JP2017180438A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部ＥＧＲの実行を適切に制御して外部ＥＧＲのハンチングの発生を抑制する。
【解決手段】ＥＧＲバルブ（67）よりも排気通路（7）側での排気の圧力をＰ_ｅｘ、外部ＥＧＲによって還流される排気と混合された状態の吸気の圧力をＰ_ｉｎ、外部ＥＧＲによって還流される排気の分圧の目標値をＰｔ_ｅｘ、外部ＥＧＲを実行しているときにエンジン（1）の気筒（13）内に吸入される吸気の圧力のうちの排気の分圧をＰｒ_ｅｘとしたとき、Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）とＰ_ｅｘとの圧力比に基づいて、外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止する。
【選択図】図５

Description

ここに開示された技術は、吸気通路と排気通路とを接続する排気再循環通路を介して排気の一部を吸気に還流させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation、以下、「ＥＧＲ」と称する）、いわゆる外部ＥＧＲが行われるエンジンの制御装置に関する。

この種のエンジンでは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられ、このＥＧＲバルブの開度をエンジンの運転状態、例えばエンジン回転数やエンジン負荷などに応じて調節することにより、吸気通路に還流される排気の還流量（以下、「ＥＧＲ流量」と称する）が制御される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６３９５３号公報

上記のようなエンジンでは、ＥＧＲバルブの上流側の圧力であるＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブの下流側の圧力であるＥＧＲバルブ下流圧力との差圧が小さくなるほど、つまりはＥＧＲバルブ上流圧力に対するＥＧＲバルブ下流圧力の圧力比が１に近づくほど、ＥＧＲバルブの開度調節によるＥＧＲ流量の制御性が悪化する。このため、ＥＧＲバルブ下流圧力に対するＥＧＲバルブ上流圧力の圧力比が所定の基準値よりも小さい場合には外部ＥＧＲの実行を禁止し、当該圧力比が所定の基準値よりも大きい場合のみに外部ＥＧＲの実行を許可することが考えられる。

しかし、そうした外部ＥＧＲの実行制御では、外部ＥＧＲを行っているときに当該外部ＥＧＲの実行が禁止されると、外部ＥＧＲを停止させるためにＥＧＲバルブが全閉して、還流されていた排気の圧力分が吸気圧から差し引かれる。このため、吸気圧に対する排気圧の圧力比が急に大きくなり所定の設定値を直ぐに超え、外部ＥＧＲの実行が再び許可されて、外部ＥＧＲが停止後早々に再開される。外部ＥＧＲが再開されると、当該排気圧の圧力比がまた所定の設定値よりも小さくなって、外部ＥＧＲの実行が禁止される。こうして、外部ＥＧＲの制御において実行と停止を短い周期で繰り返すハンチングが発生するおそれがある。

外部ＥＧＲにハンチングが発生すると、エンジンの運転制御がその影響を受けて不安定になることが懸念される。外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのを防止するには、外部ＥＧＲの実行について許可した状態と禁止した状態とを切り替える上記の基準値に一定の幅、いわゆるヒステリシスを持たせることが考えられる。こうしたハンチング対策では、外部ＥＧＲの実行を許可している状態から禁止するか否かを判断する基準値である禁止基準値を、外部ＥＧＲの実行を禁止している状態から許可するか否かを判断する基準値である許可基準値よりも高くし、これら許可基準値と禁止基準値との差（ヒステリシス幅）を、ＥＧＲバルブの最大開度を考慮して比較的大きく設定する必要がある。

けれどもそうすると、エンジンの運転状態によっては、ＥＧＲ流量の制御性がさほど悪くならないのに、外部ＥＧＲを行えなくなる事態に陥ることがある。例えば、要求されるＥＧＲ流量を実現するのに必要なＥＧＲバルブの開度が小さく、外部ＥＧＲを実行してもＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力との差圧変化が小さい場合などに、そうした事態に陥る。したがって、外部ＥＧＲの実行が許可されるエンジンの運転状態が限られてしまい、その結果、外部ＥＧＲの実行により改善していたエミッション性能や燃費が低下し兼ねない。

ここに開示された技術は、斯かる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、外部ＥＧＲの実行を適切に制御して外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのを抑制することにある。

上記の目的を達成するために、ここに開示された技術では、ＥＧＲバルブの開度を調節したときのＥＧＲバルブ下流圧力の変化を見越して外部ＥＧＲの実行を制御するようにした。

