JP6424154B2

JP6424154B2 - エンジン

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Publication number: JP6424154B2
Application number: JP2015244629A
Authority: JP
Inventors: 中野　聡; 聡中野
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: JP2017110535A

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸気側へ還流させる装置を備えるエンジンに関する。

従来から、排気ガスの一部を吸気側へ還流させるＥＧＲ装置を設けることにより、吸気に酸素濃度の低い排気ガス（ＥＧＲガス）を還流させることで燃焼温度を低下させ、排気ガス中のＮＯ_x（窒素酸化物）の量を低減させるエンジンが知られている。特許文献１は、この種のエンジンを開示する。

上記特許文献１においては、排気圧に対する吸気圧の比率である吸気対排気圧力比を所定の式に代入することにより、吸気側へ還流されるＥＧＲガスの量であるＥＧＲ還流量を求め、このＥＧＲ還流量に基づいて、ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブの開度等を調整している。

ここで、上記特許文献１においては、排気圧の検出値に対する吸気圧の検出値の比率である実吸気対排気圧力比か、燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて制御マップにより求められる排気圧に対する吸気圧の比率の推定値である推定吸気対排気圧力比か、の何れかを選択して、この選択された方の吸気対排気圧力比を前記所定の式に代入してＥＧＲ還流量を算出する。具体的には、実吸気対排気圧力比が大きい（閾値以上である）場合には、排気圧力センサ及び吸気圧力センサの個体差やエンジンの稼動中の圧力変動等によって前記所定の式による算出精度が大きく影響を受けることとなるため、実吸気対排気圧力比に代えて推定吸気対排気圧比を代入してＥＧＲ還流量を算出することとしている。

特開２０１５−７５０４３号公報

しかし、上記特許文献１の構成では、実吸気対排気圧力比が閾値以上となるエンジンの運転領域が広範囲に及ぶため、推定吸気対排気圧力比を算出するための前記制御マップを構築するのに必要な工数が多くなり、パラメータの調整作業（適合作業）に手間と時間が掛かっていた。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ＥＧＲ還流量を算出するために用いる制御マップの構築に必要な工数を低減することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置を有する。このエンジンは、吸気圧検出部と、排気圧検出部と、エンジン回転数検出部と、燃料噴射量検出部と、ＥＧＲ制御部と、を備える。前記吸気圧検出部は、吸気の圧力である吸気圧を検出する。前記排気圧検出部は、前記排気ガスの圧力である排気圧を検出する。前記エンジン回転数検出部は、エンジン回転数を検出する。前記燃料噴射量検出部は、燃料噴射量を検出する。前記ＥＧＲ制御部は、排気圧に対する吸気圧の比率である吸気対排気圧力比を用いて、前記吸気側へ還流される前記ＥＧＲガスの量であるＥＧＲ還流量を求めることができる。前記ＥＧＲ制御部には、第１制御マップと、第２制御マップと、が記憶されている。前記第１制御マップは、燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて、排気圧に対する吸気圧の比率の推定値である推定吸気対排気圧力比を求めることができる。第２制御マップは、前記吸気対排気圧力比として、前記排気圧検出部の検出値に対する前記吸気圧検出部の検出値の比率である実吸気対排気圧力比を選択するか、前記推定吸気対排気圧力比を選択するかを決定するために用いられる。前記ＥＧＲ制御部は、前記実吸気対排気圧力比が閾値未満である場合は、当該実吸気対排気圧力比を前記吸気対排気圧力比として用いて前記ＥＧＲ還流量を求める。前記ＥＧＲ制御部は、前記実吸気対排気圧力比が閾値以上である場合は、前記第２制御マップにより選択された方を前記吸気対排気圧力比として用いて前記ＥＧＲ還流量を求める。

即ち、実吸気対排気圧力比が大きい（即ち、吸気圧と排気圧の差が小さい）場合であっても、当該実吸気対排気圧力比を用いることによってＥＧＲ還流量算出式による算出精度が大きく影響を受ける運転領域以外については、当該実吸気対排気圧力比を用いてＥＧＲ還流量を求めてもさほど不正確ではないということができる。本発明では、これを利用して、実吸気対排気圧力比が大きい場合でも、第２制御マップで定められた運転領域についてのみ第１制御マップによる推定吸気対排気圧力比をＥＧＲ還流量の算出に用いることとしているので、第１制御マップの対象となる運転領域を削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記ＥＧＲ制御部には、前記第２制御マップとして、複数の吸気対排気圧力比選択用マップが記憶されている。前記エンジンを稼動させる高度に応じて、前記複数の吸気対排気圧力比選択用マップの中から１つの吸気対排気圧力比選択用マップが選択される。

