エンジンの排気還流制御装置
【課題】エンジン１の運転状態に応じて、燃焼室４の空燃比が目標値になるように、ＥＧＲ弁２４の開度を制御して、吸入空気量を調整するようにしたディーゼルエンジンの排気還流制御装置Ａにおいて、空燃比制御の応答性を低下させることなく、その空燃比制御の不安定化に起因するする乗車フィーリングの悪化等を防止する。
【解決手段】エンジン１が定常運転状態にあって（Ｓ７）、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいとき（Ｓ８）、ＥＧＲ通路２３の還流排ガスの流れが臨界状態になっていることを臨界状態判定手段３５ｂにより判定し、そのとき、そうでないときよりもＥＧＲ弁２４の作動速度が低くなるようにフィードバックゲインＫを補正する（Ｓ１０）第１補正手段３５ｃを設ける。エンジン１が過渡運転状態にあれば、フィードバックゲインＫを大きな値とする（Ｓ１７）。
【解決手段】エンジン１が定常運転状態にあって（Ｓ７）、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいとき（Ｓ８）、ＥＧＲ通路２３の還流排ガスの流れが臨界状態になっていることを臨界状態判定手段３５ｂにより判定し、そのとき、そうでないときよりもＥＧＲ弁２４の作動速度が低くなるようにフィードバックゲインＫを補正する（Ｓ１０）第１補正手段３５ｃを設ける。エンジン１が過渡運転状態にあれば、フィードバックゲインＫを大きな値とする（Ｓ１７）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気系に還流させる排ガス（排気）の流量をエンジンの運転状態に応じて調整するようにした排気還流制御装置に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、この種のエンジンの排気還流制御装置として、例えば特開平８−１４４８６７号公報に開示されるように、ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させるために、吸気系への排ガス還流量を調整することによって間接的に燃焼室の空燃比（空気過剰率λ）を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】前記従来例のものでは、エンジンの吸気及び排気通路間を排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）により互いに連通し、そのＥＧＲ通路の途中にアクチュエータにより作動される排気還流量調整弁（以下ＥＧＲ弁という）を設けるとともに、排気通路に設けた空燃比センサからの出力信号に基づいて燃焼室の空気過剰率λを検出して、その検出される空気過剰率λがエンジンの運転状態に対応づけて設定されている目標値になるように、ＥＧＲ弁を開閉作動させるようにしている。すなわち、ＥＧＲ弁の開度を変更して排ガスの還流量を調整することにより、燃焼室への新気の吸入空気量を調整して燃焼室の空燃比を間接的に制御するようにしている。
【０００４】ところで、ディーゼルエンジンの吸気通路には、通常、ガソリンエンジンのようなスロットル弁が設けられていないため、その吸気通路ではあまり大きな負圧は得られない。従って、排気通路の圧力（排気側圧力）と吸気通路の圧力（吸気側圧力）との圧力差によって還流される排ガスの流量を十分に多く確保するためには、ＥＧＲ通路の直径やＥＧＲ弁の開口面積をガソリンエンジンに比べて大きくする必要がある。
【０００５】特に、前記従来例の如く排ガスの還流量を調整することで空燃比を間接的に制御するようにしたものでは、エンジンのアイドリング時や低速定常運転時等の燃料噴射量の少ない運転状態で多量の排ガスを還流させる必要があるので、前記のようにＥＧＲ通路等を大型化した上で、さらに、例えば吸気通路に吸気絞り弁を設けて、これをエンジンのアイドリング時等に閉じることによって、吸気通路の負圧を強制的に大きく（吸気側圧力を低く）させることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、吸気絞り弁によって吸気通路の負圧を強制的に大きくさせるようにした場合には、吸排気通路間の圧力差がガソリンエンジンと同程度に大きくなることがある。そして、そうなると、ＥＧＲ弁の開閉作動に伴い排ガスの還流量が過度に大きく変動してしまい、エンジンの空燃比制御が不安定化するという不具合を生じる。
【０００７】詳しくは、図１１に示すように、一般に、空気等の気体が管状の通路１００を軸方向に流れるとき、流れの下流側の圧力Ｐdを上流側の圧力Ｐuよりも徐々に低くしていくと、流れは上下流の圧力差Ｐu−Ｐdが増加するに従い徐々に速くなり、それとともに流量も増加する。しかし、前記通路１００の断面積が最小になるスロート１００ａにおいて流れの速さは音速を超えることはできないので、そのスロート１００ａでの流速が音速に達した状態では、それ以上、下流側の圧力を下げても流速及び流量を増やすことはできない。このような現象はチョーキング現象と言われており、このとき管内の流れは臨界状態になっているという。また、このときの通路下流側圧力に対する上流側圧力の比を臨界圧力比といい、空気の臨界圧力比は１．８９３である。
【０００８】このことから、前記エンジンのＥＧＲ通路における排ガスの流れについて考えると、まず、吸気通路で吸気絞り弁が閉じられていない状態では、吸気側圧力があまり低くならないので、ＥＧＲ通路の上下流の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなる。この状態では、ＥＧＲ通路内の排ガスの流量はＥＧＲ弁の開口面積に応じて変化すると同時に、そのＥＧＲ弁の上下流間の差圧によっても変化することになり、例えば、排ガスの流量を増加させるためにＥＧＲ弁を開いても、弁の開口面積の増大によって流量が増大する反面、弁の上下流の差圧の減少によって流量が減少してしまうので、結果として排ガスの流量はあまり増加しない。言い換えると、この状態で十分な制御性を得るためには、排ガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁の作動量及び作動速度をかなり大きく設定しなくてはならない。
【０００９】一方、吸気絞り弁が閉じられて吸気側圧力が低下し、ＥＧＲ通路の上下流の圧力比が臨界圧力比以上になると、ＥＧＲ通路の流れは臨界状態になる。この状態では、ＥＧＲ弁の開度が変わって弁の上下流の圧力差が変化しても、その変化によって流量は変化しないので、ＥＧＲ弁の開口面積の増減に略比例して排ガスの還流量が変化するようになる。そのため、前記のようにＥＧＲ弁の作動量及び作動速度をかなり大きく設定していると、そのＥＧＲ弁の作動によって排ガスの還流量が過度に大きく変動し、結果、空燃比の目標値に対する収束性が低下するという制御の不安定化の問題が発生するのである。
【００１０】そして、このようにしてエンジンの空燃比制御が不安定になると、空燃比の変動に伴いエンジンの出力トルクが変動するようになる。特にエンジンが定常運転状態になっているときには、車両の運転者は前記のエンジン出力の変動に起因して、前後方向に揺さぶられるような不快な振動を感じるようになり、乗車フィーリングの悪化という不具合が生じる。また、特にディーゼルエンジンの場合には、燃焼室の空燃比が過度にリッチな状態になると、部分的な不完全燃焼によるスモークの発生が急増するというエミッションの問題もある。
【００１１】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態に応じて排ガスの還流量を調整するようにした排気還流制御装置において、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっているときの制御に工夫を凝らし、空燃比の変動に起因するする乗車フィーリングの悪化等を防止することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっているときとそうでない非臨界状態のときとで、排気還流量調整手段の調整作動に対する排ガス還流量の変化の度合が大きく異なることに着目し、前記臨界状態になっているときには、非臨界状態のときよりも排気還流量調整手段の調整速度を低くさせるようにした。
【００１３】具体的に、請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の吸気系１０に排ガスの一部を還流させる排気還流通路２３と、前記排気還流通路２３における排気還流量を調整する排気還流量調整手段２４と、エンジン１の運転状態に応じて前記排気還流量調整手段２４を作動制御する排気還流制御手段３５ａとを備えたエンジンの排気還流制御装置Ａを前提とする。そして、前記排気還流通路２３の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段３５ｂと、該臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりも前記排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように前記排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第１補正手段３５ｃとを設ける構成とする。
【００１４】前記の構成により、排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が臨界圧力比以上になっていて、臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態であると判定されたときには、非臨界状態よりも排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように、第１補正手段３５ｃによって、排気還流制御手段３５ａによる制御が補正される。このことで、排気還流通路２３における排ガスの流量を非臨界状態でも応答性よく調整できるように、排気還流量調整手段２４の調整作動量や作動速度がかなり大きく設定されていても、排ガスの流れが臨界状態になったときには、前記排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように補正されるので、その調整作動に伴う排ガス還流量の過大な変動を抑制できる。よって、エンジン１の運転中に排ガス還流量の変動を抑制して空燃比制御の不安定化を防止でき、乗車フィーリングの悪化を防止することができる。
【００１５】請求項２の発明では、第１補正手段は、エンジンが定常運転状態にあるときに排気還流制御手段による制御を補正する構成とする。すなわち、エンジンが定常運転状態にあるときには、排ガスの還流量の変動に起因するエンジン出力の変動によって車両の運転者が不快な振動を感じ易いので、排気還流量調整手段の調整速度を低くさせて排ガス還流量の変動を抑制することの作用効果が特に有効なものになる。
【００１６】請求項３の発明では、エンジンが過渡運転状態にあるときに、排気還流量調整手段の調整速度が定常運転状態のとき以上になるように、排気還流制御手段による制御を補正する第２補正手段を設ける構成とする。このことで、運転者の操作に従ってエンジンの運転状態が大きく変化する過渡運転状態では、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を高めることができる。尚、過渡運転状態では、排ガス還流量が変動してエンジン出力が変動したとしても、車両の運転者が不快に感じることは少ない。
【００１７】請求項４の発明では、排気還流制御手段は、燃焼室の空燃比が目標値になるように排気還流量調整手段をフィードバック制御するものとする。ここで、フィードバック制御のためのセンサとしては、例えば、エンジンの排気通路に空燃比センサを設けてこの空燃比センサの出力信号に基づいて燃焼室の空燃比を検出するようにすればよい。また、エンジンの吸気通路に吸入空気量を検出するエアフローセンサを設け、このエアフローセンサによって検出された吸入空気量と燃焼室への燃料噴射量とに基づいて、該燃焼室の空燃比を検出するようにしてもよい。
【００１８】そして、この構成によると、排気還流制御手段は前記のようなセンサからの出力信号に基づいて排気還流量調整手段をフィードバック制御することで、燃焼室の空燃比を目標値になるように高精度に制御することができる。その反面、そのような高精度の空燃比制御がなされていると、排ガス還流量の変動によって空燃比制御が不安定化することによる悪影響が相対的に大きくなる。従って、このような構成において、排気還流量調整手段の作動速度を低くさせることで、空燃比制御の不安体化を防止できるという作用が極めて有効なものになる。
