JP5413506B2 - 内燃機関におけるｅｇｒ率の特定方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を特定する方法に関する。また、本発明は、筒内圧センサの出力信号から特定したＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ率を制御する制御装置に関する。

自動車用の内燃機関では、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気ガス還流（ＥＧＲ）が広く採用されている。ＥＧＲを行うことで、排気ガス中のＮＯｘを低減できると同時に、燃費を向上させることができる。

ＥＧＲによる上述の効果は、よりたくさんのＥＧＲガスを筒内に導入することで、すなわち、筒内のＥＧＲ率を高めることでより高めることができる。しかし、その反面、筒内のＥＧＲ率を高めるほど、気筒間のＥＧＲ率にばらつきが生じ易くなり、また、燃焼の悪化も起こりやすくなる。このような事態を防ぐためには、筒内のＥＧＲ率を精度良く特定することが必要である。そして、燃焼の悪化を生じさせないようにＥＧＲ率を精密に制御することも必要である。

しかし、筒内のＥＧＲ率は直接には計測することができず、何らかの情報に基づいて間接的に特定するしかない。その情報として従来用いられているのが、熱発生率や燃焼期間である。筒内のＥＧＲ率は熱発生率や燃焼期間に密接に関係することが知られている。熱発生率や燃焼期間は、それ自体は直接計測できないものの、筒内圧センサを備える内燃機関であれば筒内圧センサの出力信号を用いて計算することができる。例えば、特開２０００−０５４８８９号公報には、筒内圧センサの出力信号からクランク角毎の熱発生率を算定し、その熱発生率パターンが予め定められた波形パターンになるようにＥＧＲ率を制御することに関して記載されている。

しかしながら、内燃機関の燃焼状態は筒内の混合気の形成具合や着火状況に左右されるため、同一運転状態を維持したとしても、熱発生率や燃焼期間にはサイクル毎のばらつきが発生する。このため、熱発生率や燃焼期間からＥＧＲ率を精度良く推定するためには、前記のばらつきを統計処理する必要が有り、そのためには多くのサンプル数が必要とされる。サンプル数を多くとるほどＥＧＲ率の推定精度は高まるものの、その分、多くのサイクル数を費やすことになってＥＧＲ率制御の応答性は低いものになってしまう。

一方、例えば特開平７−１８９８１５号公報に記載されているように、燃焼状態に依存しない情報を用いてＥＧＲ率を特定する方法も知られている。この公報に記載の方法では、ＥＧＲ率を特定するための情報として、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号が用いられている。吸気管圧がＥＧＲ率によって変化することは既知の事実であり、吸気バルブが開いている吸気行程時の筒内圧と吸気管圧との間には相関がある。したがって、筒内圧センサを備える内燃機関であれば、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号をみることで筒内のＥＧＲ率を間接的に特定することができる。

吸気行程時における筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を特定する従来方法は、具体的には、図８のフローチャートと図９の筒内圧−クランク角度線図とを用いて説明することができる。図９の筒内圧−クランク角度線図には、吸気行程から排気行程までの筒内圧の変化が、ＥＧＲありの場合とＥＧＲなしの場合とで比較して示されている。

図８のフローチャートに示すように、従来方法では、筒内圧センサ（ＣＰＳ）の出力信号が読み込まれて（ステップＳ１１）、読み込まれた出力信号は所定のゲインを乗じることによって電圧値から圧力値へと変換される（ステップＳ１２）。ただし、ＥＧＲ率の特定のために必要なのは筒内圧の絶対圧であるが、筒内圧センサは圧力の変化を電圧で出力するものであるため、その電圧値から変換された圧力値には筒内圧の絶対圧に対するオフセット分が含まれている。このため、図９中に矢印Ｓ１３で表現しているように、電圧値から変換された圧力値の絶対圧補正が行われる（ステップＳ１３）。絶対圧補正の方法としては、次のような方法が考えられる。一つの例は、吸気行程時筒内圧は吸気管圧センサによる計測値に等しいとして、吸気管圧センサの出力信号を基準にして絶対圧補正値を決定する方法である。もう一つの例は、吸気行程の次に来る圧縮行程を断熱圧縮とみなして、ＰＶ^κ＝一定の関係が成り立つように絶対圧補正値を決定する方法である。

