値に多少の誤差があっても、ＥＧＲ流量の推定値への影響は少なく、ＥＧＲ量を適正に把握することができるのである。
【００３５】
これにより、筒内空気過剰率λをパラメータとしたＥＧＲバルブのフィードバック制御を精度良く行なうことができ、ＥＧＲ制御を適正に行なうことができるようになる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形して適用することができる。
【００３６】
例えば、上述の実施形態では、ＥＧＲ流量の推定に、推定対象の気筒の吸気行程において得られたサンプリングデータを単純平均化処理したものを用いているが、平均化は適当な加重平均としてもよく、また、吸気行程において得られたサンプリングデータの代表値を１つだけ用いてＥＧＲ流量を推定しても、ＥＧＲ流量の推定精度をある程度向上させることができる。
【００３７】
また、上述の実施形態では、差圧増加手段４９に吸気絞り弁１４を利用しているが、ＶＧターボをそなえたエンジンならば、ＶＧターボの可変ベーンを絞ることで差圧増加を行なうようにすることができる。
さらに、上述の実施形態では、差圧増加手段４９に吸気絞り弁１４を利用しているが、ＶＧターボをそなえたエンジンならば、ＶＧターボの可変ベーンを絞ることで差圧増加を行なうようにすることができる。
【００３８】
また、ＥＧＲバルブの前後差圧に代えて、ＥＧＲバルブの上流圧を用いてＥＧＲ流量を推定することも考えられる。
さらに、上述の実施形態はターボ過給機を備えたディーゼルエンジンに本発明を適用したものであるが、自然吸気のディーゼルエンジンや希薄燃焼方式のガソリンエンジン等にも好適である。更に、エンジン制御システムの具体的構成や制御手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排気ガス再循環装置によれば、実空気過剰率の推定にあたって、差圧増加手段が、差圧算出手段により算出されたＥＧＲバルブの前後差圧がＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対して該ＥＧＲ量の変化が敏感となる所定値以下の領域にあるときには、ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させるため、ＥＧＲ量の導出を精度良く行なえるようになり、実空気過剰率の推定精度も向上し、ＥＧＲの制御をより精度良く行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置をそなえた内燃機関を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置による制御を説明するブロック図である。
【図３】本発明の課題を説明するとともに本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置の作用について説明するためのＥＧＲバルブの前後差圧とＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ流量との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置の作用について説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１１ 吸気通路
２１ 排気通路
２３ 排気再循環装置（ＥＧＲ）
２４ ＥＧＲ通路
２５ ＥＧＲバルブ
４１ 目標空気過剰率設定手段
４２ 実空気過剰率推定手段
４２Ａ ＥＧＲ量導出手段
４２Ａ´ ＥＧＲ流量推定手段
４２Ｂ ＥＧＲバルブ位置データ処理手段
４５ ＥＧＲバルブ目標位置設定手段（目標ＥＧＲ量設定手段）
４６ ＥＧＲバルブ指令手段（ＥＧＲバルブ開度制御手段）
４７ 差圧算出手段
４９ 差圧増加手段
６１ 運転状態検出手段としてのクランク角センサ
６２ 運転状態検出手段としてのアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
６５ 開度検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いて好適の、排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンでは、排ガス中のＮＯｘを低減するために排ガス再循環（ＥＧＲ）を導入している。しかしながら、このＥＧＲの導入量を増加すると排ガス中のＮＯｘは低減できるものの、排ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）を増大させてしまう。つまり、ＥＧＲの導入量に関して、排ガス中のＮＯｘ量とＰＭ量との間には、トレードオフの関係がある。
【０００３】
ＥＧＲ量の制御は、一般にＥＧＲバルブの開度調整により行なっているが、上述のように互いにトレードオフの関係にあるＮＯｘ量とＰＭ量とを効率良く低減するには、筒内空気過剰率（λ）をパラメータとしてＥＧＲバルブの開度を制御する技術が開発されている。この技術では、エンジンの運転状態（例えばエンジン回転数やエンジン負荷）に応じて筒内空気過剰率の目標値（目標λ）を設定し、実際の筒内（実λ）がこの目標λになるように、ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御する。