これにより、エンジンを稼動させる高度に応じて、複数の吸気対排気圧力比選択用マップを使い分けることにより、高度を考慮すればＥＧＲ還流量の算出に用いる吸気対排気圧力比として実吸気対排気圧力比を採用しても支障がない場合には、当該実吸気対排気圧力比をＥＧＲ還流量の算出に用いることができる。よって、第１制御マップの対象となる運転領域を削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

前記のエンジンにおいては、前記複数の吸気対排気圧力比選択用マップは、前記エンジンを稼動させる高度が高くなるにつれて、前記推定吸気対排気圧力比が選択される運転領域が狭くなるように定められることが好ましい。

これにより、エンジンを稼動させる高度が高くなるにつれて、推定吸気対排気圧力比が選択される運転領域が狭くなるように定めることにより、第１制御マップの対象となる運転領域を削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

前記のエンジンにおいては、自然吸気式のエンジンであることが好ましい。

即ち、一般的に、自然吸気式のエンジンにおいては、実吸気対排気圧力比が大きい（即ち、吸気圧と排気圧の差が小さい）値となる運転領域が広範囲に及ぶ傾向があるが、第２制御マップで定められた運転領域についてのみ第１制御マップにより推定吸気対排気圧力比を求めてＥＧＲ還流量の算出に用いることにより、第１制御マップの対象となる運転領域を絞り込むことができる。この結果、自然吸気式のエンジンにおいて、過給機付きエンジンに比べて、第１制御マップの構築のための工数を大幅に低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示す模式図。エンジンに備えられる制御系の主要な構成を示すブロック図。吸気圧と排気圧の差圧ΔＰ及びＥＧＲバルブの開度Ｇとの関係でＥＧＲガス有効通路断面積Ａ_redを示したＥＧＲガス有効通路断面積マップを示す図。燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎとの関係で推定吸気対排気圧力比Ｘｎを示した第１制御マップを示す図。燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎとの関係で、実吸気対排気圧力比又は推定吸気対排気圧力比の何れを選択するかを示した第２制御マップ、より具体的には低地用の吸気対排気圧力比選択用マップを示す図。中高地用の吸気対排気圧力比選択用マップ、及び高高地用の吸気対排気圧力比選択用マップを示す図。ＥＧＲ還流量を算出するときにＥＧＲ制御部により行われる制御を示すフローチャート。吸気対排気圧力比とＡ_red係数との関係を示すグラフ。（ａ）従来の自然吸気式のエンジンにおいて、吸気対排気圧力比の値として推定吸気対排気圧力比が採用されていた運転領域をハッチングで示した図。（ｂ）本実施形態のエンジンを自然吸気式のエンジンとした場合において、吸気対排気圧力比の値として推定吸気対排気圧力比が採用される運転領域をハッチングで示した図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。初めに、図１を参照して、エンジン１の概要について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の全体的な構成を示す模式図である。図中の２点鎖線の円の中には、シリンダ内の構成を模式的に示している。

図１に示すように、本実施形態のエンジン１は、エンジン本体１０と、燃料噴射装置２０と、ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）３０と、を備える。また、図２に示すように、エンジン１は、当該エンジン１を統括的に制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６０を備える。

本実施形態において、エンジン１は直列４気筒型のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン本体１０は、シリンダブロックと、シリンダヘッドと、を主たる構造体とし、これらに種々の部品を組み付けることにより構成されている。シリンダブロックには、４つのシリンダ１１が形成される。それぞれのシリンダ１１の内部には燃焼室１２が形成され、当該燃焼室１２にはピストン１３がスライド可能に配置されている。このピストン１３は、ロッド１９を介して、エンジン１の出力軸であるクランク軸１４に連結される。

また、エンジン本体１０は、吸気マニホールド１５と、排気マニホールド１６と、を備えている。吸気マニホールド１５には、当該吸気マニホールド１５に吸気を導入する吸気側の通路としての吸気管１７が接続されている。排気マニホールド１６には、当該排気マニホールド１６からの排気ガスが排出される排気側の通路としての排気管１８が接続されている。

燃料噴射装置２０は、各シリンダ１１に対応するインジェクタ２１を備える。インジェクタ２１には、図略の燃料噴射ポンプによって圧送された燃料が、コモンレール２３を介して分配される。図２に示すように、インジェクタ２１が備える電子制御弁２４はＥＣＵ６０に電気的に接続されており、インジェクタ２１から燃焼室１２内に適宜の量の燃料が適宜のタイミングで噴射されるようになっている。燃料を燃焼室１２内に噴射することにより、ピストン１３は燃焼室１２での吸気・圧縮行程後の爆発から得られる推進力によってシリンダ１１内を往復運動し、ピストン１３の往復運動がロッド１９を介してクランク軸１４の回転運動に変換されて動力が得られる。

ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路としてのＥＧＲ管３１と、ＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲ弁３３と、を備えている。ＥＧＲ管３１は、吸気管１７と排気管１８とを接続しており、当該ＥＧＲ管３１を介して排気ガスの一部が吸気に還流（再循環）される。ＥＧＲ弁３３は、ＥＧＲ管３１の内部に設けられており、当該ＥＧＲ弁３３はＥＣＵ６０のＥＧＲ制御部６１（図２参照）に電気的に接続されている。ＥＧＲ弁３３は、例えば電磁式流量制御弁により構成することができる。ＥＧＲ制御部６１によりＥＧＲ弁３３の開度を適宜に調整（変更）することで、吸気側に還流される排気ガスの量（以下、ＥＧＲ量と称することがある。）が調整される。

次に、図２を参照して、エンジン１の電気的構成及び制御に関する構成を説明する。図２は、エンジン１に備えられる制御系の主要な構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータとして構成され、前記ＲＯＭの記憶部には、制御プログラムや制御マップ等の各種データが記憶されている。ＥＣＵ６０は、種々のセンサや操作具から情報を取得し、これらの情報に基づいてエンジン１に関する制御を行う。

ＲＯＭの記憶部に記憶されている上記の制御プログラム等をＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することで、ＥＣＵ６０を、ＥＧＲ制御部６１等として動作させることができる。ＥＣＵ６０のＥＧＲ制御部６１は、種々のセンサの検出結果から、エンジン本体１０のエンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｆ、吸気圧Ｐ_i、排気圧Ｐ_e、ＥＧＲガス温度Ｔ_EGR等の運転情報を取得し、これらの運転情報に基づいて、ＥＧＲガスの還流量（以下、ＥＧＲ還流量と称することがある。）を算出し、当該ＥＧＲ還流量に応じてＥＧＲ弁３３の開度（目標開度）を制御することにより、排気ガス中に含まれるＮＯ_xの量をコントロールすることができる。

本実施形態では、エンジン１の運転情報等を取得するための上記の種々のセンサとして、エンジン回転数センサ９と、燃料噴射量センサ２２と、吸気圧センサ７と、排気圧センサ８と、ＥＧＲ弁開度検出センサ３４と、ＥＧＲガス温度検出センサ３５と、大気圧センサ６と、が主として備えられる。これらのセンサは、ＥＣＵ６０に電気的に接続されている。

エンジン回転数検出部としてのエンジン回転数センサ９は、エンジン回転数Ｎを検出するものである。エンジン回転数センサ９は、例えばセンサとパルス発生器により構成され、エンジン１の出力軸であるクランク軸１４の回転に応じてパルスを発生するように構成することができるが、これに限るものではない。

燃料噴射量検出部としての燃料噴射量センサ２２は、インジェクタ２１からの燃料噴射量Ｆを検出するものである。本実施形態の燃料噴射量センサ２２は、流量センサにより構成され、図示しない燃料供給管の途中部に設けられるものとすることができるが、これに限るものではない。

吸気圧検出部としての吸気圧センサ７は、吸気マニホールド１５内の気体（ＥＧＲ混合気）の圧力（吸気圧Ｐ_i）を検出する。排気圧検出部としての排気圧センサ８は、排気マニホールド１６内の気体の圧力（排気圧Ｐ_e）を検出する。

ＥＧＲ弁開度検出センサ３４は、例えば、ＥＣＵ６０からＥＧＲ弁３３への指令値に基づいてその開度Ｇを計算することにより得るように構成されている。しかし、これに限るものではなく、例えば、ＥＧＲ弁３３に位置検出センサを設けることでＥＧＲ弁３３の開度Ｇを検出しても良い。

ＥＧＲガス温度検出センサ３５は、ＥＧＲ管３１の途中部に設けられ、ＥＧＲガス温度Ｔ_EGRを検出することができる。このＥＧＲガス温度検出センサ３５は、例えば熱電対により構成することができるが、これに限るものではない。