そして、絶対圧補正の後、図９中に矢印Ｓ１４で表現しているように、吸気行程時の筒内圧が取得される（ステップＳ１４）。より詳しくは、絶対圧補正後の筒内圧を用いて、吸気行程の区間における図示平均有効圧力が計算される。従来方法では、こうして得られた吸気行程時の筒内圧をＥＧＲが無い場合の筒内圧と比較し、その差から筒内のＥＧＲ率を特定する（ステップＳ１５）。ＥＧＲ率を特定するための情報である吸気行程時の筒内圧は、熱発生率や燃焼期間等とは違って燃焼状態に依存することがない。したがって、吸気行程時筒内圧を用いる方法によれば、熱発生率や燃焼期間を用いる方法に比較して、より精度良くＥＧＲ率を特定することができるように思われる。

ところが、現実的には、吸気行程時筒内圧を用いてＥＧＲ率を特定する方法は、熱発生率や燃焼期間を用いる場合と同様、その精度を担保することに困難さを伴う。筒内圧センサの出力信号から吸気行程時筒内圧を求める上では絶対圧補正が必要となるが、どの補正方法を用いたとしても絶対圧補正値に誤差が含まれることは避けられない。しかも、その誤差の大きさはＥＧＲ実行時の筒内圧の変化と同様のオーダーであるため、絶対圧補正の誤差がＥＧＲ率の特定精度に与える影響は極めて大きい。

以上述べたように、現実性のある方法によって筒内のＥＧＲ率を精度良く特定できるようにすることは、ＥＧＲの活用による排気ガス性能及び燃費性能の向上を図る上での重要な課題として位置づけられる。本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を精度良く特定できるようにすることをその目的とする。

本発明によるＥＧＲ率の特定方法では、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号から、吸気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第１の筒内圧関連パラメータ）の値が算出される。また、同サイクルの排気行程時における筒内圧センサの出力信号から、排気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第２の筒内圧関連パラメータ）の値が算出される。そして、第１の筒内圧関連パラメータと第２の筒内圧関連パラメータの値の差から同サイクルにおいて燃焼に供された混合気のＥＧＲ率が特定される。

このように、筒内圧センサの出力信号から算出される筒内圧関連パラメータの値そのものではなく、吸気行程と排気行程で得られた各筒内圧関連パラメータの値の差、すなわち、相対値を用いることで、ＥＧＲ率を特定するための工程から誤差要因である絶対圧補正を排除することができる。しかも、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号と排気行程時における筒内圧センサの出力信号は、何れも燃焼状態に依存しない情報である。したがって、本発明によるＥＧＲ率の特定方法によれば、従来にない現実性のある方法によって筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を精度良く特定することができる。

筒内圧関連パラメータとしては、各行程での図示仕事を用いることが好ましい。それらは筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から算出することができる。吸気行程での図示仕事と排気行程での図示仕事の値の差をとることで、ポンプロスを算出することができる。ポンプロスの大きさとＥＧＲ率との間には一定の関係がある。

また、筒内圧関連パラメータとして、各行程での図示平均有効圧力を算出することも好ましい。それらは筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から算出することができる。吸気行程での図示平均有効圧力と排気行程での図示平均有効圧力の値の差をとることで、ＥＧＲの導入による吸気管圧力の上昇度を正確に推定することができる。

また、筒内圧関連パラメータとして、吸気行程の所定クランク角における筒内圧と、排気行程の所定クランク角における筒内圧とを用いてもよい。それらは何れも筒内圧センサの出力信号を変換して得ることができる。吸気行程の筒内圧と排気行程の筒内圧の値の差をとることで、筒内圧センサの出力信号に含まれるオフセット分は相殺される。これにより、筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率と関係する成分のみを取り出すことができる。