【０００４】
この場合、実λは排気通路にリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を設けてこのセンサ出力から求めることができるが、ディーゼルエンジンの場合、排気中のＰＭ等の影響によってセンサが劣化しやすいことや、燃焼室内での空気過剰率（即ち、筒内空気過剰率）の変化に対して排気通路のＬＡＦＳの反応が遅れるため、加減速時のような過渡状態では実λに誤差が生じてしまうことから、ＥＧＲ量の制御を適切に行なえないおそれもある。
【０００５】
そこで、実λを、吸入空気量（新気量）と燃料噴射量とＥＧＲ量とから算出する技術が例えば特開平１０−３１８０４７号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように実λを算出する場合、吸入空気量，燃料噴射量，ＥＧＲ量を求めることが必要になる。このうち、吸入空気量はエアフローセンサやブースト圧センサにより把握でき、燃料噴射量はインジェクタの駆動指令値として把握できる。そして、ＥＧＲ量についてはＥＧＲ流量を推定することにより求められる。
【０００７】
ＥＧＲ流量は、図３に示すように、差圧とＥＧＲバルブ開度とに関係がある。したがって、差圧とＥＧＲバルブ開度とを検出すれば、ＥＧＲ流量を推定することができる。
しかしながら、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることから）からＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にある。このため、ＥＧＲバルブ開度の変化に対してはＥＧＲ流量の変化は鈍感であるが、ＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してはＥＧＲ流量の変化は敏感である。したがって、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまい、ＥＧＲ量を適正に把握することができず、ＥＧＲを高精度で制御することが困難であった。
【０００８】
なお、特開平６−３３６９６６号公報には、排気通路と吸気絞り弁下流の吸気通路との差圧が目標値になるようにＥＧＲバルブ開度をフィードバック制御する技術が開示されているが、この技術は単純に差圧を目標値とするものであり筒内空気過剰率λに着目したものではない。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においてもＥＧＲ量を精度良く把握できるようにして、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を高精度で制御することができるようにした、排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の排気ガス再循環装置では、ＥＧＲバルブの開度を調整することにより、ＥＧＲ通路を通じて内燃機関の排気通路内の排気ガスを吸気通路内に還流させるが、このとき、目標空気過剰率設定手段が運転状態検出手段により検出された運転状態に対応する筒内の目標空気過剰率を設定する。この一方、ＥＧＲ量導出手段が差圧算出手段により検出されたＥＧＲバルブの前後差圧に基づいて内燃機関の筒内のＥＧＲ量を導出し、実空気過剰率推定手段がＥＧＲ量導出手段により導出されたＥＧＲ量と内燃機関の筒内への燃料噴射量，新気吸入量とから筒内の実空気過剰率を推定する。そして、目標ＥＧＲ量設定手段が目標空気過剰率設定手段により設定された目標空気過剰率と実空気過剰率推定手段により推定された実空気過剰率とに基づいて目標ＥＧＲ量を設定して、ＥＧＲバルブ開度制御手段が目標ＥＧＲ量設定手段により設定された目標ＥＧＲ量に基づいてＥＧＲバルブを駆動する。特に、実空気過剰率の推定時に、差圧増加手段が、差圧算出手段により算出されたＥＧＲバルブの前後差圧がＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対して該ＥＧＲ量の変化が敏感となる所定値以下の領域にあるときには、ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させる。
該内燃機関はディーゼルエンジンであって、該差圧増加手段は、該吸気通路に設けられた吸気絞り弁を絞って該ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させることが好ましい。
該ＥＧＲ量導出手段は、該ＥＧＲ流を該ＥＧＲバルブの開度及び該ＥＧＲバルブの前後差圧と該ＥＧＲ量とを対応させたマップによって該ＥＧＲバルブの開度と該ＥＧＲバルブの前後差圧とから該ＥＧＲ量を導出することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図４は本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置に関して示すものである。
