エンジンのＥＧＲ量推定方法およびエンジンの制御装置
【課題】燃焼室に存在する既燃ガス量を精度よく推定する方法と，この推定方法を用いて要求トルクを精度よく実現できるエンジン制御装置とを提供する。
【解決手段】内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎを推定し，外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを推定し，推定された内外の各既燃ガス量に基づいて燃焼室内に存在する総既燃ガス量ＥＴが決定される。排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率αを個々に遅れ補正して内部ＥＧＲ新気率αｉｎと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとを推定し，内部ＥＧＲ量ＥＩと内部ＥＧＲ新気率αｉｎとに基づいて内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎを求め，外部ＥＧＲ量ＥＯと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとに基づいて外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを求めることができる。
推定された燃焼室内の総既燃量ＥＴが多いほど，燃料噴射量が増大補正される。
【解決手段】内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎを推定し，外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを推定し，推定された内外の各既燃ガス量に基づいて燃焼室内に存在する総既燃ガス量ＥＴが決定される。排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率αを個々に遅れ補正して内部ＥＧＲ新気率αｉｎと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとを推定し，内部ＥＧＲ量ＥＩと内部ＥＧＲ新気率αｉｎとに基づいて内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎを求め，外部ＥＧＲ量ＥＯと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとに基づいて外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを求めることができる。
推定された燃焼室内の総既燃量ＥＴが多いほど，燃料噴射量が増大補正される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのＥＧＲ量推定方法およびエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のエンジン，特に自動車用エンジンにおいては，外部ＥＧＲと呼ばれるように，吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を別途設けて，このＥＧＲ通路を介して排気ガスの一部を吸気通路つまり燃焼室に還流させることが行われており，ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度を変更することにより外部ＥＧＲ量が変更される。この一方，排気ガスの一部は燃焼室に残留することとなり，この燃焼室への残留排気ガスが内部ＥＧＲとして機能することになる。このように，燃焼室には，内部ＥＧＲによる内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲによる外部ＥＧＲガスとが混在した状態で，燃焼が行われることになる。
【０００３】
ＥＧＲガスは，高温でかつ燃焼抑制作用があること等から，エンジンの燃焼状態に大きな影響を与えることになる。このため，燃焼室に存在するＥＧＲ量を精度よく求めることが，燃焼制御を精度よく行う等の上で重要となる。特許文献１には，排気弁の閉時期を可変制御するエンジンにおいて，吸気弁と排気弁との開弁時期とがオーバラップするオーバラップ期間に応じて内部ＥＧＲ量が変化することから，エンジン回転数に加えて，吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とに基づいて，内部ＥＧＲ量を精度良く求める（推定する）ことが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼室に存在（供給）される外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量そのものを精度良く求めることが従来から種々提案されており，したがって，これらの合計値である総ＥＧＲ量も精度よく求めることは可能である。しかしながら，実際に燃焼に影響を与える要因としては，ＥＧＲガス中の既燃ガスであり，したがって，ＥＧＲ量が同じであっても既燃ガス量が相違すれば燃焼状態が変化することになる。
【０００５】
一方，エンジンの中には，エンジンの運転状態に基づいて要求トルクを決定して，この要求トルクを実現するように燃料噴射量を制御することが行われている。このようなエンジンにおいて，同じ燃料噴射量であっても，燃焼室に存在する総既燃量が相違すると，エンジンが実際に発生するトルクが微妙に相違することになり，要求トルクを精度よく実現する上で問題となる。
【０００６】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、燃焼室に存在する既燃ガス量を精度よく求めることができるようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は，上記推定方法を利用して要求トルクを精度よく実現できるようにしたエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記第１の目的を達成するため、本発明におけるエンジンのＥＧＲ量推定方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを行うようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法であって，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量を推定する第１ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量を推定する第２ステップと，
前記推定された内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とに基づいて，燃焼室に存在する総既燃量を決定する第３ステップと，
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば，内部ＥＧＲガス中に占める既燃量と，外部ＥＧＲガス中に占める既燃量とを別々に求めることにより，燃焼室に存在する総既燃量を精度よく求める（推定する）ことができる。
【０００８】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項６に記載のとおりである。すなわち，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す内部ＥＧＲ新気率を推定する第４ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す外部ＥＧＲ新気率を推定する第５ステップと，
を備え，
前記第１ステップでは，内部ＥＧＲ量と前記推定された内部ＥＧＲ新気率とに基づいて内部ＥＧＲ既燃量を推定し，
前記第２ステップでは，外部ＥＧＲ量と前記推定された外部ＥＧＲ新気率とに基づいて外部ＥＧＲ既燃量を推定する，
ようにすることができる（請求項２対応）。この場合、ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合となる新気率を用いて，内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とを求める（推定する）ことができる。
【０００９】
排気ガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す排気ガス新気率を推定する第６ステップをさらに有し，
前記内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とがそれぞれ，前記推定された排気ガス新気率を遅れ補正することによって決定される，
ようにすることができる（請求項３対応）。この場合、燃焼直後において，燃焼室から排出される排気ガスの新気率と，燃焼室に残留される排気ガスの新気率とは同じである一方，内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとでは排気ガスが燃焼室に供給される遅れタイミングが相違することになる。そして，この遅れタイミングの相違を個別に遅れ補正することによって補償して，内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とを精度よく決定して，内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とを精度よく決定（推定）することができる。