なお、内燃機関がＥＧＲ弁を備える場合、ＥＧＲ弁の前後における圧力差とＥＧＲ弁の開度とからＥＧＲ率を推定する方法が公知である。しかし、この公知方法と本発明によるＥＧＲ率の特定方法とには大きな違いがある。この公知方法で得られるＥＧＲ率は、あくまでも現在或いは将来のＥＧＲ弁開度から予測されるＥＧＲ率でしかない。これに対して本発明の方法では、実際の筒内のガス状態が反映された情報を用いてＥＧＲ率の特定が行われる。つまり、本発明の方法によれば、ＥＧＲ率の予測値ではなく、現時点において実際に燃焼に供された混合気のＥＧＲ率を特定することができるのである。

本発明は、上述のＥＧＲ率の特定方法を利用した内燃機関の制御装置も提供する。

その一つの態様によれば、制御装置は、ＥＧＲ率を変化させることが可能なアクチュエータと、筒内圧センサとを備えた内燃機関に用いられる制御装置として構成される。この制御装置は、演算要素と制御要素とを備える。演算要素は、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号から第１の筒内圧関連パラメータの値を算出し、また、同サイクルの排気行程時における筒内圧センサの出力信号から第２の筒内圧関連パラメータの値を算出する。そして、演算要素は、第１の筒内圧関連パラメータと第２の筒内圧関連パラメータの値の差（以下、パラメータ間差）を１又は複数サイクルについて算出する。制御要素は、演算要素が算出したパラメータ間差に基づくアクチュエータの操作によってＥＧＲ率を制御する。

演算要素の機能として好ましいのは、第１の筒内圧関連パラメータとして、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から吸気行程での図示仕事を算出することである。また、第２の筒内圧関連パラメータとして、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から排気行程での図示仕事を算出することである。

また、演算要素が、第１の筒内圧関連パラメータとして、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から吸気行程での図示平均有効圧力を算出し、第２の筒内圧関連パラメータとして、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から排気行程での図示平均有効圧力を算出することも好ましい。

また、演算要素が、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる吸気行程の所定クランク角における筒内圧を第１の筒内圧関連パラメータとして算出し、筒内圧センサの出力信号を変換して得られる排気行程の所定クランク角における筒内圧を第２の筒内圧関連パラメータとして算出することも好ましい。

制御要素の機能として好ましいのは、複数サイクルについて得たパラメータ間差の統計値に基づいてアクチュエータを操作することである。統計値としては平均値が好ましい。ただし、中央値、最小値或いは最大値を用いることもできる。

また、制御要素が、ある１サイクルについて得たパラメータ間差に基づいてアクチュエータを操作することも好ましい。燃焼に供された混合気のＥＧＲ率を特定するうえでは、ある１サイクルにおけるパラメータ間差を算出することで足りる。

また、制御要素の機能としては、予め用意されたデータに基づいてパラメータ間差からＥＧＲ率を特定し、特定したＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにアクチュエータを操作する機能も好ましい。ＥＧＲ率を特定するためのパラメータ間差は、複数サイクルについて得たパラメータ間差の統計値であってもよく、ある１サイクルについて得たパラメータ間差であってもよい。

また、制御装置は、アクチュエータの故障を診断する故障診断要素を備えることもできる。故障診断要素の機能としては、ＥＧＲ率を変化させるようアクチュエータを操作し、その操作の前後における第１の筒内圧関連パラメータと第２の筒内圧関連パラメータの値の差の変化に基づいてアクチュエータの故障を診断することが好ましい。

本発明のＥＧＲ率の特定方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。 本発明のＥＧＲ率の特定方法の実施の形態を説明するための筒内圧−クランク角度線図である。 ＥＧＲの有無が吸気圧力と排気圧力との関係に与える影響について調べた実験の結果を示す図である。 従来方法と本発明の方法とでＥＧＲ率の特定精度を比較した実験の結果を示す図である。 本発明の実施の形態の内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態において行われるＥＧＲ率制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において行われる故障診断のルーチンを示すフローチャートである。 吸気行程時における筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を特定する従来方法を説明するためのフローチャートである。 吸気行程時における筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を特定する従来方法を説明するための筒内圧−クランク角度線図である。