まず、本排気ガス再循環装置をそなえるエンジン（内燃機関）について説明すると、図１に示すように、このエンジン１は直噴式のディーゼルエンジンであり、シリンダ２の上部には、高圧噴射ノズル３が噴射口を燃焼室４内に臨むように配設されており、高圧噴射ノズル３から燃焼室４内に直接噴射するようになっている。
【００１１】
吸気通路１１には、上流端にエアクリーナ（図示略）が装備され、さらに、上流側から、ターボチャージャ（過給機）３０のコンプレッサ部，インタクーラ１３，吸気絞り弁１４，サージタンク１５，吸気弁１６が介装されている。排気通路２１には、上流側から、排気弁２２，ターボチャージャ３０のタービン部，ディーゼル用酸化触媒（図示略）等が介装されている。
【００１２】
また、排気通路２１と吸気通路１１との間には排気を還流する排気再循環装置（ＥＧＲ）２３が設けられている。このＥＧＲ２３は、排気通路２１の上流部（例えば排気マニホルド）から吸気通路１１の下流部（ここでは、吸気絞り弁１４とサージタンク１５との間の部分）にわたって設けられたＥＧＲ通路（排気再循環用通路）２４と、このＥＧＲ通路２４の開度を制御するＥＧＲバルブ２５とから構成されている。
【００１３】
この実施形態では、ＥＧＲバルブ２５は、バキュームポンプ２６からの負圧によって開放する負圧式に構成されている。ＥＧＲバルブ２５の開度調整は、バキュームポンプ２６からの配管の途中に介装されたＥＧＲソレノイド２７を開度調整（例えばデューティ制御による開度調整）することでＥＧＲバルブ２４の負圧状態を制御することにより行なうようになっている。
【００１４】
このＥＧＲソレノイド２７，高圧噴射ノズル３及び吸気絞り弁１４は、制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４０によって制御されるようになっている。つまり、ＥＣＵ４０には、クランク角センサ６１により検出されるエンジン回転速度（回転数）Ｎｅと、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）６２により検出されるアクセル開度（ＡＰＳ）、ブーストセンサ６３により検出されるブースト圧（吸気管内圧力）Ｐｂと、ブースト温度センサ６４により検出されるブースト温度（吸気管内温度）Ｔｂと、開度検出手段としてのＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）と圧力センサ６６により検出されるＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrと、が入力されるようになっており、ＥＧＲソレノイド２６及び高圧噴射ノズル３はこれらの検出情報に基づいて制御される。なお、クランク角センサ６１及びアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）６２は内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段に相当する。
【００１５】
ＥＣＵ４０内のＥＧＲソレノイド２７及び吸気絞り弁１４を制御する機能について説明すると、図２に示すように、ＥＣＵ４０には、筒内の目標空気過剰率（目標筒内空気過剰率、以下、目標λともいう）を設定する目標空気過剰率設定手段４１と、ＥＧＲ質量（ＥＧＲ量）Ｇrcngを導出（算出）するＥＧＲ量導出手段４２Ａと、実空気過剰率（実筒内空気過剰率、以下、実λともいう）を推定する実空気過剰率推定手段４２と、ＥＧＲバルブ開度の基本位置を設定するＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３と、目標λと実λとの差（実λ−目標λ）をＰＩ演算するＰＩ演算手段４４と、ＥＧＲバルブの目標位置を設定するＥＧＲバルブ目標位置設定手段（目標ＥＧＲ量設定手段）４５と、この目標位置に基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号を出力するＥＧＲバルブ指令手段（ＥＧＲバルブ開度制御手段）４６と、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰを算出する差圧算出手段４７と、差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰが所定値以下のときに、吸気絞り弁１４を通じて増加させる差圧増加制御手段４８とをそなえている。
【００１６】
なお、ＥＧＲ量導出手段４２Ａには、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´が備えられ、このＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´で推定されたＥＧＲ流量Ｖegrに基づいてＥＧＲ質量Ｇrcngを算出するようになっている。このＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´には、ＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）の検出データ（ＥＧＲバルブポジションサンプリングデータ）をＥＧＲ流量の推定に先立ち処理するＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂがそなえられている。さらに、吸気絞り弁１４と差圧増加制御手段４８とから差圧増加手段４９が構成される。