大気圧センサ６は、エンジン１が稼動する場所の大気圧Ｐ_aを検出するものである。大気圧センサ６の検出結果に基づいてエンジン１の周辺の大気圧を取得し、その場所の高度（標高）を検出することができる。ただし、エンジン１が稼動する場所の高度を知る方法はこれに限定されるものではなく、例えばＧＰＳシステムによって土地の緯度・経度を取得し、その緯度・経度の土地の高度を予め登録された地図等により取得することとしても良い。

本実施形態では、エンジン１の制御に用いられる上記の各種データとして、ＥＧＲガス有効通路断面積マップと、ＥＧＲ還流量算出式と、第１制御マップと、第２制御マップと、がＥＣＵ６０の前記ＲＯＭの記憶部に記憶されている。

ＥＧＲガス有効通路断面積マップは、排気圧Ｐ_eと吸気圧Ｐ_iの差圧ΔＰ、及びＥＧＲ弁３３の開度Ｇに応じて、ＥＧＲガス有効通路断面積Ａ_redを求めるためのものである。このＥＧＲガス有効通路断面積マップは、例えば、図３に示すように、差圧ΔＰ（＝Ｐ_e−Ｐ_i）と、ＥＧＲ弁３３の開度Ｇと、の組合せに断面積を対応付けた２次元のテーブルとして表現することができる。図３は、吸気圧と排気圧の差圧ΔＰ及びＥＧＲバルブの開度Ｇとの関係でＥＧＲガス有効通路断面積Ａ_redを示したＥＧＲガス有効通路断面積マップを示す図である。ただし、ＥＧＲガス有効通路断面積Ａ_redはテーブル（マップ）により求めることに限定されず、例えば数式により求めることとしても良い。

ＥＧＲ還流量算出式は、ＥＧＲガス有効通路断面積Ａ_red、排気圧Ｐ_e、排気圧に対する吸気圧の比率である吸気対排気圧力比π、及びＥＧＲガス温度Ｔ_EGR等に基づいてＥＧＲ還流量（ＥＧＲガス重量）Ｍ_EGRを求めるためのものである。ＥＧＲ還流量算出式は、下記の式（１）のように表現される。なお、ＥＧＲ還流量の算出の詳細については後述する。

第１制御マップは、燃料噴射量センサ２２の検出値である燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数センサ９の検出値であるエンジン回転数Ｎに基づいて、排気圧に対する吸気圧の比率の推定値である推定吸気対排気圧力比を求めるためのものである。この第１制御マップは、例えば、図４に示すように、エンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｆと、の組合せに推定吸気対排気圧力比Ｘｎを対応付けた２次元のテーブルとして表現することができる。図４は、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎとの関係で推定吸気対排気圧力比Ｘｎを示した第１制御マップを示す図である。エンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｆと、の組合せに対応付けた推定吸気対排気圧力比Ｘｎは、エンジン１の運転領域により想定される組合せのうち必要な組合せについてのみ、予め実験等により求められて、第１制御マップとして構築されている。即ち、図４のマップ（テーブル）において空白となっている運転領域（エンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｆと、の組合せ）は、参照される可能性がない運転領域なので、推定吸気対排気圧力比Ｘｎの値が登録されていない。

第２制御マップは、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎに基づいて、前記ＥＧＲ還流量算出式に代入する吸気対排気圧力比πとして、排気圧センサ８の検出値Ｐ_eに対する吸気圧センサ７の検出値Ｐ_iの比率である実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを選択するか、それとも図４の第１制御マップを用いて求めた前記推定吸気対排気圧力比Ｘｎを選択するか、を決定するためのものである。第２制御マップは、図５に示すように、エンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｆと、の組合せに対応付けて、それぞれの場合に推定吸気対排気圧力比Ｘｎを選択するか否かを表した２次元のテーブル（マップ）として表現することができる。図５は、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎとの関係で、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_e又は推定吸気対排気圧力比Ｘｎの何れを選択するかを示した第２制御マップ、より具体的には低地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１を示す図である。エンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｆと、の組合せに対応付けて、それぞれの場合に推定吸気対排気圧力比Ｘｎを選択するか、それとも実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを選択するかは、予め実験や計算等により定められて、第２制御マップとして構築されている。なお、図５及び後述する図６においては、推定吸気対排気圧力比Ｘｎがπに代入される値として選択される場合を「１」、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eがπに代入される値として選択される場合を「０」と表現している。

本実施形態のＥＣＵ６０には、図５及び図６に示すように、エンジン１が稼動される場所の高度を考慮して、高度別に３種類の第２制御マップ（低地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１、中高地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ２、高高地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ３）が備えられている。図６は、中高地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ２、及び高高地用の吸気対排気圧力比選択用マップＭ３を示す図である。即ち、本実施形態では、エンジン１が稼動される土地の高度に応じて、３種類の第２制御マップ（吸気対排気圧力比選択用マップ）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が使い分けられる。