【００１０】
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル分だけ遅れ補正することによって，今回の内部ＥＧＲ新気率が決定され，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル以上分だけ遅れ補正することによって，今回の外部ＥＧＲ新気率が決定される，
ようにすることができる（請求項４対応）。この場合、遅れ補正のより具体的な手法が提供される。
【００１１】
前記外部ＥＧＲ新気率を決定する遅れ補正が，外部ＥＧＲガスが前記外部ＥＧＲ通路を流れる間の応答遅れと，該外部ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度変化に伴う応答遅れとを含むように行われる，ようにすることができる（請求項５対応）。この場合、外部ＥＧＲガスが燃焼室に供給されるまでに生じる遅れの主要因となる排気ガスが外部ＥＧＲ通路を流れる応答遅れと，ＥＧＲ弁の開度変化に起因する応答遅れとを勘案して，外部ＥＧＲ新気率を精度よく決定する上で好ましいものとなる。
【００１２】
前記外部ＥＧＲ既燃量を，前記ＥＧＲ通路の吸気通路への開口端から燃焼室までの吸気通路を流れる間の応答遅れ補正する第７ステップをさらに有し，
前記総既燃量を決定する際に用いる外部ＥＧＲ既燃量として，前記第７ステップで遅れ補正された後の値が用いられる，ようにすることができる（請求項６対応）。この場合、外部ＥＧＲガスが吸気通路を流れる応答遅れを補正して，燃焼室に供給される外部ＥＧＲ既燃量をより精度よく決定する上で好ましいものとなる。
【００１３】
前記第２の目的を達成するため、本発明におけるエンジンの制御装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項７に記載のように、
エンジンの運転状態に基づいて運転者が要求する目標トルクを決定して，該決定された目標トルクに応じて目標燃料噴射量を決定するようにしたエンジンの制御装置において，
前記目標トルクが同じであっても，請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載されたエンジンのＥＧＲ量推定方法を用いて推定された総ＥＧＲ既燃量が大きいときは小さいときに比して，前記目標燃料噴射量が大きくなるように補正する燃料噴射量補正手段を備えている，
ようにしてある。上記解決手法によれば，燃焼室に実際に存在する総既燃量を精度よく反映した燃料噴射量の補正が行われて，要求トルクを精度よく実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるエンジンのＥＧＲ量推定方法によれば，燃焼室に存在する総既燃量を精度よく推定することができる。また，本発明によるエンジンの制御装置によれば，要求トルクを精度よく実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において，１はエンジン（エンジン本体）であり，往復動されるピストン２によって燃焼室３の容積が変化される往復動型とされている。４は吸気ポート，５は吸気ポート４を開閉する吸気弁，６は排気ポート，７は排気ポート６を開閉する排気弁である。８は燃焼室３の略中心に設けられた点火プラグであり，９は点火プラグ８付近に向けて燃焼室３内に直接燃料噴射を行う燃料噴射弁である。
【００１６】
吸気ポート４に連なる吸気通路１１には，その上流側から下流側へ順次，スロットル弁１２，コントロール弁１３が配設されている。スロットル弁１２，コントロール弁１３はそれぞれ，図示を略すアクチュエータによって駆動されるようになっている。コントロール弁１３は，その吸気ポート４を流れる吸入空気の流れ状態を変更させるもので，均質燃焼（燃料と吸入空気とが十分に混合された状態での燃焼）を行う場合は図示の状態とされて，吸入空気が吸気ポート４の全断面積にほぼ均一に流れて，燃焼室３に噴射された燃料に対して吸入空気が十分に混合される。この状態からコントロール弁１３を駆動してその姿勢を変更することによって，吸入空気は吸気ポート４を偏向して流れて，点火プラグ８付近に噴射された燃料が点火プラグ８付近に留まるような成層燃焼を行うのに好適な吸気供給状態とされる（吸気ポート４を，例えばスワールポートとして，燃焼室３内で吸気の流れが旋回されるように設定することもできる）。
【００１７】
図２には，均質燃焼を行う運転領域と，成層燃焼を行う運転領域との設定例が示される。図２の例では，エンジン回転数と目標トルク（エンジン負荷に相当）とをパラメータとして，低回転・低負荷領域で成層燃焼が行われ，高回転あるいは高負荷領域では均質燃焼が行われるようになっている。なお，均質燃焼と成層燃焼との切替ハンチング防止のために，切替特性線が，図２実線と波線との２種類設定されていて，実線が成層燃焼から均質燃焼への切替用であり，波線が均質燃焼から成層燃焼への切替用である。
【００１８】
均質燃焼のときは，目標空燃比が理論空燃比あるいはその付近の空燃比とされ，吸気行程での燃料噴射とされ，吸気が渦流とならないようにされ（コントロール弁１３が図１の状態），目標トルクの実現は主として吸入空気量でコントロールする運転状態とされる。この一方，成層燃焼を行うときは，空燃比は理論空燃比よりもリーンとされ（均質燃焼の場合よりも十分にリーンとされる），燃料噴射が圧縮行程で実行され，コントロール弁１３を図１の状態から変化させて吸気の渦流を生成する状態とされ，目標トルクの実現は主として燃料噴射量でコントロールされることになる。
【００１９】
図１において，排気ポート６に連なる排気通路１５には，ＥＧＲ通路１６の上流端が接続され，ＥＧＲ通路１６の下流端が，スロットル弁１２とコントロール弁１３との間において吸気通路１１に接続されている。ＥＧＲ通路１６には，ＥＧＲ弁１７が接続されている。このＥＧＲ弁１７の開度を変更することにより，ＥＧＲ通路１６を通して吸気通路１１に還流される排気ガス量つまり外部ＥＧＲ量が変更される。
【００２０】
前述した吸気弁５を開閉するための吸気弁用カムシャフト２１は，これに取付けたプーリ２２を介してクランク軸によって回転駆動される。また，排気弁７を開閉するための排気弁用カムシャフト２３は，これに取付けたプーリ２４を介してクランク軸によって回転駆動される。上記各プーリ２２，２４は，それぞれクランク軸に対する回転位相が変更可能とされており，このプーリ２２，２４のクランク軸に対する回転位相の変更によって，吸気弁５の開閉時期と排気弁７の開閉時期とが個々に変更可能となっている（可変バルブタイミング）。したがって，吸気弁５と排気弁７とが共に開いたオーバラップ量（期間）が変更可能となっている。
【００２１】
吸気弁５と排気弁７とが共に開いたオーバラップ量の変更は例えば図３のように切替えられる。すなわち，エンジン回転数と目標トルク（エンジン負荷に相当）とをパラメータとして，中回転・中負荷域のときにオーバラップ量が大とされて，内部ＥＧＲ量を増大させて，燃費向上が図られる。また，中回転・高負荷域のときにオーバラップ量が中とされて，燃費向上と燃焼安定性と出力確保とのバランスが図られる。その他の領域ではオーバラップ量が小とされるが，特に低回転・低負荷域のときには内部ＥＧＲ量を抑制して燃焼安定性が向上される一方，高回転域では排気弁７の開弁時期の早期化による排気効率向上と，吸気弁５の閉弁時期の遅延による充・効率向上とにより，出力向上が図られる。
【００２２】
図１において，Ｕはマイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニット（コントローラ）である。この制御ユニットＵによって，スロットル弁１２の制御と，コントロール弁１３の制御と，ＥＧＲ弁１７の制御と，各プーリ２２，２３の制御（位相変更制御）とが行われる他，点火プラグ８の点火時期制御や，燃料噴射弁９からの燃料噴射制御をも行われる。
【００２３】
制御ユニットＵには，各種センサＳ１〜Ｓ１０からの信号が入力される（一部のセンサについてのみその配設位置をも示してある）。センサＳ１は，吸入空気量センサで，スロットル弁１２上流側において吸入空気量を検出する。センサＳ２は，吸気温度センサで，スロットル弁１２の上流側において吸気温度を検出する。センサＳ３は，吸気圧センサで，ＥＧＲ通路１６の吸気通路１１への開口端よりも下流側において吸気圧力を検出する。センサＳ４は，水温センサで，エンジン１の冷却水温度を検出する。センサＳ５は，回転数センサで，エンジン回転数を検出する。センサＳ６は，車速センサであり，車速を検出する。センサＳ７は，アクセル開度センサで，アクセル開度を検出する。センサＳ８は，カムセンサで，吸気弁用プーリ２２の回転位相位置（カム位置）を検出する。センサＳ９は，カムセンサで，排気弁用プーリ２４の回転位相位置（カム位置）を検出する。センサＳ１０は，開度センサで，ＥＧＲ弁１７の開度を検出する。
【００２４】