【００１７】
目標空気過剰率設定手段４１では、エンジン回転数Ｎｅと筒内への燃料噴射量（エンジン負荷に相当する量）Ｑとから、予め用意された目標λ設定マップによって、目標空気過剰率（目標λ）を設定する。
ＥＧＲ流量推定手段４２Ａでは、開度検出手段としてのＥＧＲポジションセンサ（ＥＰＳ）６５により検出されるＥＧＲバルブ開度（実ＥＰＳ）と、後述する差圧算出手段４７により検出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧とからエンジンの筒内へのＥＧＲ流量を推定して、推定結果を実空気過剰率推定のために出力する。ただし、実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ位置）には、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂで処理された値が用いられるようになっている。
【００１８】
このＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂでは、推定しようとする気筒の燃焼行程（爆発行程）の直前の吸気行程においてサンプリングした全てのＥＧＲバルブ位置サンプリングデータを平均化処理（ここでは、単純平均とする）して、この値がＥＧＲ流量の推定に用いられるようになっているのである。
例えば図４は、４気筒エンジンにＥＧＲバルブ位置等のデータのサンプリングタイミング及び燃料供給量の算出タイミングを、エンジンのクランク角度（各行程）と対応させて示す図である。図４において、ＥＰＳ１〜ＥＰＳ９は各サンプリングタイミングで得られるＥＧＲバルブ位置データを示し、λｒ１〜λｒ９は各ＥＧＲバルブ位置データ毎にそれぞれ対応して実λを推定した場合に得られる実λ推定値を示している。
【００１９】
本装置では、図４に破線で示すように、ある対象気筒の圧縮行程、ここではＢ１０５［圧縮上死点前１０５°（クランク角度）］において燃料噴射量が算出されるのに対して、ＥＧＲバルブ位置としては、この対象気筒の吸気行程、即ち、Ｂ３６０〜Ｂ１８０［圧縮上死点前３６０〜１８０°（クランク角度）］で、サンプリングした複数のデータ（図４では３つ）の平均値ＥＰＳAV（＝ΣＥＰＳn+1〜ＥＰＳn+k／ｋ）を算出して、この平均値ＥＰＳAVを、実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ位置）とするのである。図４では、各平均値をＥＰＳAV1〜ＥＰＳAV3で示し、平均値ＥＰＳAV1，ＥＰＳAV2と対応して算出された実λをλｒAV1〜λｒAVで示している。
【００２０】
実空気過剰率推定手段４２では、シリンダ吸入空気量（筒内吸入空気量）Ｇａと筒内への燃料噴射量Ｑとから、次式（１）により実空気過剰率（実λ）を算出する。
実λ＝Ｇａ／Ｑ／理論空燃比 ・・・（１）
ここで、燃料噴射量Ｑは例えば高圧噴射ノズル３からの燃料噴射量の目標値として与えることができ、シリンダ吸入空気量Ｇａは、シリンダへの全吸気量Ｇｅから、ＥＧＲで導入されるＥＧＲ質量Ｇrcngを減算することにより算出することができる（Ｇａ＝Ｇｅ−Ｇrcng）。
【００２１】
このうち、シリンダへの全吸気量Ｇｅは、次式（２）のようにエンジン回転数Ｎｅとブースト圧Ｐｂとブースト温度Ｔｂとから算出することができる。なお、次式（２）において、Ｖｈはエンジン行程容積、ηｖは体積効率、γｂはブースト圧Ｐｂと大気圧Ｐａとブースト温度Ｔｂとから求められる比重量である。
Ｇｅ∝〔Ｎｅ×Ｖｈ×ηｖ×γｂ（Ｐｂ，Ｐａ，Ｔｂ）〕・・・（２）
また、ＥＧＲ質量Ｇrcngは、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａで算出されるが、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａでは、実ＥＰＳとＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから算出できるＥＧＲバルブ通過流量Ｖegrと、燃料噴射量Ｑとエンジン温度（一般にはエンジンの冷却水温度）Ｔｗとから算出できるＥＧＲガス密度ρegrとの積として算出されるＥＧＲ質量値Ｇｒを、次式（３）のように、排ガス中の新気質量割合Ｒａで補正してＥＧＲ質量Ｇrcngを得ることができる。
【００２２】
Ｇrcng＝Ｇｒ＊（１−Ｒａ） ・・・（３）
ただし、Ｇｒ＝Ｖegr＊ρegr
ここで、ＥＧＲバルブ通過流量（ＥＧＲ流量）Ｖegrは、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´により推定される。つまり、ＥＧＲ流量推定手段４２Ａ´では、ＥＰＳ６５により検出された実ＥＰＳのサンプリングデータをＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂにより平均化処理した値と、差圧算出手段４７により算出されるＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから、図３に示すような対応関係の三次元マップによってＥＧＲ流量を推定できる。