まず、本発明の創案過程において行われた実験の内容と、その結果から確認された本発明の前提となる事実について図を用いて説明する。実験では、内燃機関（以下、エンジン）の運転条件を変えながら、ＥＧＲの有無が吸気圧力と排気圧力との関係に与える影響について調べられた。その結果をグラフで示すと図３のようになる。この図に示すように、ＥＧＲが実行されている場合とＥＧＲが実行されていない場合のそれぞれにおいて、吸気圧力と排気圧力には相関があることが認められた。これは、吸気圧力が上昇すると吸入空気量が増加し、吸入空気量が増加すると燃焼ガスが増加し、燃焼ガスが増加すると排気圧力が上昇する、という因果関係が成り立っているからである。一方、ＥＧＲが実行されて排気管と吸気管とがつながった場合には、高圧の排気ガスが吸気管に流れ込むことによって吸気圧力が上昇する。その結果、図中に矢印で示すように、吸気圧力と排気圧力との関係に変化が生じることになる。ＥＧＲが実行されることにより、排気圧力と吸気圧力との差はＥＧＲが実行されていない場合に比較して減少する。なお、図３に示すＥＧＲありの場合の計測データは、ある一定のＥＧＲ率のもとでの吸気圧力と排気圧力との関係を示している。ＥＧＲ率が変化すれば、吸気圧力と排気圧力との関係はさらに変化し、排気圧力と吸気圧力との差にも変化が生じることになる。

以上のような事実に基づいて創案された発明が、本発明のＥＧＲ率の特定方法である。本発明の一つの実施の形態は、図１のフローチャートと図２の筒内圧−クランク角度線図とを用いて説明することができる。図２の筒内圧−クランク角度線図には、吸気行程から排気行程までの筒内圧の変化が、ＥＧＲありの場合とＥＧＲなしの場合とで比較して示されている。

図１のフローチャートに示すように、本実施の形態のＥＧＲ率の特定方法では、ステップＳ１において、筒内圧センサ（ＣＰＳ）の出力信号が読み込まれる。そして、次のステップＳ２において、読み込まれた出力信号は所定のゲインを乗じることによって電圧値から圧力値へと変換される。ここで、吸気行程時における筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を特定する従来方法（図８及び図９を用いて説明した従来方法）であれば、電圧値から変換された圧力値の絶対圧補正が必要であった。しかし、本実施の形態の方法では、以下のステップの処理が行われることにより、誤差要因である絶対圧補正を工程から排除することが可能となっている。

ステップＳ３では、図２中に矢印Ｓ３で表現しているように、吸気行程の所定クランク角における筒内圧が取得される。次のステップＳ４では、図２中に矢印Ｓ４で表現しているように、同サイクルの排気行程の所定クランク角における筒内圧が取得される。そして、ステップＳ５では、図２中に矢印Ｓ５で表現しているように、ステップＳ４で取得した排気行程時の筒内圧とステップＳ３で取得した吸気行程時の筒内圧との圧力差が算出される。

吸気行程時の筒内圧と排気行程時の筒内圧の圧力差をとることで、筒内圧センサの出力信号に含まれるオフセット分を相殺してＥＧＲ率と関係する成分のみを取り出すことができる。したがって、従来方法のような絶対圧補正を行う必要は無い。しかも、吸気行程時や排気行程時の筒内圧は何れも燃焼状態に依存しないことから、それらの圧力差も燃焼状態には依存しない。したがって、ＥＧＲ率を特定するための情報としてステップ５で得られた圧力差を用いることで、筒内圧センサの出力信号からＥＧＲ率を精度良く特定することができる。