次に、本実施形態のエンジン１におけるＥＧＲ還流量Ｍ_EGR（即ち、還流されるＥＧＲガス重量）の算出について、図７のフローチャート等を参照して説明する。

本実施形態のエンジン１のＥＧＲ制御部６１は、ＥＧＲ還流量算出式（上記の式（１））に各種の値を代入することによって、ＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを算出する。

まず初めに、ＥＧＲ制御部６１は、排気圧センサ８の検出値Ｐ_eと吸気圧センサ７の検出値Ｐ_iを取得して、排気圧センサ８の検出値Ｐ_eに対する吸気圧センサ７の検出値Ｐ_iの比率である実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを算出する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１で得られた実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eは、所定の閾値Ｙと比較される（ステップＳ１０２）。実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eの値が閾値Ｙを下回る場合は（Ｐ_i／Ｐ_e＜Ｙ）、排気圧Ｐ_eと吸気圧Ｐ_iの差が大きいので、実際の検出値より得られる実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをπの値としてＥＧＲ還流量算出式に代入しても、排気圧センサ８及び吸気圧センサ７の個体差やエンジン１の稼動中の圧力変動等がＥＧＲ還流量算出式による算出精度に与える影響は少ないと考えられる。そこで、ＥＧＲ制御部６１は、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをπの値として採用（代入）して、式（１）に示すＥＧＲ還流量算出式によりＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを算出する（ステップＳ１０３）。この際、ＥＧＲガス有効通路断面積マップを参照することにより求められたＡ_red、排気圧センサ８の検出値Ｐ_e、ＥＧＲガス温度検出センサ３５の検出値Ｔ_EGR、気体定数Ｒ、及び排気比熱を表す定数κが式（１）に代入される。

一方、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eの値が閾値Ｙ以上である場合は（Ｐ_i／Ｐ_e≧Ｙ）、仮に、実際の検出値により得られる実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをπの値としてＥＧＲ還流量算出式に代入してＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求めることとすると、排気圧センサ８及び吸気圧センサ７の個体差やエンジン１の稼動中の圧力変動等によって算出結果が大きく影響を受ける可能性がある。従って、ＥＧＲ制御部６１は、エンジン１を稼動させる場所の高度等も考慮に入れて、πの値を決定する（ステップＳ１０４〜Ｓ１１１）。

ステップＳ１０４において、ＥＧＲ制御部６１は、エンジン１を稼動させる場所の高度についての情報を取得するために、大気圧センサ６の検出結果（大気圧Ｐ_a）を取得する。そしてこの取得した大気圧Ｐ_aが閾値Ｐ₁以上かつ閾値Ｐ₂以下である場合（ステップＳ１０５）、エンジン１を稼動させる場所が中〜高程度の高度の場所であると判断し、中高地用の第２制御マップである吸気対排気圧力比選択用マップＭ２を利用してπの値を決定する（ステップＳ１０６）。

一方、大気圧Ｐ_aが「閾値Ｐ₁以上かつ閾値Ｐ₂以下」という条件を満たさなかった場合（ステップＳ１０５）、ＥＧＲ制御部６１は、大気圧Ｐ_aが閾値Ｐ₂よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。その結果、大気圧Ｐ_aが閾値Ｐ₂よりも大きい場合、エンジン１を稼動させる場所が、高度の低い場所であると判断し、低地用の第２制御マップである吸気対排気圧力比選択用マップＭ１を利用してπの値を決定する（ステップＳ１０８）。

一方、ステップＳ１０７において、大気圧Ｐ_aが閾値Ｐ２よりも大きくなかった場合、（言い換えれば、大気圧Ｐ_aが閾値Ｐ₁よりも小さい場合）、エンジン１を稼動させる場所が高度の高い場所であると判断し、高高地用の第２制御マップである吸気対排気圧力比選択用マップＭ３を利用してπの値を決定する（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１１０において、ＥＧＲ制御部６１は、ステップＳ１０６，Ｓ１０８，又はＳ１０９で選択した高度別の第２制御マップ（吸気対排気圧力比選択用マップ）を参照して、燃料噴射量がＦ（燃料噴射量センサ２２で検出した値）でエンジン回転数がＮ（エンジン回転数センサ９で検出した値）のときに、式（１）に代入するπの値として推定吸気対排気圧力比Ｘｎが選択されているか、それとも実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが選択されているかを判定する。