【００２３】
なお、差圧算出手段４７では、ブーストセンサ６３により検出されるブースト圧（吸気管内圧力）Ｐｂと圧力センサ６６により検出されるＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrとの差（＝Ｐegr−Ｐｂ）を算出する。このとき、算出に用いるブースト圧Ｐｂ及びＥＧＲバルブ２５の上流圧Ｐegrについても、ＥＧＲバルブ位置のサンプリングデータ処理と同様に、その対象気筒の吸気行程において得られたデータを平均化したものを用いるようにする。
【００２４】
また、ＥＧＲガス密度ρegrは燃料噴射量Ｑとエンジン温度（一般にはエンジンの冷却水温度）Ｔｗとから算出できる。
一方、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３では、エンジン回転数Ｎｅと筒内への燃料噴射量（エンジン負荷に相当する量）Ｑとから、予め用意された基本ＥＧＲバルブ位置設定マップによって、ＥＧＲバルブ基本位置を設定する。
【００２５】
また、ＰＩ演算手段４４では、目標空気過剰率設定手段４１で設定された目標λと、実空気過剰率推定手段４２で推定された実λとの偏差（＝目標λ−実λ）を、ＰＩ演算処理する。
ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５では、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３で設定されたＥＧＲバルブ基本位置とＰＩ演算手段４４でＰＩ演算処理された値とを加算して、ＥＧＲバルブ目標位置ＥＰＳｔを設定する。
【００２６】
ＥＧＲバルブ指令手段４６では、ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５により設定されたＥＧＲバルブ目標位置ＥＰＳｔと現在のＥＧＲバルブ位置ＥＳＰとに基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号（＝ＥＰＳｔ−ＥＳＰ）を出力する。
差圧増加制御手段４８では、差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰを所定値と比較して、前後差圧ＤＥＰが所定値以下のときに、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させる。これは、ＥＧＲ流量を適正に把握できるようにして、ＥＧＲを高精度で制御できるようにするためである。
【００２７】
つまり、本装置では、前述のように、ＥＧＲ流量（ＥＧＲバルブ通過流量）ＶegrをＥＰＳ６５により検出される実ＥＰＳ（ＥＧＲバルブ２５の開度）と差圧算出手段４７により算出されるＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰとから図３に示すような対応関係のマップによって推定して求めている。
なお、図３において、ΔＰｉ（即ち、ΔＰ1〜ΔＰ11）はＥＧＲ前後差圧を示し、ΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ2・・・・ΔＰ11の順に（ｉの値が大きくなるほど）ＥＧＲの前後差圧が大きい。また、隣接する前後差圧間の圧力差については、ΔＰ1とΔＰ2との間の差，ΔＰ2とΔＰ3との間の差，ΔＰ3とΔＰ4との間の差はいずれも５ｍｍＨｇであり、ΔＰ4とΔＰ5との間の差，ΔＰ5とΔＰ6との間の差，ΔＰ6とΔＰ7との間の差はいずれも１０ｍｍＨｇであり、ΔＰ7以降は隣接する前後差圧間の圧力差が次第に大きくなっている。
【００２８】
しかしながら、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることから、ＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にあるため、ＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してＥＧＲ流量の変化は敏感となり、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまう。
【００２９】
そこで、この場合、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させることによりＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対してＥＧＲ流量の変化は敏感とならない領域を用いて、ＥＧＲバルブの前後差圧に誤差が生じても、推定するＥＧＲ流量が大きく狂わないようにして、ＥＧＲ流量を適正に把握することができるようにしているのである。なお、吸気絞り弁１４は本来エンジンの運転状態に応じた状態に制御されるが、差圧増加制御手段４８では、エンジンの運転状態に応じた吸気絞り弁１４の目標開度を絞り側に補正することで、差圧増加を行なうようにしている。