本実施の形態の方法では、ＥＧＲが無い場合の圧力差を基準にして、吸気行程時と排気行程時の筒内圧の圧力差がＥＧＲ率によってどのように変化するのかが予め実験データとして取得されている。ステップＳ６では、ステップＳ５で得られた圧力差がＥＧＲの無い場合の圧力差と比較される。そして、前述の実験データに基づいて、ＥＧＲの無い場合の圧力差との比較結果から筒内のＥＧＲ率（燃焼に供された混合気のＥＧＲ率）が特定される。比較方法としては、両者の比をとる方法と、両者の差をとる方法の何れを採用してもよい。

図４は、従来方法と本実施の形態の方法とでＥＧＲ率の特定精度を比較した実験の結果を示す図である。図４の上段のグラフには、実際のＥＧＲ率（真値）と従来方法により特定されるＥＧＲ率（検出値）とが示されている。下段のグラフには、実際のＥＧＲ率（真値）と本実施の形態の方法により特定されるＥＧＲ率（検出値）とが示されている。２つのグラフの比較からは、本実施の形態の方法によれば、従来方法に比較して格段に高い精度で筒内のＥＧＲ率を特定可能なことが確認できる。

以上の実施の形態から明らかなように、本発明のＥＧＲ率の特定方法は、筒内のＥＧＲ率を特定するための情報に一つの特徴がある。上述の実施の形態では、筒内圧センサの出力信号から変換される所定クランク角における筒内圧をパラメータとし、吸気行程時と排気行程時の各パラメータの値の差をＥＧＲ率の特定用の情報として用いている。各パラメータの値の差をとることで、筒内圧センサの出力信号に含まれるオフセット分を相殺し、従来方法では必要であった絶対圧補正を不要にしている。

ただし、上述の実施の形態で用いているパラメータは本発明の方法において使用可能なパラメータの一例に過ぎない。筒内圧センサの出力信号から得られる筒内圧に関係するパラメータ（筒内圧関連パラメータ）であれば、本発明の方法において使用することができる。例えば、各行程での図示仕事を筒内圧関連パラメータとして用いることができる。吸気行程での図示仕事と排気行程での図示仕事の値の差をとることで、ポンプロスを算出することができる。ただし、図示仕事を算出する際の積分区間は、吸気行程と排気行程で対応する積分区間とする。排気圧力と吸気圧力との差がＥＧＲ率に関係するのと同じ理由で、ポンプロスの大きさとＥＧＲ率との間にも一定の関係がある。したがって、その関係を予め実験で確認しておくことにより、ポンプロスの値からＥＧＲ率を特定することが可能となる。

また、各行程での図示平均有効圧力を筒内圧関連パラメータとして用いることができる。図示平均有効圧力によれば、図示仕事を用いる場合と同様、あるクランク角における筒内圧を用いる場合に比較して筒内圧の変動の影響は少ない。したがって、吸気行程での図示平均有効圧力と排気行程での図示平均有効圧力の値の差をとることで、ＥＧＲの導入による吸気管圧力の上昇度をより正確に推定することが可能となる。つまり、図示平均有効圧力や図示仕事を筒内圧関連パラメータとして用いる場合には、より高い精度で筒内のＥＧＲ率を特定することが可能となる。

次に、本発明を適用したエンジン制御装置の実施の形態について説明する。

本実施の形態おいて制御対象とされるエンジンは、ＥＧＲシステムと筒内圧センサとを備えた４サイクルレシプロエンジンである。ＥＧＲシステムは、排気通路と吸気通路とをＥＧＲ管で接続し、ＥＧＲ管に設けたＥＧＲ弁によってＥＧＲガスの量を調整することができる。ＥＧＲ管にはＥＧＲクーラが設けられていることが好ましいが、本発明を実施する上で必ずしも必要ではない。筒内圧センサは全ての気筒に備えられていることが好ましいが、本発明を実施する上では少なくとも一つの気筒に備えられていればよい。その他のエンジンの形式には限定はなく、ガソリンエンジンに代表される火花点火式エンジンでもよく、圧縮着火式のディーゼルエンジンでもよい。また、自然吸気式のエンジンでもよく、過給式のエンジンでもよい。火花点火式エンジンの場合には、その燃料の噴射方式はポート噴射式でもよく筒内直噴式でもよい。