具体的には、ここに開示された技術は、排気通路に排出された排気を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流通する排気の還流量、すなわちＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブとを備え、ＥＧＲバルブを開くことにより排気の一部をＥＧＲ通路を通じて再循環させる外部ＥＧＲが行われるエンジンの制御装置を対象とする。

このエンジンの制御装置は、ＥＧＲバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、外部ＥＧＲによって還流される排気の分圧の目標値である目標排気分圧を算出する目標排気分圧算出部と、外部ＥＧＲを実行しているときにエンジンの気筒内に吸入される吸気の圧力のうちの排気の分圧である実排気分圧を算出する実排気分圧算出部とを備える。そして、バルブ制御部は、ＥＧＲバルブよりも排気通路側での排気の圧力をＰ_ｅｘ、外部ＥＧＲによって還流される排気と混合された状態の吸気の圧力をＰ_ｉｎ、目標排気分圧をＰｔ_ｅｘ、実排気分圧をＰｒ_ｅｘとしたとき、Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）とＰ_ｅｘとの圧力比に基づいて、外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止する。

この構成によると、目標排気分圧を見込んだＥＧＲバルブ下流圧力の要素Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）、つまり目標排気分圧の実現に向けてＥＧＲバルブの開度を調節したときの圧力変化を見越したＥＧＲバルブ下流圧力の予測値と、ＥＧＲバルブ上流圧力の要素Ｐ_ｅｘとの比に基づいて、外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止するようにしたので、これらＥＧＲバルブ上流圧力の予測値とＥＧＲバルブ下流圧力との圧力比が外部ＥＧＲの実行制御にハンチングを起こす関係にあるときには、外部ＥＧＲの実行について許可した状態と禁止した状態とを切り替えないでおくことができる。

それによって、外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのを抑制できる。また、要求されるＥＧＲ流量を実現するのに必要なＥＧＲバルブの開度が小さく、外部ＥＧＲを実行してもＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力との差圧変化が小さい場合など、外部ＥＧＲの実行について許可した状態と禁止した状態とを切り替える基準値にヒステリシスを持たせる場合に外部ＥＧＲが行えなくなるエンジンの運転状態においても、要求に応じて外部ＥＧＲを実行することができる。

上記の制御装置は、エンジンの気筒内に吸入される吸気の総量のうちの外部ＥＧＲによる排気の分量の目標値である目標ＥＧＲ率を設定するＥＧＲ率設定部と、前記Ｐ_ｅｘに対する前記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が大きいほど目標ＥＧＲ率を下げるように調整するＥＧＲ率調整部をさらに備えていてもよい。この場合、バルブ制御部は、ＥＧＲ率調整部により調整された目標ＥＧＲ率に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御することが好ましい。

ＥＧＲバルブの開度調節によるＥＧＲ流量の制御性は、ＥＧＲバルブ上流圧力に対するＥＧＲバルブ下流圧力の圧力比が大きいほど悪化する。上記の構成によると、目標排気分圧を踏まえたＥＧＲバルブ下流圧力のＥＧＲバルブ上流圧力に対する圧力比が大きいほど目標ＥＧＲ率を下げるようにしたので、ＥＧＲバルブの制御性が悪くなるに連れてＥＧＲバルブの開度を小さくし、外部ＥＧＲ実行時のＥＧＲ率のばらつきによるエンジンの運転制御への悪影響を低減することができる。それによって、エンジンの運転制御をよりいっそう安定化させることができる。

また、バルブ制御部は、外部ＥＧＲの実行が許可された状態では、上記Ｐ_ｅｘに対する上記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が１以上の値に設定された所定の許可基準値以上であるときに外部ＥＧＲの実行を禁止し、外部ＥＧＲの実行が禁止された状態では、上記Ｐ_ｅｘに対する上記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が許可基準値よりも小さな所定の禁止基準値以下であるときに外部ＥＧＲの実行を許可するようになっていることが好ましい。

この構成によると、目標排気分圧を見込んだＥＧＲバルブ下流圧力とＥＧＲバルブ上流圧力との圧力比に基づいて外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止することに加え、外部ＥＧＲの実行について許可した状態と禁止した状態とを切り替える基準値にヒステリシスを持たせるようにしたので、外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのをよりいっそう抑制できる。