【００１９】請求項５の発明では、第１及び第２補正手段は、それぞれ排気還流制御手段のフィードバックゲインを補正するものとする。このことで、第１及び第２補正手段による補正の内容が具体化される。
【００２０】請求項６の発明では、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが設けられ、前記排気還流通路の接続部よりも排気下流側の排気通路に前記ターボ過給機のタービンが設けられており、臨界状態判定手段は、前記ターボ過給機の過給圧が設定圧以下のときに臨界状態であると判定するものとする。
【００２１】このことで、ターボ過給機の過給圧が判れば、そのときのタービン上流の排圧も推定できるので、排気還流通路の上下流の圧力比が検出できることになる。従って、ターボ過給機の過給圧が設定圧以下になっていれば、そのことから前記排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００２２】請求項７の発明では、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、臨界状態判定手段は、前記吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときに臨界状態であると判定する構成とする。このことで、排気還流通路よりも吸気上流側にある吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときには、吸気側圧力が排気側圧力に比べて極めて低くなるので、そのことから、前記排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００２３】請求項８の発明では、前記請求項７の発明において、排気還流通路の接続部よりも上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが配設されており、第１補正手段は、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくなるように補正するものとする。
【００２４】このことで、吸気絞り弁の開度が設定開度以下になっていても、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、その過給によって吸気側圧力が高められるので、吸排気間の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなることがある。そこで、この場合には、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくさせて、空燃比制御の応答性を高めるようにしており、これにより、ターボ過給機及び吸気絞り弁の作動状態に適切に対応することができる。
【００２５】請求項９の発明では、エンジンをディーゼルエンジンとする。このことで、ディーゼルエンジンにおいて多量の排気還流に対応でき、その場合の空燃比制御の不安定下に伴うエミッション悪化の問題を解消できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】（全体構成）図１は本発明の実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数のシリンダ２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各シリンダ２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各シリンダ２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設されていて、各シリンダ毎に所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２７】前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上（例えば、アイドル運転時に４０ＭＰａ、それ以外の運転状態では８０ＭＰａ以上）に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示せず）の外周に相対向するように配置され電磁ピックアップからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【００２８】また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを介してシリンダ毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各シリンダ２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンク内で各シリンダ２に供給される過給圧力を検出する過給圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調整されることで、弁の開度が制御されるようになっている。
【００２９】前記エアフローセンサ１１は、流速変動があっても空気流量を確実にとらえることのできる定温度型ホットフィルム式エアフローセンサであり、図示しないが、吸気通路１０に吸気流れ方向と直交するように配されたヒータと、このヒータを挟んで上流側と下流側とに配置されたホットフィルムとを備えていて、両ホットフィルムの温度の高低に基づいて、吸気通路１０を下流側（各シリンダ２の側）に向かう正方向流及び上流側に向かう逆流をそれぞれ検出するものである。このエアフローセンサ１１による計測値に基づいて、正方向の空気流量のみを計測することができ、排気還流量の制御に逆流による誤差が入ることを避けることができる。
【００３０】また、図１において２０は各シリンダ２の燃焼室４から排ガスを排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポートにより各シリンダ２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排ガス流により回転されるタービン２１と、排ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００３１】前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、図２に示すように、タービン２１を収容するタービン室２１ａに該タービン２１ａの全周を囲むように複数のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…が設けられ、その各フラップ２１ｂが排気流路のノズル断面積Ａを変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図（ａ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をタービン２１に対し周方向に向くように位置付けてノズル断面積Ａを小さくすることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができる。一方、同図（ｂ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をその先端がタービン２１の中心に向くように位置付けて、ノズル断面積Ａを大きくすることで、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも過給効率を高めることができる。
【００３２】前記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも吸気下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度調整可能な負圧作動式の排気還流量調整弁（以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されている。そして、前記ＥＧＲ通路２３を流れる排ガスに対して上流側である排気通路２０の圧力（以下排気側圧力という）と下流側である吸気通路１０の圧力（以下吸気側圧力という）との間の圧力差によって前記排気通路２０から吸い出した排ガスの一部を、ＥＧＲ弁２４により流量調整しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００３３】前記ＥＧＲ弁２４は、図３に示すように、弁箱を仕切るダイヤフラム２４ａに弁棒２４ｂが固定され、この弁棒２４ｂの両端にＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調整する弁本体２４ｃとリフトセンサ２６とが設けられている。前記弁本体２４ｃはスプリング２４ｄによって閉方向（図の下方）に付勢されている一方、弁箱の負圧室（ダイヤフラム２４ａよりも上側の室）には負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調整され、それによって、弁本体２４ｃによりＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調整されるようになっている。
【００３４】尚、前記ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…にもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調整されることで、前記フラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動量が調整されるようになっている。
【００３５】前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2センサ１７からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３６】（制御システムの全体構成）前記ＥＣＵ３５におけるエンジン制御の基本的な処理の概要は図４のブロック図に示されており、アクセル開度に基づいて基本となる燃料噴射量を決定するとともに、ＥＧＲ弁２４の作動によりＥＧＲ率を調整して、各シリンダの空燃比を均一かつ高精度に制御するようにしている。前記ＥＧＲ率は全排気量中の還流される排ガス量（ＥＧＲ量）の割合をいう。
【００３７】ＥＧＲ率＝ＥＧＲ量／全排気量具体的に、前記ＥＣＵ３５には、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標トルクtrqsolを記録した二次元マップ３６と、エンジン回転数Ne、目標トルクtrqsol及び新気量（吸入空気量のことであり燃料を含まない。以下、同じ。）FAirの変化における、実験的に決定された最適な目標燃料噴射量Fsolを記録した三次元マップ３７と、エンジン回転数Neと目標トルクtrqsolの変化における、実験的に決定された最適な目標空燃比A/Fsolを記録した二次元マップ３８とがそれぞれメモリ上に電子的に格納されている。
【００３８】前記目標空燃比A/FsolがＮＯｘの低減とスモークの低減とを両立させるための排ガスの還流量を決定する基準となるものである。すなわち、図５にディーゼルエンジンの空燃比と排気中のＮＯｘ量との関係を例示するように、空燃比が上昇するとＮＯｘ量が増大する傾向があるので、排気還流量を多くして空燃比を下げれば（リッチ側にする）ＮＯｘの発生を少なくできる。
【００３９】しかし、図６に例示すように、同じエンジンの空燃比と排気中のスモーク値との関係に依れば、空燃比がリッチ側に変化してある空燃比以下になると、スモーク量が急に増大することが分かる。従って、排ガスの還流量を多くするにも限界があるので、この実施形態では、排ガス中のＮＯｘ量の低減とスモーク量の増大抑制との両立を図るために、目標とする空燃比をＮＯｘの低減が図れるようにできるだけリッチ側であってかつスモーク量が急増し始める手前の値に定めている。
【００４０】■燃料噴射制御すなわち、まず、アクセル開度センサ３２により検出されたアクセル開度accelとクランク角センサ９により検出されたエンジン回転数Neとを用いて、目標トルク演算部４１において前記メモリ上の二次元マップ３６を参照して目標トルクtrqsolを決定する。この目標トルクtrqsolと、エアフローセンサ１１によって計測された新気量FAirとエンジン回転数Neとを用いて、目標噴射量演算部４２において前記メモリ上の三次元マップ３７を参照して目標噴射量Fsolを決定する。そして、この目標噴射量Fsolと後述の如く制御されたコモンレール圧力CRPとに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間を決定し、それぞれ制御する。