次に，図４を参照しつつ，制御ユニットＵによって実行される制御内容の概要について説明する。なお，以下の説明でＰ１〜Ｐは制御ユニットＵの制御内容をブロック図的に示すプロセス（演算回路）であり，成層燃焼を行う場合を前提にしてある。まず，Ｐ１において，エンジン１の運転状態に基づいて運転者の要求トルクＰｅが演算される。また，Ｐ２においてアイドル運転に必要なＩＳＣトルクが演算され，Ｐ３において，補器類駆動抵抗や各種機械抵抗となる損失トルクＰｆが演算される。上記要求トルクＰｅに対して，アイドル時にのみＰ４において上記ＩＳＣトルクが加算されると共に，Ｐ５において常に損失トルクＰｆが加算されて，Ｐ６での目標トルクＰｉが決定される。
【００２５】
一方，後述するように，Ｐ１０において外部ＥＧＲ量の中に含まれる既燃量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔが演算され，Ｐ１１において，内部ＥＧＲ量の中に含まれる既燃量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎが演算される。Ｐ１０で得られた外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔは，Ｐ１２において応答遅れ補正されることによって，Ｅｏｕｔ２とされる。Ｐ１２での応答遅れ補正は，外部ＥＧＲガスが，ＥＧＲ通路１６の吸気通路１１への開口端から吸気通路１１，吸気ポート４へ経て燃焼室３に至るまでの吸気経路長さに起因する応答遅れの補正である。Ｐ１３では，上記ＥｉｎとＥｏｕｔ２とを加算することによって，燃焼室３内に存在する総既燃量Ｅｔが演算される。
【００２６】
Ｐ７においては，Ｐ６で決定された目標トルクＰｉを実現するための目標燃料噴射量が演算されるが，この目標燃料噴射量は，Ｐ１３で得られた総既燃量Ｅｔによって補正される。すなわち，総既燃量が大きいほど，目標燃料噴射量が増大されるように補正される。Ｐ７の後は，Ｐ８において，目標空気量と目標空燃比とが演算され，その後Ｐ９において，目標空気量を実現するための目標スロットル開度が演算される。勿論，Ｐ９で演算された目標スロットル開度となるようにスロットル弁１２の開度が制御され，Ｐ７で演算された目標燃料噴射量となるように燃料噴射弁９からの燃料噴射が実行される。
【００２７】
図５，図６は，上述した制御ユニットＵの制御内容をより詳細に示すものであり，以下このフローチャートについて説明する。なお，以下の説明でＱはステップを示す。また，以下の説明では，アイドル運転時以外のときを前提としており，このため，図４のプロセスＰ２およびＰ４に対応する制御部分については省略してある。以上のことを前提として，図５のＱ１において，ここに記載されている各種データ（各種センサからの信号）が読み込まれる。次いで，Ｑ２において，エンジン回転数Ｎと，車速Ｓと，アクセル開度θaとに基づいて，運転者の要求する要求トルクＰｅが演算される（図４のＰ１対応）。次いで，Ｑ３において，機械抵抗とポンピングロスと補器類駆動抵抗とを加算した損失トルクＰｆが演算される（図４のＰ３対応）。この後，Ｑ４において，要求トルクＰｅと損失トルクＰｆとを加算して，目標トルクＰｉが決定される（図４のＰ５，Ｐ６対応）。
【００２８】
Ｑ５では，内部ＥＧＲ量（既燃ガスと新気となる未燃ガスとを含む総内部ＥＧＲ量）ＥＩが演算される。この内部ＥＧＲ量ＥＩは適宜の既知の手法により決定することができ，例えば，排気圧（例えば吸気量Ａｍと実燃料噴射量とに基づいて演算してもよいが，別途センサによって検出してもよい）を決定して，この排気圧と，吸気圧Ａｐと，吸・排気弁のカム位置から得られる開弁時期のオーバラップ量と，エンジン回転数Ｎと，吸気量Ａｍとに基づいて演算することができる。次いで，Ｑ６において，外部ＥＧＲ量（既燃ガスと新気となる未燃ガスとを含む総外部ＥＧＲ量）ＥＯが演算される。この外部ＥＧＲ量ＥＯは適宜の既知の手法により決定することができ，例えば，前述のように決定された排気圧と，吸気圧Ａｐと，ＥＧＲ弁１７の開度θｅとに基づいて演算することができる。
【００２９】
Ｑ６の後，Ｑ７において，後述するように，排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率αが推定される。この後，推定された排気ガス新気率αに基づいて，Ｑ８において内部ＥＧＲ新気率（内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合）αｉｎが決定され，Ｑ９において外部ＥＧＲ新気率（外部ＥＧＲガス中に示す未燃焼ガスの割合）αｏｕｔが決定される。このＱ７〜Ｑ９の詳細については後述する。
【００３０】
Ｑ９の後，Ｑ１０において，内部ＥＧＲ量ＥＩと内部ＥＧＲ新気率αｉｎとをここに示す式に照合することによって，内部ＥＧＲガス中における既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎが推定される（図４のＰ１１対応）。また，Ｑ１１において，外部ＥＧＲ量ＥＯと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとをここに示す式に照合することによって，外部ＥＧＲガス中における既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔが推定される（図４のＰ１０対応）。この後，Ｑ１２において，外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを遅れ補正することによって，Ｅｏｕｔ２が決定される（図４のＰ１２対応）。そして，Ｑ１３において，ＥｉｎとＥｏｕｔ２とを加算することによって，燃焼室３に存在する総既燃量Ｅｔが決定される（図４のＰ１３対応）。
【００３１】
Ｑ１３の後は，図６のＱ２１に移行して，図２のマップを参照して，成層燃焼を行う運転領域であるか否かが判別される。このＱ２１の判別でＮＯのとき，つまり均質燃焼を行う運転領域であるときは，Ｑ２２〜Ｑ２７の処理が行われる。すなわち，均質燃焼のときは，前述のように，目標空燃比が理論空燃比あるいはその付近の空燃比に設定され，吸気行程での燃料噴射とされ，吸気が渦流とならないようにされ（コントロール弁１３が図１の状態），目標トルクの実現は主として吸入空気量でコントロールする運転状態とされる。このような制御を行うため，まず，Ｑ２２において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉと総既燃量Ｅｔとに基づいて，基本目標燃料噴射量Ｔｅが演算される。この場合，総既燃量Ｅｔは補正用パラメータとして機能するもので，基本パラメータとなるエンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとが同じ値であっても，総既燃量Ｅｔが大きいほど基本目標燃料噴射量Ｔｅが大きくなるように決定される。
【００３２】
Ｑ２２の後は，Ｑ２３において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとに基づいて（例えばマップ照合），目標空燃比Ａ／Ｆが決定される（（例えば図示を略すマップから目標空燃比を決定）。次いでＱ２４において，目標空燃比Ａ／Ｆを実現するために必要な目標空気量が，エンジン回転数ＮとＱ２２で決定された基本燃料噴射量ＴｅとＱ２３で決定された目標Ａ／Ｆとに基づいて決定される。この後，Ｑ２５において，上記目標空気量を実現するために必要な目標スロットル開度が，エンジン回転数Ｎと吸気圧ＡｐとＱ２４で決定された目標空気量とから決定される。さらに，Ｑ２６において，エンジン回転数Ｎと吸気量Ａｍと目標空燃比Ａ／Ｆとから，最終的な目標燃料噴射量が演算される。そして，Ｑ２７において，Ｑ２６で決定された目標燃料噴射量でもって吸気行程において燃料噴射弁９から燃料噴射が実行され，Ｑ２５で決定された目標スロットル開度となるようにスロットル弁１２の開度が制御され，コントロール弁１３吸気の渦流を生成しない図１の状態に制御される。
【００３３】
前記Ｑ２１の判別でＹＥＳのときは，成層燃焼を行うときである。成層燃焼を行うときは，前述のように，空燃比は理論空燃比よりもリーンとされ（均質燃焼の場合よりも十分にリーンに設定），燃料噴射が圧縮行程で実行され，コントロール弁１３を図１の状態から変化させて吸気の渦流を生成する状態とされ，目標トルクの実現は主として燃料噴射量でコントロールされることになる。このため，まずＱ２８において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉと総既燃量Ｅｔとに基づいて，最終的な目標燃料噴射量が演算される。この場合，総既燃量Ｅｔは補正用パラメータとして機能するもので，基本パラメータとなるエンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとが同じ値であっても，総既燃量Ｅｔが大きいほど目標燃料噴射量が大きくなるように決定される。次いで，Ｑ２９において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとに基づいて，目標空気量が演算される。この後，Ｑ３０において，エンジン回転数Ｎと吸気圧Ａｐと目標空気量とに基づいて，目標スロットル開度が演算される（燃料噴射量でトルク制御を行うために，目標スロットル開度はほぼ全開付近の値に決定される）。そして，Ｑ３１において，Ｑ２８で決定された目標燃料噴射量が燃料噴射弁９から圧縮行程において噴射され，スロットル弁１２の開度がＱ３０で決定された目標スロットル開度となるように制御され，コントロール弁１３が吸気の渦流を生成する状態とされる。なお，上記Ｑ２８〜Ｑ３０が，図４のＰ７〜Ｐ９に対応している。