上記エンジンの制御装置によれば、外部ＥＧＲの実行を適切に制御して外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのを抑制できる。その結果、外部ＥＧＲを含むエンジンの運転制御が不安定になることを回避し、且つエミッション性能や燃費の低下を防止することができる。

実施形態１に係るエンジンの概略構成図である。 実施形態１に係るＥＣＵの機能構成図である。 実施形態１に係るＥＧＲ率調整マップのイメージ図である。 実施形態１に係る目標ＥＧＲ比率の調整方法を示すブロック図である。 実施形態１に係る外部ＥＧＲの実行制御を示すフローチャートである。 実施形態２に係る外部ＥＧＲの実行制御を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《実施形態１》
図１に、この実施形態１に係る制御装置が適用されたエンジン１の概略構成図を示す。

エンジン１は、過給機付きの火花点火式直噴エンジンであって、主に、図１に示すように、吸気（空気）と燃料との混合気を燃焼させるエンジン本体３と、エンジン本体３に導入される吸気が流通する吸気通路５と、エンジン本体３での混合気の燃焼により発生した排気が流通する排気通路７と、排気のエネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機８と、外部ＥＧＲを行うための外部ＥＧＲ機構９と、当該エンジン１の制御に利用される情報を検出するセンサ類と、当該エンジン１の全体を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１１とを備える。

＜エンジン本体＞
エンジン本体３は、複数の気筒１３（例えば４つ、図１では１つのみ示す）が直列に設けられたシリンダブロック１５と、このシリンダブロック１５上に配置されたシリンダヘッド１７とを備える。これらシリンダブロック１５及びシリンダヘッド１７の内部には、図示しないが、エンジン冷却水が流れるウォータジャケットが設けられている。

各気筒１３には、混合気を燃焼させる燃焼室１９を区画するピストン２１が往復動可能に嵌め入れられている。このピストン２１は、コネクティングロッド２３を介してクランクシャフト２５に連結されている。さらに、エンジン本体３には、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置２７が設けられている。燃料噴射装置２７は、ＥＣＵ１１からの制御信号に従って、所定のタイミングで燃焼室１９に向けて燃料（例えばガソリン）を噴射する。

また、シリンダヘッド１７には、気筒１３毎に、燃焼室１９の天井面にそれぞれ開口した吸気ポート２９及び排気ポート３１が形成されている。吸気ポート２９には、その燃焼室１９側の開口を開閉する吸気バルブ３３が設けられている。他方、排気ポート３１には、その燃焼室１９側の開口を開閉する排気バルブ３５が設けられている。

これら吸気バルブ３３及び排気バルブ３５は、エンジン本体３に設けられた図示しない動力伝達機構を介してクランクシャフト２５に連結されている。動力伝達機構は、クランクシャフト２５の回転に連動して吸気バルブ３３及び排気バルブ３５を開位置と閉位置との間で往復駆動する。この駆動によって、吸気バルブ３３は吸気ポート２９を、排気バルブ３５は排気ポート３１を、それぞれ所定のタイミングで開閉する。

シリンダヘッド１７にはさらに、気筒１３毎に、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ３７が設けられている。点火プラグ３７は、ＥＣＵ１１からの制御信号に従って、所定のタイミングで火花を発生し、その火花によって混合気を爆発燃焼させる。この爆発燃焼により、ピストン２１が気筒１３内を往復運動し、そのピストン２１の往復運動がクランクシャフト２５の回転運動に変換されてトルク（回転動力）として出力される。

＜吸気通路＞
吸気通路５には、上流側から順に、外部から吸入される空気中に含まれるゴミ等の異物を取り除いて吸気を浄化するエアクリーナ３９と、通過する吸気を昇圧させるコンプレッサ４１と、通過する吸気を冷却するインタークーラ４３と、エンジン本体３に導入される吸気の流量を調節するスロットルバルブ４５と、エンジン本体３に供給される吸気を一時的に蓄えるサージタンク４７とが設けられている。

吸気通路５にはさらに、コンプレッサ４１によって過給された吸気の一部をコンプレッサ４１の上流側に環流させるためのエアバイパス通路４９が設けられている。このエアバイパス通路４９には、当該エアバイパス通路４９を流通する吸気の流量を調節するエアバイパスバルブ５１が設けられている。エアバイパスバルブ５１は、例えば、エアバイパス通路４９を全閉状態と全開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

吸気通路５のうちサージタンク４７よりも下流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体３の気筒１３毎に分岐した複数の独立吸気通路を有する吸気マニホールド５２によって構成されている。サージタンク４７は、この吸気マニホールド５２に含まれている。