【００４１】■排気還流制御一方、前記目標トルク演算部４１において求められた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標空燃比演算部４３においてメモリ上の二次元マップ３８を参照して、前記のＮＯｘ及びスモークの両立を図るための目標空燃比A/Fsolを決定する。そして、この目標空燃比A/Fsolと前記目標噴射量演算部４２において求められた目標噴射量Fsolとを用いて、目標新気量演算部４４において目標新気量FAsolを算出し（FAsol=Fsol×A/Fsol）、この目標新気量FAsolを目標として、新気量制御部４５において新気量制御を行う。この新気量制御は、詳しくは後述するが、新気供給量自体を直接調整するのではなく、排ガスの還流量を調整することによって新気量を変化させるというものである。つまり、新気の補正量を決定するのではなく、まず、目標とする新気量FAsolに基づいてＥＧＲ弁２４の基本動作量EGRbaseを決定し、これをさらに新気量の偏差FAsol−FAirに応じてフィードバック補正して、ＥＧＲ弁２４の動作量EGRsolを決定し、その動作量EGRsolに対応するようにＥＧＲ弁の開度を制御する。
【００４２】■コモンレール圧制御また、ＥＣＵ３５には、目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適なコモンレール圧力CRPsolを記録した二次元マップ５０がメモリ上に電子的に格納して備えられており、前記目標トルク演算部４１において得られた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、コモンレール圧力演算部４６において当該マップ５０を参照して目標コモンレール圧力CRPsolを演算し、これを用いてコモンレール圧力を制御する。
【００４３】■吸気絞り弁制御また、ＥＣＵ３５には、目標燃料噴射量Fsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標吸気絞り量THsolを記録した二次元マップ５１をメモリ上に電子的に格納して備えており、前記目標噴射量演算部４２において得られた目標噴射量Fsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標吸気絞り量演算部４７において当該マップ５１を参照して目標吸気絞り量THsolを演算し、これを用いて吸気絞り弁１４の開度を制御する。
【００４４】■ＶＧＴ制御さらに、ＥＣＵ３５には、目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標過給圧力Boostsolを記録した二次元マップ５２をメモリ上に電子的に格納して備えており、前記目標トルク演算部４１において得られた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標過給圧力演算部４８において当該マップ５２を参照して目標過給圧力Boostsolを演算する。そして、この目標過給圧力Boostsolと過給圧センサ１０ａにより検出された吸気絞り弁１４下流の吸気通路１０の吸気圧力Boostとを用いて、過給圧力制御部４９において、吸気圧力Boostが目標過給圧力Boostsolになるようなターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…の開度（作動制御量）VGTsolを演算し、これを用いてフラップ２１ｂ，２１ｂ，…を適正な開度になるように制御する。
【００４５】（燃料噴射制御）次に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射制御の処理手順を図７に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、クランク角センサ９からの出力信号に同期して所定クランク角毎に実行される。
【００４６】まず、同図に示すスタート後のステップＴ１において、エアフローセンサ１１によって検出された新気の吸入空気量FAir、クランク角から求められたエンジン回転数Ne、アクセル開度accel、等のデータが入力される。続いて、ステップＴ２では、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neに基づいて目標トルクtrqsolを演算し、ステップＴ３では、その目標トルクtrqsol、エンジン回転数Ne及び吸入空気量（新気量）FAirに基づいて、目標噴射量Fsolを演算する。
【００４７】続いて、ステップＴ４において、前記目標噴射量Fsolと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力CRPとに基づいて決定された各インジェクタ５の励磁時間に対応する燃料噴射時期であるか否かを判別し、燃料噴射時期でないｎｏのときには待機し、その燃料噴射時期になれば（ｙｅｓ）、ステップＴ５に進んで、インジェクタ５を駆動して燃料噴射を実行し、しかる後にリターンする。
【００４８】（排気還流制御）本発明の特徴部分は、上述の如く、排ガスの還流量を制御して吸入空気量を調整することで、燃焼室４の空燃比を間接的に制御するようにしたディーゼルエンジンにおいて、ＥＧＲ弁２４の制御におけるフィードバックゲインをＥＧＲ通路２３における排ガスの還流状態に応じて補正するようにしたことにある。
【００４９】次に、前記ＥＣＵ３５による排気還流制御の処理手順を図８に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従って所定間隔毎に実行される。
【００５０】まず、同図に示すスタート後のステップＳ１において、エアフローセンサ１１によって検出された新気の吸入空気量FAir、クランク角から求められたエンジン回転数Ne、アクセル開度accel、過給圧センサ１０ａによって検出された吸気圧力Boost、及び前記の燃料噴射制御において演算された（図７のステップＴ３）目標噴射量Fsol等のデータが入力される。続いて、ステップＳ２では、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neに基づいて目標トルクtrqsolを演算し、ステップＳ３では、その目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neに基づいて目標空燃比A/Fsolを演算する。続いて、ステップＳ４では、その目標空燃比A/Fsol及び目標噴射量Fsolに基づいて、吸入空気量の目標値である目標新気量FAsolを演算する。
【００５１】続いて、ステップＳ５において、前記目標新気量FAsolに基づいてＥＧＲ弁２４の基本動作量EGRbaseを演算する。この基本動作量EGRbaseは、目標新気量FAsolに対応する値を実験的に決定して記録したマップがＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、前記ステップＳ４で求めた目標新気量FAsolに対応する値が当該マップから読み込まれる。続いて、ステップＳ６では、前記ステップＳ４で求めた目標新気量FAsolに対する実際の吸入空気量FAirの偏差FAsol−FAirに基づいて、ＥＧＲ弁２４のフィードバック動作量EGRf/bを演算する。
【００５２】このフィードバック動作量EGRf/bは、図９に例示するように、新気量の偏差FAsol−FAirに対応する値を実験的に決定して記録したマップ５４がＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、当該マップから読み込まれるようになっている。このマップ５４によれば、新気量の偏差FAsol−FAirの絶対値が僅かな間はフィードバック動作量EGRf/bが零とされる不感帯が設けられている一方、その偏差FAsol−FAirの絶対値が大きいほど、その偏差FAsol−FAirを減らす向きのフィードバック動作量EGRf/bが大きくなるように設定されている。
【００５３】前記ステップＳ６に続いて、ステップＳ７において、インジェクタ５からの燃料噴射量Ｆの変化量ΔＦ、即ち今回の制御サイクルにおける目標噴射量Fsolの前回値からの変化量が、あらかじめ設定した基準値ΔＦ0よりも小さいか否かを判別する。そして、基準値以上のｎｏのときには、エンジン１が過渡運転状態になっていると判定してステップＳ１７に進む一方、基準値よりも大きいｙｅｓのときには、エンジン１が定常運転状態になっていると判定してステップＳ８に進み、このステップＳ８において、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいか否かを判定する。
【００５４】この設定開度TH0は吸気絞り弁１４が全閉状態の近くまで閉じられている状態に対応するように設定されており、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度よりも小さいｙｅｓのときには、その吸気絞り弁１４により吸入空気量がかなり絞られていて、吸気通路１０の負圧がかなり大きくなっている（吸気側圧力がかなり低くなっている）と判定して、ステップＳ９に進む。一方、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上でｎｏのときには、吸気通路１０の負圧はあまり大きくないと判定して、ステップＳ１４に進む。
【００５５】前記ステップＳ９では、今度は、ターボ過給機２５の過給圧、即ち過給圧センサ１０ａにより検出された吸気圧力Boostが設定圧力Boost0よりも小さいか否かを判定して、吸気圧力Boostが設定圧力よりも小さいｙｅｓのときには、ステップＳ１０に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最小の設定値Ｋａとする一方、吸気圧力Boostが設定圧力以上でｎｏのときには、ステップＳ１１に進んで、排気還流制御のフィードバックゲインＫを２番目に小さな設定値Ｋｂ（Ｋａ＜Ｋｂ）とする。
【００５６】そして、前記ステップＳ１０又はＳ１１に続いて、ステップＳ１２では、ＥＧＲ弁２４の基本動作量EGRbase、フィードバック動作量EGRf/b、及びフィードバックゲインＫに基づいて、ＥＧＲ弁２４の動作量EGRsolを演算し、続くステップＳ１３において、ＥＧＲ弁２４を動作量EGRsolに対応する開度になるように駆動して、しかる後にリターンする。
【００５７】つまり、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいときには、吸気通路１０の圧力、即ちＥＧＲ通路２３における還流排ガスの下流側である吸気側圧力が極めて低くなっていて、ＥＧＲ通路２３における還流排ガスの上流側である排気側圧力の前記吸気側圧力に対する圧力比がいわゆる臨界圧力比以上になっていると判定する。そして、このことから前記ＥＧＲ通路２３における還流排ガスの流れが臨界状態になっていると判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最小の設定値Ｋａとして、フィードバック制御の安定化を図るようにしている。
【００５８】また、そのように吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0以下になっていても、ターボ過給機２５による過給圧が大きく、吸気通路１０の吸気圧力Boostが設定圧Boost0よりも大きいときには、吸排気間の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなることがあるので、この場合には、排気還流制御のフィードバックゲインＫを前記最小の設定値Ｋａよりも大きな値Ｋｂに設定している。このことで、ターボ過給機２５の作動状態に応じて空燃比制御の応答性を適切に設定できる。
【００５９】これに対し、前記ステップＳ８で、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上でｎｏと判定されて進んだステップＳ１４では、ステップＳ９と同様に、ターボ過給機２５の過給圧が設定圧力Boost1（Boost1＞Boost0）よりも小さいか否かを判定する。そして、その判定が設定圧力よりも小さいｙｅｓのときには、ステップＳ１５に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを前記Ｋａ，Ｋｂよりも大きな設定値Ｋｃとして、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進む一方、吸気圧力Boostが設定圧力以上でｎｏのときには、ステップＳ１６に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄ（Ｋｃ＜Ｋｄ）とする。そして、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進んで、それぞれ、ＥＧＲ弁２４の動作量EGRsolを演算し、ＥＧＲ弁２４を駆動して、しかる後にリターンするつまり、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上のときには、吸気通路１０の圧力があまり低くはならないので、ＥＧＲ通路２４における還流排ガスの流れは臨界状態になっていないと判定する。そしてこの場合には、制御の不安定化の心配がないので、フィードバックゲインＫを十分に大きな値Ｋｃ，Ｋｄに設定して、排気還流制御の応答性を高めるようにしている。