【００３４】
次に，前述した図５のＱ７〜Ｑ９の詳細，つまり排気ガス新気率αと，内部ＥＧＲ新気率αｉｎと，外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとを推定する手法について，図７，図８を参照しつつ説明する。まず，図７（ａ）は，燃焼室に供給される質量を未燃分と既燃分とに分けて示すものである。すなわち，燃焼直前に燃焼室３に供給される総質量は，燃料量Ｆと，スロットル弁１２を通過した吸入空気量と，内部ＥＧＲ量と，外部ＥＧＲ量となるが，内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量とは，過去に燃焼された既燃ガス量を含むものとなっている。この（ａ）の状態で燃焼が行われると，燃料量Ｆとこの燃料量Ｆを完全燃焼させるのに要した吸入空気量（Ｆ×１４．７）とが今回の燃焼で生じた新たな既燃量となり，ＥＧＲガス中に含まれる既燃量との合計値が，今回の燃焼で生じた排気ガス中に含まれる総既燃量となる。
【００３５】
図７（ｂ）には，上記燃焼によって排気ガスが形成されて，その一部が外部ＥＧＲ量となり，その一部が内部ＥＧＲ量となり，残りが排気通路１５より大気へ開放される様子を示す。燃焼によって生じた排気ガスは，その後上述のように内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量，大気開放される排気ガス量として分かれるが，燃焼室３付近ではその濃度は互いに等しいものとなる。つまり，燃焼室３から排出される排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率をαとしたとき，ＥＧＲ通路１６内に導入される外部ＥＧＲガスの新気率もαとなり，燃焼室３に残留する内部ＥＧＲガスの新気率もαとなる。
【００３６】
ただし，燃焼室３に残留する内部ＥＧＲガスは，１サイクル後（次回）の燃焼に用いられる一方，外部ＥＧＲガスは，長いＥＧＲ通路１６を通過することの遅れと，ＥＧＲ弁１７を開度変化させたときの応答遅れ（無駄時間＋１次遅れ）分だけ遅れることになり，この遅れは，１サイクル以上となるのが通常である（１サイクル以上遅れて燃焼室３に還流される）。つまり図８に示すように，排気ガス新気率αを１サイクル遅れ補正することによって，内部ＥＧＲガスの新気率αｉｎとされる。これに対して，排気ガス新気率αを１サイクル以上遅れ補正することによって，外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとされる。上述の説明からも明らかなように，図５のＱ８，Ｑ９で演算される新気率αｉｎ，αｏｕｔは，それぞれ後のサイクルに用いるためのもので，演算された各新気率αｉｎ，αｏｕｔは一旦記憶されることになる。そして図５のＱ１０，Ｑ１１で用いる各新気率αｉｎ，αｏｕｔは，上記記憶されている過去の値の中から選択されることになる（αｉｎについては１サイクル前の値で，αｏｕｔについては１サイクル以上前の値）。
【００３７】
前記排気ガス新気率α（０≦α≦１）は，「総新気量−１４．７×実燃料噴射量」を，「総新気量＋外部ＥＧＲ既燃量＋内部ＥＧＲ既燃量＋実燃料噴射量」で除した値として求められる。なお，演算の初期には，内部ＥＧＲ既燃量および外部ＥＧＲ既燃量に適宜の初期値（例えば零）を与えればよい。なお，総新気量は，スロットル弁１２を通過した吸入空気量と，外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲに含まれる総未燃焼ガス量との合計値である。なお，内部ＥＧＲガスの中で既燃ガスの占める割合は，「１−αｉｎ」であり，外部ＥＧＲガスの中で未燃焼ガスの占める割合は「１−αｏｕｔ」となる。
【００３８】
図９は，前述して得られた新気率αｉｎ，αｏｕｔ，内部ＥＧＲ量ＥＩ，外部ＥＧＲ量ＥＯから，最終的に今回燃焼が行われる燃焼室３に存在する総既燃量ＥＴを求める手法をブロック図的に示すもので，図５のＱ１０〜Ｑ１３に対応したものである。
【００３９】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。本発明におけるＥＧＲ量推定手法は，燃料噴射量の補正に用いるのみならず，例えば点火時期の制御（既燃量が燃焼速度に影響を与えることを考慮してベストトルクが得られる点火時期となるようにする制御）や，ＥＧＲ量の増減制御等，種々のエンジン制御に利用できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】均質燃焼の運転領域と成層燃焼の運転領域の設定例を示す図。
【図３】吸・排気弁のオーバラップ量を変化させる例を示す図。
【図４】制御ユニットの制御例をブロック図的に示す図。
【図５】制御ユニットの制御例を詳細に示すフローチャート。
【図６】制御ユニットの制御例を詳細に示すフローチャート。
【図７】排気ガス新気率と外部ＥＧＲ新気率と内部ＥＧＲ新気率との関係を説明するための図。
【図８】排気ガス新気率から内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とを決定する手法をブロック図的に示す図。
【図９】今回燃焼が行われる燃焼室に存在する総既燃量を決定するまでの手法をブロック図的に示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１：エンジン
３：燃焼室
４：吸気ポート
５：吸気弁
６：排気ポート
７：排気弁
９：燃料噴射弁
１１：吸気通路
１２：スロットル弁
１３：コントロール弁
１５：排気通路
１６：ＥＧＲ通路
１７：ＥＧＲ弁
２１：カムシャフト（吸気弁用）
２２：カムシャフト（排気弁用）
２３：プーリ（吸気弁位相変更用）
２４：プーリ（排気弁位相変更用）
Ｕ：制御ユニット
ＥＩ：内部ＥＧＲ量（総量）
Ｅｏ：外部ＥＧＲ量（総量）
α：排気ガス新気率
αｉｎ：内部ＥＧＲ新気率
αｏｕｔ：外部ＥＧＲ新気率
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのＥＧＲ量推定方法およびエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のエンジン，特に自動車用エンジンにおいては，外部ＥＧＲと呼ばれるように，吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を別途設けて，このＥＧＲ通路を介して排気ガスの一部を吸気通路つまり燃焼室に還流させることが行われており，ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度を変更することにより外部ＥＧＲ量が変更される。この一方，排気ガスの一部は燃焼室に残留することとなり，この燃焼室への残留排気ガスが内部ＥＧＲとして機能することになる。このように，燃焼室には，内部ＥＧＲによる内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲによる外部ＥＧＲガスとが混在した状態で，燃焼が行われることになる。
【０００３】
ＥＧＲガスは，高温でかつ燃焼抑制作用があること等から，エンジンの燃焼状態に大きな影響を与えることになる。このため，燃焼室に存在するＥＧＲ量を精度よく求めることが，燃焼制御を精度よく行う等の上で重要となる。特許文献１には，排気弁の閉時期を可変制御するエンジンにおいて，吸気弁と排気弁との開弁時期とがオーバラップするオーバラップ期間に応じて内部ＥＧＲ量が変化することから，エンジン回転数に加えて，吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とに基づいて，内部ＥＧＲ量を精度良く求める（推定する）ことが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼室に存在（供給）される外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量そのものを精度良く求めることが従来から種々提案されており，したがって，これらの合計値である総ＥＧＲ量も精度よく求めることは可能である。しかしながら，実際に燃焼に影響を与える要因としては，ＥＧＲガス中の既燃ガスであり，したがって，ＥＧＲ量が同じであっても既燃ガス量が相違すれば燃焼状態が変化することになる。
【０００５】
一方，エンジンの中には，エンジンの運転状態に基づいて要求トルクを決定して，この要求トルクを実現するように燃料噴射量を制御することが行われている。このようなエンジンにおいて，同じ燃料噴射量であっても，燃焼室に存在する総既燃量が相違すると，エンジンが実際に発生するトルクが微妙に相違することになり，要求トルクを精度よく実現する上で問題となる。