図５は、本発明の実施の形態のエンジン制御装置２の構成を示すブロック図である。以下、図５を参照してエンジン制御装置２の構成とその機能について説明する。

エンジン制御装置２は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。エンジン制御装置２が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、ＥＧＲシステム等が含まれる。ただし、本実施の形態においてエンジン制御装置２が操作するのはＥＧＲシステムのＥＧＲ弁２２であり、エンジン制御装置２はＥＧＲ弁２２を操作してエンジン筒内のＥＧＲ率を制御する。また、エンジン制御装置２には、筒内圧センサ２０を始めとして多数のセンサから種々の信号が入力される。これらの信号はエンジンの制御に用いられる。特にＥＧＲ率の制御には、主として筒内圧センサ２０の出力信号が用いられる。

エンジン制御装置２は、それが有する機能別に、電圧−圧力変換部４、吸気圧力取得部６、排気圧力取得部８、圧力差算出部１０、ＥＧＲ率算出部１２、ＥＧＲ率制御部１４及び故障診断部１６に分けることができる。これらの要素４，６，８，１０，１２，１４，１６は、エンジン制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、ＥＧＲ率制御のためのＥＧＲ弁２２の操作に関係する要素と、ＥＧＲ弁２２の故障診断に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図５は、エンジン制御装置２がこれらの要素４，６，８，１０，１２，１４，１６のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素４，６，８，１０，１２，１４，１６は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。

電圧−圧力変換部４には、筒内圧センサ２０の出力信号が取り込まれている。電圧−圧力変換部４は、筒内圧センサ２０の出力信号に所定のゲインを乗じることによって電圧値を圧力値に変換する。吸気圧力取得部６は、筒内圧センサ２０が取り付けられた気筒が吸気行程のときの筒内圧（吸気圧力）の値を電圧−圧力変換部４から取得する。排気圧力取得部８は、同気筒が同サイクルの排気行程にあるときの筒内圧（排気圧力）の値を電圧−圧力変換部４から取得する。圧力差算出部１０は、取得した排気圧力と吸気圧力との圧力差を算出し、ＥＧＲ率算出部１２に入力する。

ＥＧＲ率算出部１２は、圧力差算出部１０から入力された圧力差と、ＥＧＲの無い場合の圧力差とを比較する。ＥＧＲの無い場合の圧力差には、エンジン回転数、スロットル開度、吸気温度及び水温等の情報を元に計算した値が用いられる。或いは、事前の学習によって得られた学習値が用いられる。ＥＧＲ率算出部１２は、前述の比較結果を予め用意されたマップに照合することにより、排気圧力と吸気圧力との圧力差に応じたＥＧＲ率を算出する。

ＥＧＲ率算出部１２で算出されたＥＧＲ率は、現時点における実ＥＧＲ率の推定値である。ＥＧＲ率制御部１４は、ＥＧＲ率算出部１２で算出されたＥＧＲ率をフィードバック情報としてＥＧＲ率の制御を行う。以下、ＥＧＲ率算出部１２によるＥＧＲ制御の内容について図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態で実行されるＥＧＲ制御の流れをフローチャートで表した図である。図６のフローチャートにおける最初のステップＳ１０１では、筒内圧センサ２０の出力信号から吸気圧力が取得される。また、ステップＳ１０２では、筒内圧センサ２０の出力信号から同サイクルの排気圧力が取得される。そして、ステップＳ１０３では、排気圧力と吸気圧力との圧力差が算出され、次のステップＳ１０４において、ＥＧＲが無い場合の圧力差との比較に基づいて現在のＥＧＲ率（同サイクルにおいて燃焼に供された混合気のＥＧＲ率）が算出される。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出された現在のＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とが比較される。その比較の結果、現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低い場合には、ステップＳ１０６においてＥＧＲ弁２２が開き側に操作される。逆に現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率以上になっている場合には、ステップＳ１０７においてＥＧＲ弁２２が閉じ側に操作される。