【００６０】また、前記ステップＳ７で、燃料噴射量Ｆの変化量ΔＦに基づいて、エンジン１が過渡運転状態になっている（ステップＳ７でｎｏ）と判定して進んだステップＳ１７では、前記ステップＳ１６と同様にフィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄとし、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進んで、ＥＧＲ弁２４の駆動を実行して、しかる後にリターンする。つまり、エンジン１が過渡運転状態にあるときには、フィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄとして、排気還流制御の応答性を特に高めるようにしている。尚、過渡運転状態におけるフィードバックゲインを定常状態における最大の設定値Ｋｄよりも大きな値に設定するようにしてもよい。
【００６１】この実施形態では、前記図８に示すフローチャート図において、ステップＳ１〜Ｓ５の各ステップが、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁（排気還流量調整手段）２４を作動制御する排気還流制御手段３５ａに対応している。また、ステップＳ８及びＳ９の各ステップが、ＥＧＲ通路（排気還流通路）２３の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が、所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段３５ｂに対応している。
【００６２】さらに、ステップＳ１０が、前記臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりもＥＧＲ弁２４の調整速度が低くなるように排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第１補正手段３５ｃに対応している。また、ステップＳ７及びＳ１７の各ステップは、エンジン１が過渡運転状態にあるときに、定常運転状態のときよりもＥＧＲ弁２４の調整速度が高くなるように排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第２補正手段に対応している。
【００６３】したがって、この実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置Ａによれば、エンジン１が定常運転状態になっていて、かつエンジン１の吸気通路１０に配設されている吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上のときには、ＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていないと判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを相対的に大きな値Ｋｃ，Ｋｄとすることで、排ガス還流量の制御によるエンジン１の空燃比制御の応答性を高めている。
【００６４】また、前記吸気絞り弁１４の開度THが設定開度よりも小さいときには、ＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていることを臨界状態判定手段３５ｂによって判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを第１補正手段３５ｃによって相対的に小さな値Ｋａ，Ｋｂに補正することで、ＥＧＲ弁２４の作動による排ガス還流量の過大な変動を抑制し、エンジン１の運転中に空燃比が変動して乗車フィーリングが悪化することを防止できる。このことは、エンジン１の出力トルクの変動によって運転者が不快な振動を感じ易い定常運転状態において、特に有効な作用効果を奏する。
【００６５】さらに、この実施形態では、ディーゼルエンジン１において、吸気通路１０に設けたエアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて、燃焼室４の空燃比を高精度にフィードバック制御しており、しかも、その空燃比の制御目標値は、排ガス中のＮＯｘ低減とスモーク増大の抑制とを両立できるような値に設定している。そのため、そのような高精度の空燃比制御がなされているので、排ガス還流量の変動によって空燃比制御が不安定化することによる悪影響は相対的に大きくなると考えられる。また、特にディーゼルエンジン１においては、排ガス還流量の変動によって空燃比が目標値よりもリッチ状態になったときにスモーク量が急増するという悪影響が懸念される。従って、このようなものにおいて、排気還流制御のフィードバックゲインＫを補正することによって空燃比制御の不安体化を防止できるという作用効果は極めて有効なものになる。
【００６６】加えて、この実施形態では、エンジン１が過渡運転状態にあるときには、排気還流制御のフィードバックゲインＫを第２補正手段３５ｄによって最大の設定値Ｋｄに補正するようにしており、このことで、運転者の操作に従ってエンジン１の運転状態が大きく変化する過渡運転状態では、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を十分に高めることができる。尚、過渡運転状態では、排ガス還流量が変動してエンジン出力が変動したとしてても、車両の運転者が不快に感じることは少ないので、問題はないと考えられる。
【００６７】（他の実施形態）本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前期実施形態では、エンジン１の吸気通路１０に配設した吸気絞り弁１４の開度に基づいて、ＥＧＲ通路２３内の流れが臨界状態になっていることを判定するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、例えば前記吸気絞り弁１４が設けられていないエンジンにおいて、ターボ過給機２５の過給圧が分かれば、そのときのタービン２１の上流の排圧も推定できるので、ＥＧＲ通路２３の上下流の圧力比が分かることになる。従って、ターボ過給機２５の過給圧のみに基づいてＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定するようにしてもよい。
【００６８】また、前期実施形態では、排気還流制御のフィードバックゲインＫとして、予め異なる４つの値（Ｋａ＜Ｋｂ＜Ｋｃ＜Ｋｄ）を設定しておいて、その中から吸気絞り弁１４の開度及びターボ過給機２５の過給圧に応じて選択するようにしているが、これに限らず、例えば図１０に示すように、フィードバックゲインＫの値を、過給圧すなわち吸気側圧力と排圧すなわち排気側圧力との比に対応づけて実験的に記録したマップを備えるようにし、吸気圧力センサ１０ａにより検出される過給圧と、その過給圧から推定される排圧とに基づいて、当該マップから読み出して設定するようにしてもよい。また、前記の排圧は直接センサ等により検出するようにしてもよい。
【００６９】さらに、この実施形態に係る排気還流制御装置をディーゼルエンジン１ではなく、燃焼室にガソリンを直接、噴射供給するようにしたいわゆる直噴ガソリンエンジンに適用することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】以上説明した如く、請求項１の発明によると、排気還流通路における還流排ガスの流れが臨界状態になったとき、そうでないときよりも排気還流量調整手段の調整速度が低くなるように、排気還流制御手段による制御を第１補正手段によって補正するようにしたので、排ガスの還流量の調整による空燃比制御の応答性を低下させることなく、前記の臨界状態になったときの排気還流量調整手段の調整作動に伴う排ガス還流量の過大な変動を抑制して、空燃比制御の不安定化に伴う乗車フィーリングの悪化を防止することができる。
【００７１】請求項２の発明によると、エンジン出力の変動によって運転者が不快な振動を感じ易い定常運転状態において、排ガス還流量の変動を抑制することの作用効果が特に有効なものになる。
【００７２】請求項３の発明によると、運転者の操作に従ってエンジンの運転状態が大きく変化する過渡運転状態において、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を高めることができる。
【００７３】請求項４の発明によると、高精度の空燃比制御がなされているものにおいて、排気還流量調整手段の作動速度を低くさせて空燃比制御の不安体化を防止できるという作用効果が極めて有効なものになる。
【００７４】請求項６の発明によると、ターボ過給機の過給圧に基づいて、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００７５】請求項７の発明によると、エンジンの吸気通路に配設された吸気絞り弁の開度に基づいて、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００７６】請求項８の発明によると、排気還流制御手段のフィードバックゲインをターボ過給機の過給圧及び吸気絞り弁の開度に応じて適切に設定することができる。
【００７７】請求項９の発明によると、ディーゼルエンジンにおいて多量の排気還流に対応でき、その場合の空燃比制御の不安定下に伴うエミッション悪化の問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】ターボ過給機の一部を、Ａ／Ｒ小の状態（ａ）、又はＡ／Ｒ大の状態（ｂ）でそれぞれ示す説明図である。
【図３】ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図である。
【図４】エンジンの制御系の全体構成図である。
【図５】空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフ図である。
【図６】空燃比とスモーク値との関係を示すグラフ図である。
【図７】燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】排気還流制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】フィードバック動作量を空燃比の偏差に対応するように設定したマップ図である。
【図１０】フィードバックゲインの値を過給圧と排圧との圧力比に対応するように設定したマップ図である。
【図１１】スロートを有する管状の通路を流れる気体を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ エンジンの排気還流制御装置
１ ディーゼルエンジン
１０ 吸気通路
１３ ブロワ
１４ 吸気絞り弁（吸気抑制手段）
２０ 排気通路
２１ タービン
２３ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２４ ＥＧＲ弁（排気還流量調整手段）
２５ ターボ過給機
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
３５ａ 排気還流制御手段
３５ｂ 臨界状態判定手段
３５ｃ 第１補正手段
３５ｄ 第２補正手段
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気系に還流させる排ガス（排気）の流量をエンジンの運転状態に応じて調整するようにした排気還流制御装置に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、この種のエンジンの排気還流制御装置として、例えば特開平８−１４４８６７号公報に開示されるように、ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させるために、吸気系への排ガス還流量を調整することによって間接的に燃焼室の空燃比（空気過剰率λ）を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】前記従来例のものでは、エンジンの吸気及び排気通路間を排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）により互いに連通し、そのＥＧＲ通路の途中にアクチュエータにより作動される排気還流量調整弁（以下ＥＧＲ弁という）を設けるとともに、排気通路に設けた空燃比センサからの出力信号に基づいて燃焼室の空気過剰率λを検出して、その検出される空気過剰率λがエンジンの運転状態に対応づけて設定されている目標値になるように、ＥＧＲ弁を開閉作動させるようにしている。すなわち、ＥＧＲ弁の開度を変更して排ガスの還流量を調整することにより、燃焼室への新気の吸入空気量を調整して燃焼室の空燃比を間接的に制御するようにしている。