その結果、ステップＳ１０６，Ｓ１０８，又はＳ１０９で選択した吸気対排気圧力比選択用マップを参照したときに、現在の燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎの組合せのときに選択されている吸気対排気圧力比が推定吸気対排気圧力比Ｘｎである場合、第１制御マップを参照して、現在の燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎのときの推定吸気対排気圧力比Ｘｎを取得する。そして、この第１制御マップを参照することにより得られた推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値として採用（代入）して、式（１）に示すＥＧＲ還流量算出式によりＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを算出する（ステップＳ１１１）。この際、ＥＧＲガス有効通路断面積マップを参照することにより求められたＡ_red、排気圧センサ８の検出値Ｐ_e、ＥＧＲガス温度検出センサ３５の検出値Ｔ_EGR、気体定数Ｒ、及び排気比熱を表す定数κが式（１）に代入される。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ１０６，Ｓ１０８，又はＳ１０９で選択した吸気対排気圧力比選択用マップを参照したときに、現在の燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎの組合せのときに選択されている吸気対排気圧力比が実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eである場合、ステップＳ１０１で取得した実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをπの値として採用（代入）して、式（１）に示すＥＧＲ還流量算出式によりＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを算出する（ステップＳ１０３）。この際、前述したのと同様に、Ａ_red、Ｐ_e、Ｔ_EGR、Ｒ、及びκの各値が式（１）に代入される。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。

ＥＧＲ制御部６１は、ステップＳ１０３又はステップＳ１１１で得られたＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを考慮して、ＥＧＲ弁３３の目標開度を算出し、当該ＥＧＲ弁３３の開度がこの目標開度となるように、ＥＧＲ弁開度検出センサ３４の検出結果を監視しながら制御を行う。

以上のフローで説明したように、本実施形態のエンジン１のＥＧＲ制御部６１では、ＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを算出するに際して、πの値として実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを代入するか、それとも推定吸気対排気圧力比Ｘｎを代入するかを、エンジン１の運転領域（具体的には、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎの組合せ）によって適宜に決めている。

ここで、図８を見れば分かるように、吸気対排気圧力比（π）が閾値Ｙ以上であった場合、吸気対排気圧力比の微小な変化によりＡ_red係数（式（１）の右辺のＡ_red以外の部分の値。以下、「Ａ_red係数」と称する場合がある。）が大きく変化する。即ち、排気圧センサ８及び吸気圧センサ７の個体差やエンジン１の稼動中の圧力変動等があった場合、その影響を受けてＡ_red係数が大きく変動し、ひいてはＥＧＲ還流量Ｍ_EGRの算出結果が大きく変動することとなる。更に言えば、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが閾値Ｙ以上の場合には、当該実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをそのまま吸気対排気圧力比（π）の値として式（１）に代入してＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求めると、当該ＥＧＲ還流量Ｍ_EGRの算出精度が低下する可能性がある。

そこで、従来では、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが閾値Ｙ以上である場合、一律に、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eに代えて推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値としてＥＧＲ還流量算出式（式（１））に代入して、ＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求めることとしていた。しかしながら、この従来の構成では、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eに代えて推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値として採用することとなるエンジンの運転領域が広範囲に及ぶため、制御マップ（本実施形態の第１制御マップに相当するもの）を構築するのに必要な工数が多くなり、手間と時間が掛かっていた。具体的に説明すると、推定吸気対排気圧力比Ｘｎの値が必要となるエンジンの運転領域が広いため、この運転領域で想定される燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Ｎの組合せも膨大な数となり、その１つ１つの組合せについて、例えば予め実験を行うこと等により推定吸気対排気圧力比Ｘｎを求めておくことが必要となり、パラメータの調整作業（適合作業）に手間と時間が掛かっていた。とりわけ、エンジンが自然吸気式のエンジンである場合、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが大きい運転領域（即ち、吸気圧Ｐ_iと排気圧Ｐ_eの差が小さい運転領域）が広範囲に及ぶ傾向があるため、適合作業の省力化が強く望まれていた。

この点、本実施形態のエンジン１では、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが閾値Ｙ以上である場合においても、一律に実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eに代えて推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値として採用するのではなく、エンジン１を稼動する土地の高度等の判断材料も考慮に入れて、絞り込んだ運転領域内にある場合に限り、推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値として採用することとしている。そのため、推定吸気対排気圧力比Ｘｎをπの値として採用することとなるエンジンの運転領域が従来よりも狭くなり、第１制御マップの構築のためのパラメータの調整作業（適合作業）を削減することができている。