本実施の形態のエンジン制御装置２は、以上のような流れでＥＧＲ制御を実施する。その中で行われているＥＧＲ率の特定には本発明による方法が用いられている。このため、現在のＥＧＲ率を正確に特定することが可能であり、その正確に特定した現在のＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との比較により、筒内のＥＧＲ率を高い精度で制御することできる。

一方、故障診断部１６には、圧力差算出部１０で算出された排気圧力と吸気圧力との圧力差が入力される。故障診断部１６は、その圧力差がＥＧＲ弁２２の開閉によってどのように変化するのか観察し、その観察結果からＥＧＲ弁２２の故障を診断する。ＥＧＲ弁２２が故障していると判定された場合、故障診断部１６は、ＥＧＲ率制御部１４にＥＧＲ率制御の停止を要求するとともに、ＭＩＬ（Malfunction indicator lamp）２４を点灯させる。以下、故障診断部１６による故障診断の内容について図７を用いて説明する。

図７は、本実施の形態で実行される故障診断の流れをフローチャートで表した図である。図７のフローチャートにおける最初のステップＳ２０１では、ＥＧＲ弁２２が閉状態のときの筒内圧センサ２０の出力信号から吸気圧力が取得される。また、ステップＳ２０２では、筒内圧センサ２０の出力信号から同サイクルの排気圧力が取得される。そして、ステップＳ２０３では、排気圧力と吸気圧力との圧力差が算出される。

ステップＳ２０４では、ＥＧＲ弁２２が閉状態（ＯＦＦ）から開状態（ＯＮ）へと切り替えられる。そして、次のステップＳ２０５では、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理が再び行われて、排気圧力と吸気圧力との圧力差が再計算される。ステップＳ２０６では、ＥＧＲ弁２２が閉状態から開状態へ切り替わることで、圧力差に変化があったかどうか判定される。その判定の結果、圧力差に変化があった場合には、ステップＳ２０７においてＥＧＲ弁２２は正常であるとの診断が下される。一方、圧力差に変化がなかった場合には、ステップＳ２０８においてＥＧＲ弁２２は異常であるとの診断が下される。そして、ステップＳ２０９においてＥＧＲ率制御が停止されるとともに、ＭＩＬ２４が点灯される。

本実施の形態のエンジン制御装置２は、以上のような流れでＥＧＲ弁２２の故障診断を実施する。排気圧力と吸気圧力との圧力差はＥＧＲ率の変化に敏感なパラメータであることから、この圧力差を故障診断の指標として用いることによってＥＧＲ弁２２の故障を正確に診断することが可能となる。

以上が、本発明が適用されたエンジン制御装置の一つの実施の形態についての説明である。ただし、これはあくまでも一つの実施の形態であって、本発明が上述の実施の形態に限定されることを意図するものではない。したがって、エンジン制御装置は、排気圧力と吸気圧力との圧力差を複数サイクルについて算出し、その統計値に基づいてＥＧＲ制御を行い、また、故障診断を行うように構成されていてもよい。統計値としては、平均値、中央値、最小値或いは最大値などを用いることができる。

また、エンジン制御装置は、各行程での図示仕事を筒内圧から算出し、ＥＧＲ率を特定するための情報として、吸気行程での図示仕事と排気行程での図示仕事の値の差を算出するように構成されていてもよい。或いは、各行程での図示平均有効圧力を筒内圧から算出し、ＥＧＲ率を特定するための情報として、吸気行程での図示平均有効圧力と排気行程での図示平均有効圧力の値の差を算出するように構成されていてもよい。

また、エンジン制御装置は、本発明の方法により特定した現在のＥＧＲ率に応じてエンジンの運転を制御するように構成されていてもよい。例えば、現在のＥＧＲ率のもとでの燃費性能や排気ガス性能が最大になるように、点火時期、燃料噴射量、吸入空気量、バルブタイミング等を調整するようにしてもよい。