【０００４】ところで、ディーゼルエンジンの吸気通路には、通常、ガソリンエンジンのようなスロットル弁が設けられていないため、その吸気通路ではあまり大きな負圧は得られない。従って、排気通路の圧力（排気側圧力）と吸気通路の圧力（吸気側圧力）との圧力差によって還流される排ガスの流量を十分に多く確保するためには、ＥＧＲ通路の直径やＥＧＲ弁の開口面積をガソリンエンジンに比べて大きくする必要がある。
【０００５】特に、前記従来例の如く排ガスの還流量を調整することで空燃比を間接的に制御するようにしたものでは、エンジンのアイドリング時や低速定常運転時等の燃料噴射量の少ない運転状態で多量の排ガスを還流させる必要があるので、前記のようにＥＧＲ通路等を大型化した上で、さらに、例えば吸気通路に吸気絞り弁を設けて、これをエンジンのアイドリング時等に閉じることによって、吸気通路の負圧を強制的に大きく（吸気側圧力を低く）させることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、吸気絞り弁によって吸気通路の負圧を強制的に大きくさせるようにした場合には、吸排気通路間の圧力差がガソリンエンジンと同程度に大きくなることがある。そして、そうなると、ＥＧＲ弁の開閉作動に伴い排ガスの還流量が過度に大きく変動してしまい、エンジンの空燃比制御が不安定化するという不具合を生じる。
【０００７】詳しくは、図１１に示すように、一般に、空気等の気体が管状の通路１００を軸方向に流れるとき、流れの下流側の圧力Ｐdを上流側の圧力Ｐuよりも徐々に低くしていくと、流れは上下流の圧力差Ｐu−Ｐdが増加するに従い徐々に速くなり、それとともに流量も増加する。しかし、前記通路１００の断面積が最小になるスロート１００ａにおいて流れの速さは音速を超えることはできないので、そのスロート１００ａでの流速が音速に達した状態では、それ以上、下流側の圧力を下げても流速及び流量を増やすことはできない。このような現象はチョーキング現象と言われており、このとき管内の流れは臨界状態になっているという。また、このときの通路下流側圧力に対する上流側圧力の比を臨界圧力比といい、空気の臨界圧力比は１．８９３である。
【０００８】このことから、前記エンジンのＥＧＲ通路における排ガスの流れについて考えると、まず、吸気通路で吸気絞り弁が閉じられていない状態では、吸気側圧力があまり低くならないので、ＥＧＲ通路の上下流の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなる。この状態では、ＥＧＲ通路内の排ガスの流量はＥＧＲ弁の開口面積に応じて変化すると同時に、そのＥＧＲ弁の上下流間の差圧によっても変化することになり、例えば、排ガスの流量を増加させるためにＥＧＲ弁を開いても、弁の開口面積の増大によって流量が増大する反面、弁の上下流の差圧の減少によって流量が減少してしまうので、結果として排ガスの流量はあまり増加しない。言い換えると、この状態で十分な制御性を得るためには、排ガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁の作動量及び作動速度をかなり大きく設定しなくてはならない。
【０００９】一方、吸気絞り弁が閉じられて吸気側圧力が低下し、ＥＧＲ通路の上下流の圧力比が臨界圧力比以上になると、ＥＧＲ通路の流れは臨界状態になる。この状態では、ＥＧＲ弁の開度が変わって弁の上下流の圧力差が変化しても、その変化によって流量は変化しないので、ＥＧＲ弁の開口面積の増減に略比例して排ガスの還流量が変化するようになる。そのため、前記のようにＥＧＲ弁の作動量及び作動速度をかなり大きく設定していると、そのＥＧＲ弁の作動によって排ガスの還流量が過度に大きく変動し、結果、空燃比の目標値に対する収束性が低下するという制御の不安定化の問題が発生するのである。
【００１０】そして、このようにしてエンジンの空燃比制御が不安定になると、空燃比の変動に伴いエンジンの出力トルクが変動するようになる。特にエンジンが定常運転状態になっているときには、車両の運転者は前記のエンジン出力の変動に起因して、前後方向に揺さぶられるような不快な振動を感じるようになり、乗車フィーリングの悪化という不具合が生じる。また、特にディーゼルエンジンの場合には、燃焼室の空燃比が過度にリッチな状態になると、部分的な不完全燃焼によるスモークの発生が急増するというエミッションの問題もある。
【００１１】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態に応じて排ガスの還流量を調整するようにした排気還流制御装置において、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっているときの制御に工夫を凝らし、空燃比の変動に起因するする乗車フィーリングの悪化等を防止することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっているときとそうでない非臨界状態のときとで、排気還流量調整手段の調整作動に対する排ガス還流量の変化の度合が大きく異なることに着目し、前記臨界状態になっているときには、非臨界状態のときよりも排気還流量調整手段の調整速度を低くさせるようにした。
【００１３】具体的に、請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の吸気系１０に排ガスの一部を還流させる排気還流通路２３と、前記排気還流通路２３における排気還流量を調整する排気還流量調整手段２４と、エンジン１の運転状態に応じて前記排気還流量調整手段２４を作動制御する排気還流制御手段３５ａとを備えたエンジンの排気還流制御装置Ａを前提とする。そして、前記排気還流通路２３の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段３５ｂと、該臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりも前記排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように前記排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第１補正手段３５ｃとを設ける構成とする。
【００１４】前記の構成により、排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が臨界圧力比以上になっていて、臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態であると判定されたときには、非臨界状態よりも排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように、第１補正手段３５ｃによって、排気還流制御手段３５ａによる制御が補正される。このことで、排気還流通路２３における排ガスの流量を非臨界状態でも応答性よく調整できるように、排気還流量調整手段２４の調整作動量や作動速度がかなり大きく設定されていても、排ガスの流れが臨界状態になったときには、前記排気還流量調整手段２４の調整速度が低くなるように補正されるので、その調整作動に伴う排ガス還流量の過大な変動を抑制できる。よって、エンジン１の運転中に排ガス還流量の変動を抑制して空燃比制御の不安定化を防止でき、乗車フィーリングの悪化を防止することができる。
【００１５】請求項２の発明では、第１補正手段は、エンジンが定常運転状態にあるときに排気還流制御手段による制御を補正する構成とする。すなわち、エンジンが定常運転状態にあるときには、排ガスの還流量の変動に起因するエンジン出力の変動によって車両の運転者が不快な振動を感じ易いので、排気還流量調整手段の調整速度を低くさせて排ガス還流量の変動を抑制することの作用効果が特に有効なものになる。
【００１６】請求項３の発明では、エンジンが過渡運転状態にあるときに、排気還流量調整手段の調整速度が定常運転状態のとき以上になるように、排気還流制御手段による制御を補正する第２補正手段を設ける構成とする。このことで、運転者の操作に従ってエンジンの運転状態が大きく変化する過渡運転状態では、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を高めることができる。尚、過渡運転状態では、排ガス還流量が変動してエンジン出力が変動したとしても、車両の運転者が不快に感じることは少ない。
【００１７】請求項４の発明では、排気還流制御手段は、燃焼室の空燃比が目標値になるように排気還流量調整手段をフィードバック制御するものとする。ここで、フィードバック制御のためのセンサとしては、例えば、エンジンの排気通路に空燃比センサを設けてこの空燃比センサの出力信号に基づいて燃焼室の空燃比を検出するようにすればよい。また、エンジンの吸気通路に吸入空気量を検出するエアフローセンサを設け、このエアフローセンサによって検出された吸入空気量と燃焼室への燃料噴射量とに基づいて、該燃焼室の空燃比を検出するようにしてもよい。
【００１８】そして、この構成によると、排気還流制御手段は前記のようなセンサからの出力信号に基づいて排気還流量調整手段をフィードバック制御することで、燃焼室の空燃比を目標値になるように高精度に制御することができる。その反面、そのような高精度の空燃比制御がなされていると、排ガス還流量の変動によって空燃比制御が不安定化することによる悪影響が相対的に大きくなる。従って、このような構成において、排気還流量調整手段の作動速度を低くさせることで、空燃比制御の不安体化を防止できるという作用が極めて有効なものになる。
【００１９】請求項５の発明では、第１及び第２補正手段は、それぞれ排気還流制御手段のフィードバックゲインを補正するものとする。このことで、第１及び第２補正手段による補正の内容が具体化される。
【００２０】請求項６の発明では、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが設けられ、前記排気還流通路の接続部よりも排気下流側の排気通路に前記ターボ過給機のタービンが設けられており、臨界状態判定手段は、前記ターボ過給機の過給圧が設定圧以下のときに臨界状態であると判定するものとする。
【００２１】このことで、ターボ過給機の過給圧が判れば、そのときのタービン上流の排圧も推定できるので、排気還流通路の上下流の圧力比が検出できることになる。従って、ターボ過給機の過給圧が設定圧以下になっていれば、そのことから前記排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００２２】請求項７の発明では、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、臨界状態判定手段は、前記吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときに臨界状態であると判定する構成とする。このことで、排気還流通路よりも吸気上流側にある吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときには、吸気側圧力が排気側圧力に比べて極めて低くなるので、そのことから、前記排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００２３】請求項８の発明では、前記請求項７の発明において、排気還流通路の接続部よりも上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが配設されており、第１補正手段は、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくなるように補正するものとする。
【００２４】このことで、吸気絞り弁の開度が設定開度以下になっていても、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、その過給によって吸気側圧力が高められるので、吸排気間の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなることがある。そこで、この場合には、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくさせて、空燃比制御の応答性を高めるようにしており、これにより、ターボ過給機及び吸気絞り弁の作動状態に適切に対応することができる。