【００３０】
本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置は、上述のように構成されているので、目標空気過剰率設定手段４１がエンジンの運転状態に応じて目標λを設定し、実空気過剰率推定手段４２が実λを推定すると、ＰＩ演算手段４４がこれらの目標λと実λとの差分をＰＩ演算する。一方、ＥＧＲバルブ基本位置設定手段４３がＥＧＲバルブ基本位置を設定すると、ＥＧＲバルブ目標位置設定手段４５が、設定したＥＧＲバルブ基本位置と上記のＰＩ演算処理値とを加算して、ＥＧＲバルブの目標位置を設定して、ＥＧＲバルブ指令手段４６が目標位置と実際のＥＧＲバルブの位置とに基づいてＥＧＲバルブ２５に指令信号を出力する。
【００３１】
実λの推定時に、ＥＧＲ量を求めるためにＥＧＲ流量（ＥＧＲバルブ通過流量）Ｖegrが用いられ、ＥＧＲ流量を求める際に、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂで処理されたＥＧＲバルブ開度（ＥＧＲバルブ位置）及び差圧算出手段４７により算出されたＥＧＲバルブ２５の前後差圧ＤＥＰが用いられる。
このとき、ＥＧＲバルブ位置データ処理手段４２Ｂでは、ＥＧＲ流量を推定しようとする気筒の燃焼行程（爆発行程）の直前の吸気行程において得られたサンプリングデータを平均化処理して、この値がＥＧＲ流量推定に用いられるようになっているので、当該気筒に実際にＥＧＲの吸気が行なわれる時（吸気行程中）のＥＧＲバルブ位置データが、適切に用いられることになる。
【００３２】
したがって、ＥＧＲ量を精度よく推定することができ、実λの正確な推定値が得られるようになり、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を高精度で制御できるようになるのである。
さらに、ＥＧＲ要求の高い低負荷域においては、図３に領域Ａで示すように、ＥＧＲバルブの前後差圧が例えば数ｍｍＨｇ程度と非常に小さく、しかも、大量ＥＧＲを要求されていることからＥＧＲバルブ開度は全開に近い状態にあるため、このままでは、ＥＧＲバルブの前後差圧の僅かな誤差が推定するＥＧＲ流量を大きく狂わせてしまうが、本装置には差圧増加手段４９が設けられているので、このような不具合が回避される効果がある。
【００３３】
つまり、ＥＧＲバルブの前後差圧が所定圧以下の場合には、吸気絞り弁１４を絞ってＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させているため、図３に示すように、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧がより高圧なライン上に従ってＥＧＲ流量を推定することになる。
そして、例えば目標ＥＧＲ流量が図３に目標ＥＧＲ流量と示すレベルにあれば、通常、この近傍に実際のＥＧＲ流量が存在するが、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧を増加させることによって、図３中に矢印（右側の●から左側の●に向かう矢印）で示すように、ＥＧＲバルブ２５の開度を比較的小さくしながらＥＧＲ流量を確保することができる。
【００３４】
このように、ＥＧＲバルブ２５の前後差圧が比較的大きく、ＥＧＲバルブ２５の開度があまり大きくない領域では、ＥＧＲバルブの前後差圧の誤差に対してＥＧＲ流量の変化は少なくなるので、ＥＧＲバルブの前後差圧の算出値に多少の誤差があっても、ＥＧＲ流量の推定値への影響は少なく、ＥＧＲ量を適正に把握することができるのである。
【００３５】
これにより、筒内空気過剰率λをパラメータとしたＥＧＲバルブのフィードバック制御を精度良く行なうことができ、ＥＧＲ制御を適正に行なうことができるようになる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形して適用することができる。
【００３６】
例えば、上述の実施形態では、ＥＧＲ流量の推定に、推定対象の気筒の吸気行程において得られたサンプリングデータを単純平均化処理したものを用いているが、平均化は適当な加重平均としてもよく、また、吸気行程において得られたサンプリングデータの代表値を１つだけ用いてＥＧＲ流量を推定しても、ＥＧＲ流量の推定精度をある程度向上させることができる。
【００３７】
また、上述の実施形態では、差圧増加手段４９に吸気絞り弁１４を利用しているが、ＶＧターボをそなえたエンジンならば、ＶＧターボの可変ベーンを絞ることで差圧増加を行なうようにすることができる。
さらに、上述の実施形態では、差圧増加手段４９に吸気絞り弁１４を利用しているが、ＶＧターボをそなえたエンジンならば、ＶＧターボの可変ベーンを絞ることで差圧増加を行なうようにすることができる。
【００３８】
また、ＥＧＲバルブの前後差圧に代えて、ＥＧＲバルブの上流圧を用いてＥＧＲ流量を推定することも考えられる。