【０００６】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、燃焼室に存在する既燃ガス量を精度よく求めることができるようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は，上記推定方法を利用して要求トルクを精度よく実現できるようにしたエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記第１の目的を達成するため、本発明におけるエンジンのＥＧＲ量推定方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを行うようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法であって，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量を推定する第１ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量を推定する第２ステップと，
前記推定された内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とに基づいて，燃焼室に存在する総既燃量を決定する第３ステップと，
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば，内部ＥＧＲガス中に占める既燃量と，外部ＥＧＲガス中に占める既燃量とを別々に求めることにより，燃焼室に存在する総既燃量を精度よく求める（推定する）ことができる。
【０００８】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項６に記載のとおりである。すなわち，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す内部ＥＧＲ新気率を推定する第４ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す外部ＥＧＲ新気率を推定する第５ステップと，
を備え，
前記第１ステップでは，内部ＥＧＲ量と前記推定された内部ＥＧＲ新気率とに基づいて内部ＥＧＲ既燃量を推定し，
前記第２ステップでは，外部ＥＧＲ量と前記推定された外部ＥＧＲ新気率とに基づいて外部ＥＧＲ既燃量を推定する，
ようにすることができる（請求項２対応）。この場合、ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合となる新気率を用いて，内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とを求める（推定する）ことができる。
【０００９】
排気ガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す排気ガス新気率を推定する第６ステップをさらに有し，
前記内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とがそれぞれ，前記推定された排気ガス新気率を遅れ補正することによって決定される，
ようにすることができる（請求項３対応）。この場合、燃焼直後において，燃焼室から排出される排気ガスの新気率と，燃焼室に残留される排気ガスの新気率とは同じである一方，内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとでは排気ガスが燃焼室に供給される遅れタイミングが相違することになる。そして，この遅れタイミングの相違を個別に遅れ補正することによって補償して，内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とを精度よく決定して，内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とを精度よく決定（推定）することができる。
【００１０】
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル分だけ遅れ補正することによって，今回の内部ＥＧＲ新気率が決定され，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル以上分だけ遅れ補正することによって，今回の外部ＥＧＲ新気率が決定される，
ようにすることができる（請求項４対応）。この場合、遅れ補正のより具体的な手法が提供される。
【００１１】
前記外部ＥＧＲ新気率を決定する遅れ補正が，外部ＥＧＲガスが前記外部ＥＧＲ通路を流れる間の応答遅れと，該外部ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度変化に伴う応答遅れとを含むように行われる，ようにすることができる（請求項５対応）。この場合、外部ＥＧＲガスが燃焼室に供給されるまでに生じる遅れの主要因となる排気ガスが外部ＥＧＲ通路を流れる応答遅れと，ＥＧＲ弁の開度変化に起因する応答遅れとを勘案して，外部ＥＧＲ新気率を精度よく決定する上で好ましいものとなる。
【００１２】
前記外部ＥＧＲ既燃量を，前記ＥＧＲ通路の吸気通路への開口端から燃焼室までの吸気通路を流れる間の応答遅れ補正する第７ステップをさらに有し，
前記総既燃量を決定する際に用いる外部ＥＧＲ既燃量として，前記第７ステップで遅れ補正された後の値が用いられる，ようにすることができる（請求項６対応）。この場合、外部ＥＧＲガスが吸気通路を流れる応答遅れを補正して，燃焼室に供給される外部ＥＧＲ既燃量をより精度よく決定する上で好ましいものとなる。
【００１３】
前記第２の目的を達成するため、本発明におけるエンジンの制御装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項７に記載のように、
エンジンの運転状態に基づいて運転者が要求する目標トルクを決定して，該決定された目標トルクに応じて目標燃料噴射量を決定するようにしたエンジンの制御装置において，
前記目標トルクが同じであっても，請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載されたエンジンのＥＧＲ量推定方法を用いて推定された総ＥＧＲ既燃量が大きいときは小さいときに比して，前記目標燃料噴射量が大きくなるように補正する燃料噴射量補正手段を備えている，
ようにしてある。上記解決手法によれば，燃焼室に実際に存在する総既燃量を精度よく反映した燃料噴射量の補正が行われて，要求トルクを精度よく実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるエンジンのＥＧＲ量推定方法によれば，燃焼室に存在する総既燃量を精度よく推定することができる。また，本発明によるエンジンの制御装置によれば，要求トルクを精度よく実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において，１はエンジン（エンジン本体）であり，往復動されるピストン２によって燃焼室３の容積が変化される往復動型とされている。４は吸気ポート，５は吸気ポート４を開閉する吸気弁，６は排気ポート，７は排気ポート６を開閉する排気弁である。８は燃焼室３の略中心に設けられた点火プラグであり，９は点火プラグ８付近に向けて燃焼室３内に直接燃料噴射を行う燃料噴射弁である。
【００１６】
吸気ポート４に連なる吸気通路１１には，その上流側から下流側へ順次，スロットル弁１２，コントロール弁１３が配設されている。スロットル弁１２，コントロール弁１３はそれぞれ，図示を略すアクチュエータによって駆動されるようになっている。コントロール弁１３は，その吸気ポート４を流れる吸入空気の流れ状態を変更させるもので，均質燃焼（燃料と吸入空気とが十分に混合された状態での燃焼）を行う場合は図示の状態とされて，吸入空気が吸気ポート４の全断面積にほぼ均一に流れて，燃焼室３に噴射された燃料に対して吸入空気が十分に混合される。この状態からコントロール弁１３を駆動してその姿勢を変更することによって，吸入空気は吸気ポート４を偏向して流れて，点火プラグ８付近に噴射された燃料が点火プラグ８付近に留まるような成層燃焼を行うのに好適な吸気供給状態とされる（吸気ポート４を，例えばスワールポートとして，燃焼室３内で吸気の流れが旋回されるように設定することもできる）。
【００１７】
図２には，均質燃焼を行う運転領域と，成層燃焼を行う運転領域との設定例が示される。図２の例では，エンジン回転数と目標トルク（エンジン負荷に相当）とをパラメータとして，低回転・低負荷領域で成層燃焼が行われ，高回転あるいは高負荷領域では均質燃焼が行われるようになっている。なお，均質燃焼と成層燃焼との切替ハンチング防止のために，切替特性線が，図２実線と波線との２種類設定されていて，実線が成層燃焼から均質燃焼への切替用であり，波線が均質燃焼から成層燃焼への切替用である。
【００１８】
均質燃焼のときは，目標空燃比が理論空燃比あるいはその付近の空燃比とされ，吸気行程での燃料噴射とされ，吸気が渦流とならないようにされ（コントロール弁１３が図１の状態），目標トルクの実現は主として吸入空気量でコントロールする運転状態とされる。この一方，成層燃焼を行うときは，空燃比は理論空燃比よりもリーンとされ（均質燃焼の場合よりも十分にリーンとされる），燃料噴射が圧縮行程で実行され，コントロール弁１３を図１の状態から変化させて吸気の渦流を生成する状態とされ，目標トルクの実現は主として燃料噴射量でコントロールされることになる。