【００２５】請求項９の発明では、エンジンをディーゼルエンジンとする。このことで、ディーゼルエンジンにおいて多量の排気還流に対応でき、その場合の空燃比制御の不安定下に伴うエミッション悪化の問題を解消できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】（全体構成）図１は本発明の実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数のシリンダ２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各シリンダ２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各シリンダ２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設されていて、各シリンダ毎に所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２７】前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上（例えば、アイドル運転時に４０ＭＰａ、それ以外の運転状態では８０ＭＰａ以上）に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示せず）の外周に相対向するように配置され電磁ピックアップからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【００２８】また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを介してシリンダ毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各シリンダ２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンク内で各シリンダ２に供給される過給圧力を検出する過給圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調整されることで、弁の開度が制御されるようになっている。
【００２９】前記エアフローセンサ１１は、流速変動があっても空気流量を確実にとらえることのできる定温度型ホットフィルム式エアフローセンサであり、図示しないが、吸気通路１０に吸気流れ方向と直交するように配されたヒータと、このヒータを挟んで上流側と下流側とに配置されたホットフィルムとを備えていて、両ホットフィルムの温度の高低に基づいて、吸気通路１０を下流側（各シリンダ２の側）に向かう正方向流及び上流側に向かう逆流をそれぞれ検出するものである。このエアフローセンサ１１による計測値に基づいて、正方向の空気流量のみを計測することができ、排気還流量の制御に逆流による誤差が入ることを避けることができる。
【００３０】また、図１において２０は各シリンダ２の燃焼室４から排ガスを排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポートにより各シリンダ２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排ガス流により回転されるタービン２１と、排ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００３１】前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、図２に示すように、タービン２１を収容するタービン室２１ａに該タービン２１ａの全周を囲むように複数のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…が設けられ、その各フラップ２１ｂが排気流路のノズル断面積Ａを変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図（ａ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をタービン２１に対し周方向に向くように位置付けてノズル断面積Ａを小さくすることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができる。一方、同図（ｂ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をその先端がタービン２１の中心に向くように位置付けて、ノズル断面積Ａを大きくすることで、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも過給効率を高めることができる。
【００３２】前記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも吸気下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度調整可能な負圧作動式の排気還流量調整弁（以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されている。そして、前記ＥＧＲ通路２３を流れる排ガスに対して上流側である排気通路２０の圧力（以下排気側圧力という）と下流側である吸気通路１０の圧力（以下吸気側圧力という）との間の圧力差によって前記排気通路２０から吸い出した排ガスの一部を、ＥＧＲ弁２４により流量調整しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００３３】前記ＥＧＲ弁２４は、図３に示すように、弁箱を仕切るダイヤフラム２４ａに弁棒２４ｂが固定され、この弁棒２４ｂの両端にＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調整する弁本体２４ｃとリフトセンサ２６とが設けられている。前記弁本体２４ｃはスプリング２４ｄによって閉方向（図の下方）に付勢されている一方、弁箱の負圧室（ダイヤフラム２４ａよりも上側の室）には負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調整され、それによって、弁本体２４ｃによりＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調整されるようになっている。
【００３４】尚、前記ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…にもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調整されることで、前記フラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動量が調整されるようになっている。
【００３５】前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2センサ１７からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３６】（制御システムの全体構成）前記ＥＣＵ３５におけるエンジン制御の基本的な処理の概要は図４のブロック図に示されており、アクセル開度に基づいて基本となる燃料噴射量を決定するとともに、ＥＧＲ弁２４の作動によりＥＧＲ率を調整して、各シリンダの空燃比を均一かつ高精度に制御するようにしている。前記ＥＧＲ率は全排気量中の還流される排ガス量（ＥＧＲ量）の割合をいう。
【００３７】ＥＧＲ率＝ＥＧＲ量／全排気量具体的に、前記ＥＣＵ３５には、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標トルクtrqsolを記録した二次元マップ３６と、エンジン回転数Ne、目標トルクtrqsol及び新気量（吸入空気量のことであり燃料を含まない。以下、同じ。）FAirの変化における、実験的に決定された最適な目標燃料噴射量Fsolを記録した三次元マップ３７と、エンジン回転数Neと目標トルクtrqsolの変化における、実験的に決定された最適な目標空燃比A/Fsolを記録した二次元マップ３８とがそれぞれメモリ上に電子的に格納されている。
【００３８】前記目標空燃比A/FsolがＮＯｘの低減とスモークの低減とを両立させるための排ガスの還流量を決定する基準となるものである。すなわち、図５にディーゼルエンジンの空燃比と排気中のＮＯｘ量との関係を例示するように、空燃比が上昇するとＮＯｘ量が増大する傾向があるので、排気還流量を多くして空燃比を下げれば（リッチ側にする）ＮＯｘの発生を少なくできる。
【００３９】しかし、図６に例示すように、同じエンジンの空燃比と排気中のスモーク値との関係に依れば、空燃比がリッチ側に変化してある空燃比以下になると、スモーク量が急に増大することが分かる。従って、排ガスの還流量を多くするにも限界があるので、この実施形態では、排ガス中のＮＯｘ量の低減とスモーク量の増大抑制との両立を図るために、目標とする空燃比をＮＯｘの低減が図れるようにできるだけリッチ側であってかつスモーク量が急増し始める手前の値に定めている。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】（燃料噴射制御）次に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射制御の処理手順を図７に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、クランク角センサ９からの出力信号に同期して所定クランク角毎に実行される。
【００４６】まず、同図に示すスタート後のステップＴ１において、エアフローセンサ１１によって検出された新気の吸入空気量FAir、クランク角から求められたエンジン回転数Ne、アクセル開度accel、等のデータが入力される。続いて、ステップＴ２では、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neに基づいて目標トルクtrqsolを演算し、ステップＴ３では、その目標トルクtrqsol、エンジン回転数Ne及び吸入空気量（新気量）FAirに基づいて、目標噴射量Fsolを演算する。
【００４７】続いて、ステップＴ４において、前記目標噴射量Fsolと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力CRPとに基づいて決定された各インジェクタ５の励磁時間に対応する燃料噴射時期であるか否かを判別し、燃料噴射時期でないｎｏのときには待機し、その燃料噴射時期になれば（ｙｅｓ）、ステップＴ５に進んで、インジェクタ５を駆動して燃料噴射を実行し、しかる後にリターンする。
【００４８】（排気還流制御）本発明の特徴部分は、上述の如く、排ガスの還流量を制御して吸入空気量を調整することで、燃焼室４の空燃比を間接的に制御するようにしたディーゼルエンジンにおいて、ＥＧＲ弁２４の制御におけるフィードバックゲインをＥＧＲ通路２３における排ガスの還流状態に応じて補正するようにしたことにある。
【００４９】次に、前記ＥＣＵ３５による排気還流制御の処理手順を図８に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従って所定間隔毎に実行される。
【００５０】まず、同図に示すスタート後のステップＳ１において、エアフローセンサ１１によって検出された新気の吸入空気量FAir、クランク角から求められたエンジン回転数Ne、アクセル開度accel、過給圧センサ１０ａによって検出された吸気圧力Boost、及び前記の燃料噴射制御において演算された（図７のステップＴ３）目標噴射量Fsol等のデータが入力される。続いて、ステップＳ２では、アクセル開度accel及びエンジン回転数Neに基づいて目標トルクtrqsolを演算し、ステップＳ３では、その目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neに基づいて目標空燃比A/Fsolを演算する。続いて、ステップＳ４では、その目標空燃比A/Fsol及び目標噴射量Fsolに基づいて、吸入空気量の目標値である目標新気量FAsolを演算する。
【００５１】続いて、ステップＳ５において、前記目標新気量FAsolに基づいてＥＧＲ弁２４の基本動作量EGRbaseを演算する。この基本動作量EGRbaseは、目標新気量FAsolに対応する値を実験的に決定して記録したマップがＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、前記ステップＳ４で求めた目標新気量FAsolに対応する値が当該マップから読み込まれる。続いて、ステップＳ６では、前記ステップＳ４で求めた目標新気量FAsolに対する実際の吸入空気量FAirの偏差FAsol−FAirに基づいて、ＥＧＲ弁２４のフィードバック動作量EGRf/bを演算する。