ここで、図９（ａ）では、従来の自然吸気式のエンジンにおいて、吸気対排気圧力比（π）の値として推定吸気対排気圧力比Ｘｎが採用されていた運転領域をハッチングで示している。一方、図９（ｂ）では、本実施形態のエンジン１を自然吸気式のエンジンとした場合において、吸気対排気圧力比（π）の値として推定吸気対排気圧力比Ｘｎが採用される運転領域をハッチングで示している。図９（ａ）と図９（ｂ）を比較すると分かるように、本実施形態において吸気対排気圧力比（π）の値として推定吸気対排気圧力比Ｘｎが適用される運転領域は、従来と比べて大幅に狭くなっている（絞り込まれている）。従って、制御マップの構築のための適合工数が大幅に削減されているということができる。

以上に説明したように、本実施形態のエンジン１は以下の構成とされる。即ち、このエンジン１は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置３０を有する。このエンジン１は、吸気圧センサ７と、排気圧センサ８と、エンジン回転数センサ９と、燃料噴射量センサ２２と、ＥＧＲ制御部６１と、を備える。吸気圧センサ７は、吸気の圧力である吸気圧を検出する。排気圧センサ８は、前記排気ガスの圧力である排気圧を検出する。エンジン回転数センサ９は、エンジン回転数を検出する。燃料噴射量センサ２２は、燃料噴射量を検出する。ＥＧＲ制御部６１は、前記吸気側へ還流される前記ＥＧＲガスの量であるＥＧＲ還流量を求める。ＥＧＲ制御部６１には、ＥＧＲ還流量算出式（式（１））と、第１制御マップ（図４参照）と、第２制御マップ（図５参照）と、が記憶されている。前記ＥＧＲ還流量算出式は、排気圧に対する吸気圧の比率である吸気対排気圧力比（π）を代入することにより、前記ＥＧＲ還流量を求めることができる。前記第１制御マップは、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎに基づいて、排気圧に対する吸気圧の比率の推定値である推定吸気対排気圧力比Ｘｎを求めることができる。第２制御マップは、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Ｎに基づいて、前記ＥＧＲ還流量算出式に代入する前記吸気対排気圧力比（π）として、排気圧センサ８の検出値Ｐ_eに対する吸気圧センサ７の検出値Ｐ_iの比率である実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを選択するか、前記推定吸気対排気圧力比Ｘｎを選択するかを決定するために用いられる。ＥＧＲ制御部６１は、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが閾値Ｙ未満である場合は、当該実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを前記吸気対排気圧力比（π）として前記ＥＧＲ還流量算出式（式（１））に代入することによりＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求める。ＥＧＲ制御部６１は、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが閾値Ｙ以上である場合は、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_e又は推定吸気対排気圧力比Ｘｎのうちの前記第２制御マップにより選択された方を前記吸気対排気圧力比（π）として前記ＥＧＲ還流量算出式（式（１））に代入することによりＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求める。

即ち、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが大きい（即ち、吸気圧Ｐ_iと排気圧Ｐ_eの差が小さい）場合であっても、当該実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを代入することによってＥＧＲ還流量算出式（式（１））による算出精度が大きく影響を受ける運転領域（図９（ｂ）のハッチングで示した領域）以外については、当該実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをＥＧＲ還流量算出式（式（１））に代入してＥＧＲ還流量Ｍ_EGRを求めてもさほど不正確ではないということができる。本発明では、これを利用して、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが大きい場合でも、第２制御マップで定められた運転領域（例えば、図５で「１」と表された領域）についてのみ第１制御マップによる推定吸気対排気圧力比Ｘｎを求めてＥＧＲ還流量Ｍ_EGRの算出に用いることとしているので、第１制御マップの対象となる運転領域を図９（ｂ）のように削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

また、本実施形態のエンジン１において、ＥＧＲ制御部６１には、前記第２制御マップとして、複数の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３が記憶されている。エンジン１を稼動させる高度に応じて、複数の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３の中から１つの吸気対排気圧力比選択用マップが選択される。

これにより、エンジン１を稼動させる高度に応じて、複数の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を使い分けることにより、高度を考慮すればＥＧＲ還流量算出式（式（１））に代入する吸気対排気圧力比（π）として実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eを採用しても支障がない場合には、当該実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eをＥＧＲ還流量の算出に用いることができる。よって、第１制御マップの対象となる運転領域を削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

また、本実施形態のエンジン１においては、複数の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、エンジン１を稼動させる高度が高くなるにつれて、推定吸気対排気圧力比Ｘｎが選択される運転領域が狭くなるように定められる（図５及び図６参照）。