【００１９】
図１において，排気ポート６に連なる排気通路１５には，ＥＧＲ通路１６の上流端が接続され，ＥＧＲ通路１６の下流端が，スロットル弁１２とコントロール弁１３との間において吸気通路１１に接続されている。ＥＧＲ通路１６には，ＥＧＲ弁１７が接続されている。このＥＧＲ弁１７の開度を変更することにより，ＥＧＲ通路１６を通して吸気通路１１に還流される排気ガス量つまり外部ＥＧＲ量が変更される。
【００２０】
前述した吸気弁５を開閉するための吸気弁用カムシャフト２１は，これに取付けたプーリ２２を介してクランク軸によって回転駆動される。また，排気弁７を開閉するための排気弁用カムシャフト２３は，これに取付けたプーリ２４を介してクランク軸によって回転駆動される。上記各プーリ２２，２４は，それぞれクランク軸に対する回転位相が変更可能とされており，このプーリ２２，２４のクランク軸に対する回転位相の変更によって，吸気弁５の開閉時期と排気弁７の開閉時期とが個々に変更可能となっている（可変バルブタイミング）。したがって，吸気弁５と排気弁７とが共に開いたオーバラップ量（期間）が変更可能となっている。
【００２１】
吸気弁５と排気弁７とが共に開いたオーバラップ量の変更は例えば図３のように切替えられる。すなわち，エンジン回転数と目標トルク（エンジン負荷に相当）とをパラメータとして，中回転・中負荷域のときにオーバラップ量が大とされて，内部ＥＧＲ量を増大させて，燃費向上が図られる。また，中回転・高負荷域のときにオーバラップ量が中とされて，燃費向上と燃焼安定性と出力確保とのバランスが図られる。その他の領域ではオーバラップ量が小とされるが，特に低回転・低負荷域のときには内部ＥＧＲ量を抑制して燃焼安定性が向上される一方，高回転域では排気弁７の開弁時期の早期化による排気効率向上と，吸気弁５の閉弁時期の遅延による充・効率向上とにより，出力向上が図られる。
【００２２】
図１において，Ｕはマイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニット（コントローラ）である。この制御ユニットＵによって，スロットル弁１２の制御と，コントロール弁１３の制御と，ＥＧＲ弁１７の制御と，各プーリ２２，２３の制御（位相変更制御）とが行われる他，点火プラグ８の点火時期制御や，燃料噴射弁９からの燃料噴射制御をも行われる。
【００２３】
制御ユニットＵには，各種センサＳ１〜Ｓ１０からの信号が入力される（一部のセンサについてのみその配設位置をも示してある）。センサＳ１は，吸入空気量センサで，スロットル弁１２上流側において吸入空気量を検出する。センサＳ２は，吸気温度センサで，スロットル弁１２の上流側において吸気温度を検出する。センサＳ３は，吸気圧センサで，ＥＧＲ通路１６の吸気通路１１への開口端よりも下流側において吸気圧力を検出する。センサＳ４は，水温センサで，エンジン１の冷却水温度を検出する。センサＳ５は，回転数センサで，エンジン回転数を検出する。センサＳ６は，車速センサであり，車速を検出する。センサＳ７は，アクセル開度センサで，アクセル開度を検出する。センサＳ８は，カムセンサで，吸気弁用プーリ２２の回転位相位置（カム位置）を検出する。センサＳ９は，カムセンサで，排気弁用プーリ２４の回転位相位置（カム位置）を検出する。センサＳ１０は，開度センサで，ＥＧＲ弁１７の開度を検出する。
【００２４】
次に，図４を参照しつつ，制御ユニットＵによって実行される制御内容の概要について説明する。なお，以下の説明でＰ１〜Ｐは制御ユニットＵの制御内容をブロック図的に示すプロセス（演算回路）であり，成層燃焼を行う場合を前提にしてある。まず，Ｐ１において，エンジン１の運転状態に基づいて運転者の要求トルクＰｅが演算される。また，Ｐ２においてアイドル運転に必要なＩＳＣトルクが演算され，Ｐ３において，補器類駆動抵抗や各種機械抵抗となる損失トルクＰｆが演算される。上記要求トルクＰｅに対して，アイドル時にのみＰ４において上記ＩＳＣトルクが加算されると共に，Ｐ５において常に損失トルクＰｆが加算されて，Ｐ６での目標トルクＰｉが決定される。
【００２５】
一方，後述するように，Ｐ１０において外部ＥＧＲ量の中に含まれる既燃量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔが演算され，Ｐ１１において，内部ＥＧＲ量の中に含まれる既燃量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎが演算される。Ｐ１０で得られた外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔは，Ｐ１２において応答遅れ補正されることによって，Ｅｏｕｔ２とされる。Ｐ１２での応答遅れ補正は，外部ＥＧＲガスが，ＥＧＲ通路１６の吸気通路１１への開口端から吸気通路１１，吸気ポート４へ経て燃焼室３に至るまでの吸気経路長さに起因する応答遅れの補正である。Ｐ１３では，上記ＥｉｎとＥｏｕｔ２とを加算することによって，燃焼室３内に存在する総既燃量Ｅｔが演算される。
【００２６】
Ｐ７においては，Ｐ６で決定された目標トルクＰｉを実現するための目標燃料噴射量が演算されるが，この目標燃料噴射量は，Ｐ１３で得られた総既燃量Ｅｔによって補正される。すなわち，総既燃量が大きいほど，目標燃料噴射量が増大されるように補正される。Ｐ７の後は，Ｐ８において，目標空気量と目標空燃比とが演算され，その後Ｐ９において，目標空気量を実現するための目標スロットル開度が演算される。勿論，Ｐ９で演算された目標スロットル開度となるようにスロットル弁１２の開度が制御され，Ｐ７で演算された目標燃料噴射量となるように燃料噴射弁９からの燃料噴射が実行される。
【００２７】
図５，図６は，上述した制御ユニットＵの制御内容をより詳細に示すものであり，以下このフローチャートについて説明する。なお，以下の説明でＱはステップを示す。また，以下の説明では，アイドル運転時以外のときを前提としており，このため，図４のプロセスＰ２およびＰ４に対応する制御部分については省略してある。以上のことを前提として，図５のＱ１において，ここに記載されている各種データ（各種センサからの信号）が読み込まれる。次いで，Ｑ２において，エンジン回転数Ｎと，車速Ｓと，アクセル開度θaとに基づいて，運転者の要求する要求トルクＰｅが演算される（図４のＰ１対応）。次いで，Ｑ３において，機械抵抗とポンピングロスと補器類駆動抵抗とを加算した損失トルクＰｆが演算される（図４のＰ３対応）。この後，Ｑ４において，要求トルクＰｅと損失トルクＰｆとを加算して，目標トルクＰｉが決定される（図４のＰ５，Ｐ６対応）。
【００２８】
Ｑ５では，内部ＥＧＲ量（既燃ガスと新気となる未燃ガスとを含む総内部ＥＧＲ量）ＥＩが演算される。この内部ＥＧＲ量ＥＩは適宜の既知の手法により決定することができ，例えば，排気圧（例えば吸気量Ａｍと実燃料噴射量とに基づいて演算してもよいが，別途センサによって検出してもよい）を決定して，この排気圧と，吸気圧Ａｐと，吸・排気弁のカム位置から得られる開弁時期のオーバラップ量と，エンジン回転数Ｎと，吸気量Ａｍとに基づいて演算することができる。次いで，Ｑ６において，外部ＥＧＲ量（既燃ガスと新気となる未燃ガスとを含む総外部ＥＧＲ量）ＥＯが演算される。この外部ＥＧＲ量ＥＯは適宜の既知の手法により決定することができ，例えば，前述のように決定された排気圧と，吸気圧Ａｐと，ＥＧＲ弁１７の開度θｅとに基づいて演算することができる。
【００２９】
Ｑ６の後，Ｑ７において，後述するように，排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率αが推定される。この後，推定された排気ガス新気率αに基づいて，Ｑ８において内部ＥＧＲ新気率（内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合）αｉｎが決定され，Ｑ９において外部ＥＧＲ新気率（外部ＥＧＲガス中に示す未燃焼ガスの割合）αｏｕｔが決定される。このＱ７〜Ｑ９の詳細については後述する。
【００３０】
Ｑ９の後，Ｑ１０において，内部ＥＧＲ量ＥＩと内部ＥＧＲ新気率αｉｎとをここに示す式に照合することによって，内部ＥＧＲガス中における既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量Ｅｉｎが推定される（図４のＰ１１対応）。また，Ｑ１１において，外部ＥＧＲ量ＥＯと外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとをここに示す式に照合することによって，外部ＥＧＲガス中における既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔが推定される（図４のＰ１０対応）。この後，Ｑ１２において，外部ＥＧＲ既燃量Ｅｏｕｔを遅れ補正することによって，Ｅｏｕｔ２が決定される（図４のＰ１２対応）。そして，Ｑ１３において，ＥｉｎとＥｏｕｔ２とを加算することによって，燃焼室３に存在する総既燃量Ｅｔが決定される（図４のＰ１３対応）。