【００５２】このフィードバック動作量EGRf/bは、図９に例示するように、新気量の偏差FAsol−FAirに対応する値を実験的に決定して記録したマップ５４がＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、当該マップから読み込まれるようになっている。このマップ５４によれば、新気量の偏差FAsol−FAirの絶対値が僅かな間はフィードバック動作量EGRf/bが零とされる不感帯が設けられている一方、その偏差FAsol−FAirの絶対値が大きいほど、その偏差FAsol−FAirを減らす向きのフィードバック動作量EGRf/bが大きくなるように設定されている。
【００５３】前記ステップＳ６に続いて、ステップＳ７において、インジェクタ５からの燃料噴射量Ｆの変化量ΔＦ、即ち今回の制御サイクルにおける目標噴射量Fsolの前回値からの変化量が、あらかじめ設定した基準値ΔＦ0よりも小さいか否かを判別する。そして、基準値以上のｎｏのときには、エンジン１が過渡運転状態になっていると判定してステップＳ１７に進む一方、基準値よりも大きいｙｅｓのときには、エンジン１が定常運転状態になっていると判定してステップＳ８に進み、このステップＳ８において、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいか否かを判定する。
【００５４】この設定開度TH0は吸気絞り弁１４が全閉状態の近くまで閉じられている状態に対応するように設定されており、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度よりも小さいｙｅｓのときには、その吸気絞り弁１４により吸入空気量がかなり絞られていて、吸気通路１０の負圧がかなり大きくなっている（吸気側圧力がかなり低くなっている）と判定して、ステップＳ９に進む。一方、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上でｎｏのときには、吸気通路１０の負圧はあまり大きくないと判定して、ステップＳ１４に進む。
【００５５】前記ステップＳ９では、今度は、ターボ過給機２５の過給圧、即ち過給圧センサ１０ａにより検出された吸気圧力Boostが設定圧力Boost0よりも小さいか否かを判定して、吸気圧力Boostが設定圧力よりも小さいｙｅｓのときには、ステップＳ１０に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最小の設定値Ｋａとする一方、吸気圧力Boostが設定圧力以上でｎｏのときには、ステップＳ１１に進んで、排気還流制御のフィードバックゲインＫを２番目に小さな設定値Ｋｂ（Ｋａ＜Ｋｂ）とする。
【００５６】そして、前記ステップＳ１０又はＳ１１に続いて、ステップＳ１２では、ＥＧＲ弁２４の基本動作量EGRbase、フィードバック動作量EGRf/b、及びフィードバックゲインＫに基づいて、ＥＧＲ弁２４の動作量EGRsolを演算し、続くステップＳ１３において、ＥＧＲ弁２４を動作量EGRsolに対応する開度になるように駆動して、しかる後にリターンする。
【００５７】つまり、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0よりも小さいときには、吸気通路１０の圧力、即ちＥＧＲ通路２３における還流排ガスの下流側である吸気側圧力が極めて低くなっていて、ＥＧＲ通路２３における還流排ガスの上流側である排気側圧力の前記吸気側圧力に対する圧力比がいわゆる臨界圧力比以上になっていると判定する。そして、このことから前記ＥＧＲ通路２３における還流排ガスの流れが臨界状態になっていると判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最小の設定値Ｋａとして、フィードバック制御の安定化を図るようにしている。
【００５８】また、そのように吸気絞り弁１４の開度THが設定開度TH0以下になっていても、ターボ過給機２５による過給圧が大きく、吸気通路１０の吸気圧力Boostが設定圧Boost0よりも大きいときには、吸排気間の圧力比は臨界圧力比よりも小さくなることがあるので、この場合には、排気還流制御のフィードバックゲインＫを前記最小の設定値Ｋａよりも大きな値Ｋｂに設定している。このことで、ターボ過給機２５の作動状態に応じて空燃比制御の応答性を適切に設定できる。
【００５９】これに対し、前記ステップＳ８で、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上でｎｏと判定されて進んだステップＳ１４では、ステップＳ９と同様に、ターボ過給機２５の過給圧が設定圧力Boost1（Boost1＞Boost0）よりも小さいか否かを判定する。そして、その判定が設定圧力よりも小さいｙｅｓのときには、ステップＳ１５に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを前記Ｋａ，Ｋｂよりも大きな設定値Ｋｃとして、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進む一方、吸気圧力Boostが設定圧力以上でｎｏのときには、ステップＳ１６に進み、排気還流制御のフィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄ（Ｋｃ＜Ｋｄ）とする。そして、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進んで、それぞれ、ＥＧＲ弁２４の動作量EGRsolを演算し、ＥＧＲ弁２４を駆動して、しかる後にリターンするつまり、吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上のときには、吸気通路１０の圧力があまり低くはならないので、ＥＧＲ通路２４における還流排ガスの流れは臨界状態になっていないと判定する。そしてこの場合には、制御の不安定化の心配がないので、フィードバックゲインＫを十分に大きな値Ｋｃ，Ｋｄに設定して、排気還流制御の応答性を高めるようにしている。
【００６０】また、前記ステップＳ７で、燃料噴射量Ｆの変化量ΔＦに基づいて、エンジン１が過渡運転状態になっている（ステップＳ７でｎｏ）と判定して進んだステップＳ１７では、前記ステップＳ１６と同様にフィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄとし、前記ステップＳ１２，Ｓ１３に進んで、ＥＧＲ弁２４の駆動を実行して、しかる後にリターンする。つまり、エンジン１が過渡運転状態にあるときには、フィードバックゲインＫを最大の設定値Ｋｄとして、排気還流制御の応答性を特に高めるようにしている。尚、過渡運転状態におけるフィードバックゲインを定常状態における最大の設定値Ｋｄよりも大きな値に設定するようにしてもよい。
【００６１】この実施形態では、前記図８に示すフローチャート図において、ステップＳ１〜Ｓ５の各ステップが、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁（排気還流量調整手段）２４を作動制御する排気還流制御手段３５ａに対応している。また、ステップＳ８及びＳ９の各ステップが、ＥＧＲ通路（排気還流通路）２３の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が、所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段３５ｂに対応している。
【００６２】さらに、ステップＳ１０が、前記臨界状態判定手段３５ｂにより臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりもＥＧＲ弁２４の調整速度が低くなるように排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第１補正手段３５ｃに対応している。また、ステップＳ７及びＳ１７の各ステップは、エンジン１が過渡運転状態にあるときに、定常運転状態のときよりもＥＧＲ弁２４の調整速度が高くなるように排気還流制御手段３５ａによる制御を補正する第２補正手段に対応している。
【００６３】したがって、この実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置Ａによれば、エンジン１が定常運転状態になっていて、かつエンジン１の吸気通路１０に配設されている吸気絞り弁１４の開度THが設定開度以上のときには、ＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていないと判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを相対的に大きな値Ｋｃ，Ｋｄとすることで、排ガス還流量の制御によるエンジン１の空燃比制御の応答性を高めている。
【００６４】また、前記吸気絞り弁１４の開度THが設定開度よりも小さいときには、ＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていることを臨界状態判定手段３５ｂによって判定し、排気還流制御のフィードバックゲインＫを第１補正手段３５ｃによって相対的に小さな値Ｋａ，Ｋｂに補正することで、ＥＧＲ弁２４の作動による排ガス還流量の過大な変動を抑制し、エンジン１の運転中に空燃比が変動して乗車フィーリングが悪化することを防止できる。このことは、エンジン１の出力トルクの変動によって運転者が不快な振動を感じ易い定常運転状態において、特に有効な作用効果を奏する。
【００６５】さらに、この実施形態では、ディーゼルエンジン１において、吸気通路１０に設けたエアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて、燃焼室４の空燃比を高精度にフィードバック制御しており、しかも、その空燃比の制御目標値は、排ガス中のＮＯｘ低減とスモーク増大の抑制とを両立できるような値に設定している。そのため、そのような高精度の空燃比制御がなされているので、排ガス還流量の変動によって空燃比制御が不安定化することによる悪影響は相対的に大きくなると考えられる。また、特にディーゼルエンジン１においては、排ガス還流量の変動によって空燃比が目標値よりもリッチ状態になったときにスモーク量が急増するという悪影響が懸念される。従って、このようなものにおいて、排気還流制御のフィードバックゲインＫを補正することによって空燃比制御の不安体化を防止できるという作用効果は極めて有効なものになる。
【００６６】加えて、この実施形態では、エンジン１が過渡運転状態にあるときには、排気還流制御のフィードバックゲインＫを第２補正手段３５ｄによって最大の設定値Ｋｄに補正するようにしており、このことで、運転者の操作に従ってエンジン１の運転状態が大きく変化する過渡運転状態では、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を十分に高めることができる。尚、過渡運転状態では、排ガス還流量が変動してエンジン出力が変動したとしてても、車両の運転者が不快に感じることは少ないので、問題はないと考えられる。
【００６７】（他の実施形態）本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前期実施形態では、エンジン１の吸気通路１０に配設した吸気絞り弁１４の開度に基づいて、ＥＧＲ通路２３内の流れが臨界状態になっていることを判定するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、例えば前記吸気絞り弁１４が設けられていないエンジンにおいて、ターボ過給機２５の過給圧が分かれば、そのときのタービン２１の上流の排圧も推定できるので、ＥＧＲ通路２３の上下流の圧力比が分かることになる。従って、ターボ過給機２５の過給圧のみに基づいてＥＧＲ通路２３における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定するようにしてもよい。
【００６８】また、前期実施形態では、排気還流制御のフィードバックゲインＫとして、予め異なる４つの値（Ｋａ＜Ｋｂ＜Ｋｃ＜Ｋｄ）を設定しておいて、その中から吸気絞り弁１４の開度及びターボ過給機２５の過給圧に応じて選択するようにしているが、これに限らず、例えば図１０に示すように、フィードバックゲインＫの値を、過給圧すなわち吸気側圧力と排圧すなわち排気側圧力との比に対応づけて実験的に記録したマップを備えるようにし、吸気圧力センサ１０ａにより検出される過給圧と、その過給圧から推定される排圧とに基づいて、当該マップから読み出して設定するようにしてもよい。また、前記の排圧は直接センサ等により検出するようにしてもよい。