さらに、上述の実施形態はターボ過給機を備えたディーゼルエンジンに本発明を適用したものであるが、自然吸気のディーゼルエンジンや希薄燃焼方式のガソリンエンジン等にも好適である。更に、エンジン制御システムの具体的構成や制御手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排気ガス再循環装置によれば、実空気過剰率の推定にあたって、差圧増加手段が、差圧算出手段により算出されたＥＧＲバルブの前後差圧がＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対して該ＥＧＲ量の変化が敏感となる所定値以下の領域にあるときには、ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させるため、ＥＧＲ量の導出を精度良く行なえるようになり、実空気過剰率の推定精度も向上し、ＥＧＲの制御をより精度良く行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置をそなえた内燃機関を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置による制御を説明するブロック図である。
【図３】本発明の課題を説明するとともに本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置の作用について説明するためのＥＧＲバルブの前後差圧とＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ流量との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての排気ガス再循環装置の作用について説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１１ 吸気通路
２１ 排気通路
２３ 排気再循環装置（ＥＧＲ）
２４ ＥＧＲ通路
２５ ＥＧＲバルブ
４１ 目標空気過剰率設定手段
４２ 実空気過剰率推定手段
４２Ａ ＥＧＲ量導出手段
４２Ａ´ ＥＧＲ流量推定手段
４２Ｂ ＥＧＲバルブ位置データ処理手段
４５ ＥＧＲバルブ目標位置設定手段（目標ＥＧＲ量設定手段）
４６ ＥＧＲバルブ指令手段（ＥＧＲバルブ開度制御手段）
４７ 差圧算出手段
４９ 差圧増加手段
６１ 運転状態検出手段としてのクランク角センサ
６２ 運転状態検出手段としてのアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
６５ 開度検出手段
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通して該排気通路内の排気ガスを該吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路と、
該ＥＧＲ通路に設けられ該吸気通路内に還流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブとを有する排気ガス再循環装置において、
該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段により検出された運転状態に対応する該内燃機関の筒内の目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、
該ＥＧＲバルブの前後差圧を算出する差圧算出手段と、
該差圧算出手段により検出された該前後差圧に基づいて該内燃機関の筒内のＥＧＲ量を導出するＥＧＲ量導出手段と、
該ＥＧＲ量導出手段により導出されたＥＧＲ量を用いて該筒内の実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段と、
該目標空気過剰率設定手段により設定された目標空気過剰率と該実空気過剰率推定手段により推定された実空気過剰率とに基づいて目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段と、
該目標ＥＧＲ量設定手段により設定された目標ＥＧＲ量に基づいて該ＥＧＲバルブを駆動させるＥＧＲバルブ開度制御手段とをそなえ、
該差圧算出手段により算出された該ＥＧＲバルブの前後差圧が該ＥＧＲバルブの前後差圧の変化に対して該ＥＧＲ量の変化が敏感となる所定値以下の領域にあるとき、該ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させる差圧増加手段が設けられている
ことを特徴とする、排気ガス再循環装置。 - 該内燃機関はディーゼルエンジンであって、
該差圧増加手段は、該吸気通路に設けられた吸気絞り弁を絞って該ＥＧＲバルブの前後差圧を増加させる
ことを特徴とする、請求項１記載の排気ガス再循環装置。 - 該ＥＧＲ量導出手段は、該ＥＧＲ流を該ＥＧＲバルブの開度及び該ＥＧＲバルブの前後差圧と該ＥＧＲ量とを対応させたマップによって該ＥＧＲバルブの開度と該ＥＧＲバルブの前後差圧とから該ＥＧＲ量を導出する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気ガス再循環装置。
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