【００３１】
Ｑ１３の後は，図６のＱ２１に移行して，図２のマップを参照して，成層燃焼を行う運転領域であるか否かが判別される。このＱ２１の判別でＮＯのとき，つまり均質燃焼を行う運転領域であるときは，Ｑ２２〜Ｑ２７の処理が行われる。すなわち，均質燃焼のときは，前述のように，目標空燃比が理論空燃比あるいはその付近の空燃比に設定され，吸気行程での燃料噴射とされ，吸気が渦流とならないようにされ（コントロール弁１３が図１の状態），目標トルクの実現は主として吸入空気量でコントロールする運転状態とされる。このような制御を行うため，まず，Ｑ２２において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉと総既燃量Ｅｔとに基づいて，基本目標燃料噴射量Ｔｅが演算される。この場合，総既燃量Ｅｔは補正用パラメータとして機能するもので，基本パラメータとなるエンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとが同じ値であっても，総既燃量Ｅｔが大きいほど基本目標燃料噴射量Ｔｅが大きくなるように決定される。
【００３２】
Ｑ２２の後は，Ｑ２３において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとに基づいて（例えばマップ照合），目標空燃比Ａ／Ｆが決定される（（例えば図示を略すマップから目標空燃比を決定）。次いでＱ２４において，目標空燃比Ａ／Ｆを実現するために必要な目標空気量が，エンジン回転数ＮとＱ２２で決定された基本燃料噴射量ＴｅとＱ２３で決定された目標Ａ／Ｆとに基づいて決定される。この後，Ｑ２５において，上記目標空気量を実現するために必要な目標スロットル開度が，エンジン回転数Ｎと吸気圧ＡｐとＱ２４で決定された目標空気量とから決定される。さらに，Ｑ２６において，エンジン回転数Ｎと吸気量Ａｍと目標空燃比Ａ／Ｆとから，最終的な目標燃料噴射量が演算される。そして，Ｑ２７において，Ｑ２６で決定された目標燃料噴射量でもって吸気行程において燃料噴射弁９から燃料噴射が実行され，Ｑ２５で決定された目標スロットル開度となるようにスロットル弁１２の開度が制御され，コントロール弁１３吸気の渦流を生成しない図１の状態に制御される。
【００３３】
前記Ｑ２１の判別でＹＥＳのときは，成層燃焼を行うときである。成層燃焼を行うときは，前述のように，空燃比は理論空燃比よりもリーンとされ（均質燃焼の場合よりも十分にリーンに設定），燃料噴射が圧縮行程で実行され，コントロール弁１３を図１の状態から変化させて吸気の渦流を生成する状態とされ，目標トルクの実現は主として燃料噴射量でコントロールされることになる。このため，まずＱ２８において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉと総既燃量Ｅｔとに基づいて，最終的な目標燃料噴射量が演算される。この場合，総既燃量Ｅｔは補正用パラメータとして機能するもので，基本パラメータとなるエンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとが同じ値であっても，総既燃量Ｅｔが大きいほど目標燃料噴射量が大きくなるように決定される。次いで，Ｑ２９において，エンジン回転数Ｎと目標トルクＰｉとに基づいて，目標空気量が演算される。この後，Ｑ３０において，エンジン回転数Ｎと吸気圧Ａｐと目標空気量とに基づいて，目標スロットル開度が演算される（燃料噴射量でトルク制御を行うために，目標スロットル開度はほぼ全開付近の値に決定される）。そして，Ｑ３１において，Ｑ２８で決定された目標燃料噴射量が燃料噴射弁９から圧縮行程において噴射され，スロットル弁１２の開度がＱ３０で決定された目標スロットル開度となるように制御され，コントロール弁１３が吸気の渦流を生成する状態とされる。なお，上記Ｑ２８〜Ｑ３０が，図４のＰ７〜Ｐ９に対応している。
【００３４】
次に，前述した図５のＱ７〜Ｑ９の詳細，つまり排気ガス新気率αと，内部ＥＧＲ新気率αｉｎと，外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとを推定する手法について，図７，図８を参照しつつ説明する。まず，図７（ａ）は，燃焼室に供給される質量を未燃分と既燃分とに分けて示すものである。すなわち，燃焼直前に燃焼室３に供給される総質量は，燃料量Ｆと，スロットル弁１２を通過した吸入空気量と，内部ＥＧＲ量と，外部ＥＧＲ量となるが，内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量とは，過去に燃焼された既燃ガス量を含むものとなっている。この（ａ）の状態で燃焼が行われると，燃料量Ｆとこの燃料量Ｆを完全燃焼させるのに要した吸入空気量（Ｆ×１４．７）とが今回の燃焼で生じた新たな既燃量となり，ＥＧＲガス中に含まれる既燃量との合計値が，今回の燃焼で生じた排気ガス中に含まれる総既燃量となる。
【００３５】
図７（ｂ）には，上記燃焼によって排気ガスが形成されて，その一部が外部ＥＧＲ量となり，その一部が内部ＥＧＲ量となり，残りが排気通路１５より大気へ開放される様子を示す。燃焼によって生じた排気ガスは，その後上述のように内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量，大気開放される排気ガス量として分かれるが，燃焼室３付近ではその濃度は互いに等しいものとなる。つまり，燃焼室３から排出される排気ガス中に含まれる未燃焼ガスの割合となる排気ガス新気率をαとしたとき，ＥＧＲ通路１６内に導入される外部ＥＧＲガスの新気率もαとなり，燃焼室３に残留する内部ＥＧＲガスの新気率もαとなる。
【００３６】
ただし，燃焼室３に残留する内部ＥＧＲガスは，１サイクル後（次回）の燃焼に用いられる一方，外部ＥＧＲガスは，長いＥＧＲ通路１６を通過することの遅れと，ＥＧＲ弁１７を開度変化させたときの応答遅れ（無駄時間＋１次遅れ）分だけ遅れることになり，この遅れは，１サイクル以上となるのが通常である（１サイクル以上遅れて燃焼室３に還流される）。つまり図８に示すように，排気ガス新気率αを１サイクル遅れ補正することによって，内部ＥＧＲガスの新気率αｉｎとされる。これに対して，排気ガス新気率αを１サイクル以上遅れ補正することによって，外部ＥＧＲ新気率αｏｕｔとされる。上述の説明からも明らかなように，図５のＱ８，Ｑ９で演算される新気率αｉｎ，αｏｕｔは，それぞれ後のサイクルに用いるためのもので，演算された各新気率αｉｎ，αｏｕｔは一旦記憶されることになる。そして図５のＱ１０，Ｑ１１で用いる各新気率αｉｎ，αｏｕｔは，上記記憶されている過去の値の中から選択されることになる（αｉｎについては１サイクル前の値で，αｏｕｔについては１サイクル以上前の値）。
【００３７】
前記排気ガス新気率α（０≦α≦１）は，「総新気量−１４．７×実燃料噴射量」を，「総新気量＋外部ＥＧＲ既燃量＋内部ＥＧＲ既燃量＋実燃料噴射量」で除した値として求められる。なお，演算の初期には，内部ＥＧＲ既燃量および外部ＥＧＲ既燃量に適宜の初期値（例えば零）を与えればよい。なお，総新気量は，スロットル弁１２を通過した吸入空気量と，外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲに含まれる総未燃焼ガス量との合計値である。なお，内部ＥＧＲガスの中で既燃ガスの占める割合は，「１−αｉｎ」であり，外部ＥＧＲガスの中で未燃焼ガスの占める割合は「１−αｏｕｔ」となる。
【００３８】
図９は，前述して得られた新気率αｉｎ，αｏｕｔ，内部ＥＧＲ量ＥＩ，外部ＥＧＲ量ＥＯから，最終的に今回燃焼が行われる燃焼室３に存在する総既燃量ＥＴを求める手法をブロック図的に示すもので，図５のＱ１０〜Ｑ１３に対応したものである。
【００３９】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。本発明におけるＥＧＲ量推定手法は，燃料噴射量の補正に用いるのみならず，例えば点火時期の制御（既燃量が燃焼速度に影響を与えることを考慮してベストトルクが得られる点火時期となるようにする制御）や，ＥＧＲ量の増減制御等，種々のエンジン制御に利用できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】均質燃焼の運転領域と成層燃焼の運転領域の設定例を示す図。
【図３】吸・排気弁のオーバラップ量を変化させる例を示す図。
【図４】制御ユニットの制御例をブロック図的に示す図。
【図５】制御ユニットの制御例を詳細に示すフローチャート。
【図６】制御ユニットの制御例を詳細に示すフローチャート。
【図７】排気ガス新気率と外部ＥＧＲ新気率と内部ＥＧＲ新気率との関係を説明するための図。
【図８】排気ガス新気率から内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とを決定する手法をブロック図的に示す図。
【図９】今回燃焼が行われる燃焼室に存在する総既燃量を決定するまでの手法をブロック図的に示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１：エンジン
３：燃焼室
４：吸気ポート
５：吸気弁
６：排気ポート
７：排気弁
９：燃料噴射弁
１１：吸気通路
１２：スロットル弁