【００６９】さらに、この実施形態に係る排気還流制御装置をディーゼルエンジン１ではなく、燃焼室にガソリンを直接、噴射供給するようにしたいわゆる直噴ガソリンエンジンに適用することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】以上説明した如く、請求項１の発明によると、排気還流通路における還流排ガスの流れが臨界状態になったとき、そうでないときよりも排気還流量調整手段の調整速度が低くなるように、排気還流制御手段による制御を第１補正手段によって補正するようにしたので、排ガスの還流量の調整による空燃比制御の応答性を低下させることなく、前記の臨界状態になったときの排気還流量調整手段の調整作動に伴う排ガス還流量の過大な変動を抑制して、空燃比制御の不安定化に伴う乗車フィーリングの悪化を防止することができる。
【００７１】請求項２の発明によると、エンジン出力の変動によって運転者が不快な振動を感じ易い定常運転状態において、排ガス還流量の変動を抑制することの作用効果が特に有効なものになる。
【００７２】請求項３の発明によると、運転者の操作に従ってエンジンの運転状態が大きく変化する過渡運転状態において、その変化に遅れないように空燃比制御の応答性を高めることができる。
【００７３】請求項４の発明によると、高精度の空燃比制御がなされているものにおいて、排気還流量調整手段の作動速度を低くさせて空燃比制御の不安体化を防止できるという作用効果が極めて有効なものになる。
【００７４】請求項６の発明によると、ターボ過給機の過給圧に基づいて、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００７５】請求項７の発明によると、エンジンの吸気通路に配設された吸気絞り弁の開度に基づいて、排気還流通路における排ガスの流れが臨界状態になっていることを判定できる。
【００７６】請求項８の発明によると、排気還流制御手段のフィードバックゲインをターボ過給機の過給圧及び吸気絞り弁の開度に応じて適切に設定することができる。
【００７７】請求項９の発明によると、ディーゼルエンジンにおいて多量の排気還流に対応でき、その場合の空燃比制御の不安定下に伴うエミッション悪化の問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの排気還流制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】ターボ過給機の一部を、Ａ／Ｒ小の状態（ａ）、又はＡ／Ｒ大の状態（ｂ）でそれぞれ示す説明図である。
【図３】ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図である。
【図４】エンジンの制御系の全体構成図である。
【図５】空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフ図である。
【図６】空燃比とスモーク値との関係を示すグラフ図である。
【図７】燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】排気還流制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】フィードバック動作量を空燃比の偏差に対応するように設定したマップ図である。
【図１０】フィードバックゲインの値を過給圧と排圧との圧力比に対応するように設定したマップ図である。
【図１１】スロートを有する管状の通路を流れる気体を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ エンジンの排気還流制御装置
１ ディーゼルエンジン
１０ 吸気通路
１３ ブロワ
１４ 吸気絞り弁（吸気抑制手段）
２０ 排気通路
２１ タービン
２３ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２４ ＥＧＲ弁（排気還流量調整手段）
２５ ターボ過給機
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
３５ａ 排気還流制御手段
３５ｂ 臨界状態判定手段
３５ｃ 第１補正手段
３５ｄ 第２補正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンの吸気系に排ガスの一部を還流させる排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、エンジンの運転状態に応じて前記排気還流量調整手段を作動制御する排気還流制御手段とを備えたエンジンの排気還流制御装置において、前記排気還流通路の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が、所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段と、前記臨界状態判定手段により臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりも前記排気還流量調整手段の調整速度が低くなるように前記排気還流制御手段による制御を補正する第１補正手段とが設けられていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項２】 請求項１のエンジンの排気還流制御装置において、第１補正手段は、エンジンが定常運転状態にあるときに排気還流制御手段による制御を補正するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項３】 請求項２のエンジンの排気還流制御装置において、エンジンが過渡運転状態にあるときに、排気還流量調整手段の調整速度が定常運転状態のとき以上になるように、排気還流制御手段による制御を補正する第２補正手段が設けられていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つのエンジンの排気還流制御装置において、排気還流制御手段は、燃焼室の空燃比が目標空燃比になるように排気還流量調整手段をフィードバック制御するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項５】 請求項４のエンジンの排気還流制御装置において、第１及び第２補正手段は、それぞれ排気還流制御手段のフィードバックゲインを補正するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項６】 請求項５のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが設けられ、前記排気還流通路の接続部よりも排気下流側の排気通路に前記ターボ過給機のタービンが設けられており、臨界状態判定手段は、前記ターボ過給機の過給圧が設定圧以下のときに臨界状態であると判定するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項７】 請求項５のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、臨界状態判定手段は、前記吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときに臨界状態であると判定するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項８】 請求項７のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが配設されており、第１補正手段は、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくなるように補正するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項９】 請求項１のエンジンの排気還流制御装置において、エンジンはディーゼルエンジンであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項１】 エンジンの吸気系に排ガスの一部を還流させる排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、エンジンの運転状態に応じて前記排気還流量調整手段を作動制御する排気還流制御手段とを備えたエンジンの排気還流制御装置において、前記排気還流通路の上流側である排気側圧力の吸気側圧力に対する圧力比が、所定の臨界圧力比以上になっている臨界状態を判定する臨界状態判定手段と、前記臨界状態判定手段により臨界状態が判定されたとき、非臨界状態よりも前記排気還流量調整手段の調整速度が低くなるように前記排気還流制御手段による制御を補正する第１補正手段とが設けられていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項２】 請求項１のエンジンの排気還流制御装置において、第１補正手段は、エンジンが定常運転状態にあるときに排気還流制御手段による制御を補正するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項３】 請求項２のエンジンの排気還流制御装置において、エンジンが過渡運転状態にあるときに、排気還流量調整手段の調整速度が定常運転状態のとき以上になるように、排気還流制御手段による制御を補正する第２補正手段が設けられていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つのエンジンの排気還流制御装置において、排気還流制御手段は、燃焼室の空燃比が目標空燃比になるように排気還流量調整手段をフィードバック制御するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項５】 請求項４のエンジンの排気還流制御装置において、第１及び第２補正手段は、それぞれ排気還流制御手段のフィードバックゲインを補正するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項６】 請求項５のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが設けられ、前記排気還流通路の接続部よりも排気下流側の排気通路に前記ターボ過給機のタービンが設けられており、臨界状態判定手段は、前記ターボ過給機の過給圧が設定圧以下のときに臨界状態であると判定するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項７】 請求項５のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、臨界状態判定手段は、前記吸気絞り弁の開度が設定開度以下のときに臨界状態であると判定するように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項８】 請求項７のエンジンの排気還流制御装置において、排気還流通路の接続部よりも上流側の吸気通路にターボ過給機のブロワが配設されており、第１補正手段は、前記ターボ過給機による過給圧が設定圧よりも大きいときには、排気還流制御手段のフィードバックゲインを前記過給圧が設定圧以下のときに比べて大きくなるように補正するものであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【請求項９】 請求項１のエンジンの排気還流制御装置において、エンジンはディーゼルエンジンであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０００−１０４６２８（Ｐ２０００−１０４６２８Ａ）
【公開日】平成１２年４月１１日（２０００．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２７４９６０
【出願日】平成１０年９月２９日（１９９８．９．２９）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年４月１１日（２０００．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年９月２９日（１９９８．９．２９）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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