さらに、エンジン制御装置により制御されるエンジンの構成についても種々の変形例が考えられる。例えば、上述の実施の形態のエンジンはＥＧＲ弁を有するＥＧＲシステムを備えているが、ＥＧＲシステムはＥＧＲ率を変化させることが可能なアクチュエータの一つである。吸気弁或いは排気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えているエンジンであれば、可変バルブタイミング機構の操作によっていわゆる内部ＥＧＲを変化させ、それにより筒内のＥＧＲ率を制御することができる。また、スロットルを有するエンジンであれば、スロットルによって吸気管圧を変化させ、それにより筒内のＥＧＲ率を制御することもできる。

２ エンジン制御装置
４ 電圧−圧力変換部
６ 吸気圧力取得部
８ 排気圧力取得部
１０ 圧力差算出部
１２ ＥＧＲ率算出部
１４ ＥＧＲ率制御部
１６ 故障診断部
２０ 筒内圧センサ
２２ ＥＧＲ弁
２４ ＭＩＬ

Claims (9)

1. 吸気行程時における筒内圧センサの出力信号から前記吸気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第１の筒内圧関連パラメータ）の値を算出するステップと、
   前記吸気行程と同サイクルの排気行程時における前記筒内圧センサの出力信号から前記排気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第２の筒内圧関連パラメータ）の値を算出するステップと、
   前記第１の筒内圧関連パラメータと前記第２の筒内圧関連パラメータの値の差から前記同サイクルにおいて燃焼に供された混合気のＥＧＲ率を特定するステップと、
   を含むことを特徴とする内燃機関におけるＥＧＲ率の特定方法。
2. 前記第１の筒内圧関連パラメータとして、前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から前記吸気行程での図示仕事を算出し、
   前記第２の筒内圧関連パラメータとして、前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から前記排気行程での図示仕事を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関におけるＥＧＲ率の特定方法。
3. 前記第１の筒内圧関連パラメータとして、前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から前記吸気行程での図示平均有効圧力を算出し、
   前記第２の筒内圧関連パラメータとして、前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる筒内圧から前記排気行程での図示平均有効圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関におけるＥＧＲ率の特定方法。
4. 前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる前記吸気行程の所定クランク角における筒内圧を前記第１の筒内圧関連パラメータとして算出し、
   前記筒内圧センサの出力信号を変換して得られる前記排気行程の所定クランク角における筒内圧を前記第２の筒内圧関連パラメータとして算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関におけるＥＧＲ率の特定方法。
5. ＥＧＲ率を変化させることが可能なアクチュエータと、筒内圧センサとを備えた内燃機関の制御装置において、
   吸気行程時における前記筒内圧センサの出力信号から前記吸気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第１の筒内圧関連パラメータ）の値を算出する第１筒内圧関連パラメータ算出手段と、
   前記吸気行程と同サイクルの排気行程時における前記筒内圧センサの出力信号から前記排気行程時の筒内圧に関係するパラメータ（以下、第２の筒内圧関連パラメータ）の値を算出する第２筒内圧関連パラメータ算出手段と、
   前記第１の筒内圧関連パラメータと前記第２の筒内圧関連パラメータの値の差（以下、パラメータ間差）を１又は複数サイクルについて算出するパラメータ間差算出手段と、
   前記パラメータ間差に基づく前記アクチュエータの操作によってＥＧＲ率を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、複数サイクルについて得た前記パラメータ間差の統計値に基づいて前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御手段は、ある１サイクルについて得た前記パラメータ間差に基づいて前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御手段は、予め用意されたデータに基づいて前記パラメータ間差からＥＧＲ率を特定し、特定したＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. ＥＧＲ率を変化させるよう前記アクチュエータを操作した場合に、その操作の前後における前記パラメータ間差の変化に基づいて前記アクチュエータの故障を診断する故障診断手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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