１３：コントロール弁
１５：排気通路
１６：ＥＧＲ通路
１７：ＥＧＲ弁
２１：カムシャフト（吸気弁用）
２２：カムシャフト（排気弁用）
２３：プーリ（吸気弁位相変更用）
２４：プーリ（排気弁位相変更用）
Ｕ：制御ユニット
ＥＩ：内部ＥＧＲ量（総量）
Ｅｏ：外部ＥＧＲ量（総量）
α：排気ガス新気率
αｉｎ：内部ＥＧＲ新気率
αｏｕｔ：外部ＥＧＲ新気率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを行うようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法であって，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量を推定する第１ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量を推定する第２ステップと，
前記推定された内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とに基づいて，燃焼室に存在する総既燃量を決定する第３ステップと，
を備えていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項２】
請求項１において，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す内部ＥＧＲ新気率を推定する第４ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す外部ＥＧＲ新気率を推定する第５ステップと，
を備え，
前記第１ステップでは，内部ＥＧＲ量と前記推定された内部ＥＧＲ新気率とに基づいて内部ＥＧＲ既燃量を推定し，
前記第２ステップでは，外部ＥＧＲ量と前記推定された外部ＥＧＲ新気率とに基づいて外部ＥＧＲ既燃量を推定する，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項３】
請求項２において，
排気ガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す排気ガス新気率を推定する第６ステップをさらに有し，
前記内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とがそれぞれ，前記推定された排気ガス新気率を遅れ補正することによって決定される，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項４】
請求項３において，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル分だけ遅れ補正することによって，今回の内部ＥＧＲ新気率が決定され，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル以上分だけ遅れ補正することによって，今回の外部ＥＧＲ新気率が決定される，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項５】
請求項４において，
前記外部ＥＧＲ新気率を決定する遅れ補正が，外部ＥＧＲガスが前記外部ＥＧＲ通路を流れる間の応答遅れと，該外部ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度変化に伴う応答遅れとを含むように行われる，ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項６】
請求項２〜請求項５のいずれか１項において，
前記外部ＥＧＲ既燃量を，前記ＥＧＲ通路の吸気通路への開口端から燃焼室までの吸気通路を流れる間の応答遅れ補正する第７ステップをさらに有し，
前記総既燃量を決定する際に用いる外部ＥＧＲ既燃量として，前記第７ステップで遅れ補正された後の値が用いられる，ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項７】
エンジンの運転状態に基づいて運転者が要求する目標トルクを決定して，該決定された目標トルクに応じて目標燃料噴射量を決定するようにしたエンジンの制御装置において，
前記目標トルクが同じであっても，請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載されたエンジンのＥＧＲ量推定方法を用いて推定された総ＥＧＲ既燃量が大きいときは小さいときに比して，前記目標燃料噴射量が大きくなるように補正する燃料噴射量補正手段を備えている，
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１】
排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを行うようにしたエンジンのＥＧＲ量推定方法であって，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる内部ＥＧＲ既燃量を推定する第１ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める既燃ガス量となる外部ＥＧＲ既燃量を推定する第２ステップと，
前記推定された内部ＥＧＲ既燃量と外部ＥＧＲ既燃量とに基づいて，燃焼室に存在する総既燃量を決定する第３ステップと，
を備えていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項２】
請求項１において，
燃焼室に残留する内部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す内部ＥＧＲ新気率を推定する第４ステップと，
吸気通路に還流される外部ＥＧＲガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す外部ＥＧＲ新気率を推定する第５ステップと，
を備え，
前記第１ステップでは，内部ＥＧＲ量と前記推定された内部ＥＧＲ新気率とに基づいて内部ＥＧＲ既燃量を推定し，
前記第２ステップでは，外部ＥＧＲ量と前記推定された外部ＥＧＲ新気率とに基づいて外部ＥＧＲ既燃量を推定する，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項３】
請求項２において，
排気ガス中に占める未燃焼ガスの割合を示す排気ガス新気率を推定する第６ステップをさらに有し，
前記内部ＥＧＲ新気率と外部ＥＧＲ新気率とがそれぞれ，前記推定された排気ガス新気率を遅れ補正することによって決定される，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項４】
請求項３において，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル分だけ遅れ補正することによって，今回の内部ＥＧＲ新気率が決定され，
今回推定された排気ガス新気率を１サイクル以上分だけ遅れ補正することによって，今回の外部ＥＧＲ新気率が決定される，
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項５】
請求項４において，
前記外部ＥＧＲ新気率を決定する遅れ補正が，外部ＥＧＲガスが前記外部ＥＧＲ通路を流れる間の応答遅れと，該外部ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の開度変化に伴う応答遅れとを含むように行われる，ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項６】
請求項２〜請求項５のいずれか１項において，
前記外部ＥＧＲ既燃量を，前記ＥＧＲ通路の吸気通路への開口端から燃焼室までの吸気通路を流れる間の応答遅れ補正する第７ステップをさらに有し，
前記総既燃量を決定する際に用いる外部ＥＧＲ既燃量として，前記第７ステップで遅れ補正された後の値が用いられる，ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ量推定方法。
【請求項７】
エンジンの運転状態に基づいて運転者が要求する目標トルクを決定して，該決定された目標トルクに応じて目標燃料噴射量を決定するようにしたエンジンの制御装置において，
前記目標トルクが同じであっても，請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載されたエンジンのＥＧＲ量推定方法を用いて推定された総ＥＧＲ既燃量が大きいときは小さいときに比して，前記目標燃料噴射量が大きくなるように補正する燃料噴射量補正手段を備えている，
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２０７５０４（Ｐ２００６−２０７５０４Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２０９９（Ｐ２００５−２２０９９）
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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