これにより、エンジン１を稼動させる高度が高くなるにつれて、推定吸気対排気圧力比Ｘｎが選択される運転領域が狭くなるように定めることにより、第１制御マップの対象となる運転領域を削減することができる。この結果、第１制御マップの構築のための工数を低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

また、本実施形態のエンジン１は、自然吸気式のエンジンとすることができる。

即ち、一般的に、自然吸気式のエンジンにおいては、実吸気対排気圧力比Ｐ_i／Ｐ_eが大きい（即ち、吸気圧Ｐ_iと排気圧Ｐ_eの差が小さい）値となる運転領域が広範囲に及ぶ傾向があるが（図９（ａ）参照）、第２制御マップで定められた運転領域（図５又は図６で「１」で表された領域）についてのみ第１制御マップを参照して推定吸気対排気圧力比Ｘｎを取得してＥＧＲ還流量Ｍ_EGRの算出に用いることにより、第１制御マップの対象となる運転領域を絞り込むことができる（図９（ｂ）参照）。この結果、自然吸気式のエンジンにおいて、過給機付きエンジンに比べて、第１制御マップの構築のための工数を大幅に低減することができ、パラメータの調整作業（適合作業）の効率を向上させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、エンジン１はディーゼルエンジンであるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、ガソリンエンジンにも本発明を適用することができる。

上記の図９（ｂ）において、エンジン１を自然吸気式のエンジンとした場合について説明したが、本発明が適用されるエンジンは必ずしもこれに限るものではなく、吸気を圧縮して吸気マニホールドに供給する形式のエンジンにも適用することができる。

上記の実施形態で示した推定吸気対排気圧力が適用される運転領域は例示に過ぎず、例えば推定吸気対排気圧力が適用される運転領域を上記よりも狭い領域、又は広い領域とすることもできる。

上記の実施形態では、吸気対排気圧力比選択用マップとして高度別に３種類の吸気対排気圧力比選択用マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３がＥＣＵ６０に記憶されるものとしたが、その数はこれに限るものではなく、これより細分化した高度別の吸気対排気圧力比選択用マップを備えていても良く、あるいはこれよりも大まかな高度別の吸気対排気圧力比選択用マップを備えていても良い。

１エンジン
７吸気圧センサ
８排気圧センサ
９エンジン回転数センサ
２２燃料噴射量センサ
３０ＥＧＲ装置
６１ＥＧＲ制御部
Ｆ燃料噴射量
Ｍ_EGR ＥＧＲ還流量
Ｎエンジン回転数
Ｐ_e 排気圧（検出値）
Ｐ_i 吸気圧（検出値）
π 吸気対排気圧力比

Claims

排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置を有するエンジンにおいて、
吸気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
前記排気ガスの圧力である排気圧を検出する排気圧検出部と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部と、
燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出部と、
排気圧に対する吸気圧の比率である吸気対排気圧力比を用いて、前記吸気側へ還流される前記ＥＧＲガスの量であるＥＧＲ還流量を求めることができるＥＧＲ制御部と、
を備え、
前記ＥＧＲ制御部には、
燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて、排気圧に対する吸気圧の比率の推定値である推定吸気対排気圧力比を求めることができる第１制御マップと、
前記吸気対排気圧力比として、前記排気圧検出部の検出値に対する前記吸気圧検出部の検出値の比率である実吸気対排気圧力比を選択するか、前記推定吸気対排気圧力比を選択するかを決定するための第２制御マップと、
が記憶されており、
前記ＥＧＲ制御部は、
前記実吸気対排気圧力比が閾値未満である場合は、当該実吸気対排気圧力比を前記吸気対排気圧力比として用いて前記ＥＧＲ還流量を求め、
前記実吸気対排気圧力比が閾値以上である場合は、前記第２制御マップにより選択された方を前記吸気対排気圧力比として用いて前記ＥＧＲ還流量を求めることを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンであって、
前記ＥＧＲ制御部には、前記第２制御マップとして、複数の吸気対排気圧力比選択用マップが記憶されており、
前記エンジンを稼動させる高度に応じて、前記複数の吸気対排気圧力比選択用マップの中から１つの吸気対排気圧力比選択用マップが選択されることを特徴とするエンジン。
請求項２に記載のエンジンであって、
前記複数の吸気対排気圧力比選択用マップは、前記エンジンを稼動させる高度が高くなるにつれて、前記推定吸気対排気圧力比が選択される運転領域が狭くなるように定められることを特徴とするエンジン。
請求項１から３までの何れか一項に記載のエンジンであって、自然吸気式であることを特徴とするエンジン。