＜排気通路＞
排気通路７には、上流側から順に、通過する排気によって回転するタービン５３と、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の有害な大気汚染物質を浄化する排気浄化装置５５とが設けられている。

排気浄化装置５５は、例えば、三元触媒などの排気浄化用の触媒を内部に担持した触媒コンバータ６１を２つ併用してなる。排気通路７のうち排気バイパス通路５７よりも上流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体３の気筒１３毎に分岐した複数の独立排気通路を有する排気マニホールド６０を含む。

排気通路７にはさらに、当該排気通路７に流通する排気を、タービン５３をバイパスして流すための排気バイパス通路５７が設けられている。この排気バイパス通路５７には、当該排気バイパス通路５７を流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ５９が設けられている。このウェイストゲートバルブ５９は、排気バイパス通路５７の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能な、いわゆるリニアバルブである。

＜ターボ過給機＞
ターボ過給機８は、吸気通路５に設けられた上記コンプレッサ４１と、排気通路７に設けられた上記タービン５３とを備える。これらコンプレッサ４１とタービン５３とは、シャフトを介して連結されており、一体に回転するようになっている。このターボ過給機８では、排気の流れを受けてタービン５３が回転すると、そのタービン５３の回転力を利用してコンプレッサ４１が吸気を下流側に送り込み、吸気を圧縮（過給）する。

＜外部ＥＧＲ機構＞
外部ＥＧＲ機構９は、排気通路７に排出された排気の一部を吸気通路５へ還流させるＥＧＲ通路６３と、ＥＧＲ通路６３を通じて還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ６５と、ＥＧＲ通路６３を流通する排気の還流量、つまりＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブ６７とを備える。

ＥＧＲ通路６３は、スロットルバルブ４５よりも下流側の吸気通路５、具体的には吸気マニホールド５２と、タービン５３よりも上流側の排気通路７、具体的には排気マニホールド６０とを接続し、それら両マニホールド５２，６０を連通させている。ＥＧＲクーラ６５及びＥＧＲバルブ６７は、ＥＧＲ通路６３に、その上流側（排気通路７側）から順に設けられている。ＥＧＲバルブ６７は、ＥＧＲ通路６３の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能なリニアバルブである。

＜センサ類＞
センサ類は、上述したエンジン本体３、吸気通路５、排気通路７及び外部ＥＧＲ機構９の各所に設けられている。

具体的には、エンジン本体３においては、クランクシャフト２５の回転角度を検出するクランク角センサ６９と、ウォータジャケット内のエンジン冷却水の温度であるエンジン水温を検出する水温センサ７１とが設けられている。

吸気通路５においては、エアクリーナ３９とコンプレッサ４１との間で吸気流量を検出するエアフローセンサ７３が設けられている。このエアフローセンサ７３は、吸気温度を検出する温度センサを内蔵している。さらに、コンプレッサ４１とスロットルバルブ４５との間で且つインタークーラ４３の下流側の吸気通路５には、ターボ過給機８により圧縮された吸気の圧力、つまり過給圧を検出する第１吸気圧センサ７５が設けられている。

吸気通路５にはさらに、スロットルバルブ４５の開度を検出するスロットル開度センサ７７が設けられている。また、スロットルバルブ４５の下流側の吸気通路５、詳しくはサージタンク４７には、当該サージタンク４７内の圧力であるインマニ圧を検出する第２吸気圧センサ７９が設けられている。この第２吸気圧センサ７９は、サージタンク４７内の温度であるインマニ温を検出する温度センサを内蔵している。

排気通路７においては、ウェイストゲートバルブ６１の開度を検出するＷＧ開度センサ８１が設けられている。さらに、タービン５３と排気浄化装置５５との間の排気通路７と、２つの触媒コンバータ６１の間の排気通路７とには、Ｏ_２センサ８３，８５がそれぞれ設けられている。これら２つのＯ_２センサ８３，８５の検出値は、燃焼室１９内の空燃比をフィードバック制御するのに利用される。

また、外部ＥＧＲ機構９においては、ＥＧＲバルブ６７の開度を検出するＥＧＲ開度センサ８７が設けられている。さらに、ＥＧＲクーラ６５とＥＧＲバルブ６７との間のＥＧＲ通路６３には、ＥＧＲバルブ６７の上流側における排気の圧力であるＥＧＲバルブ上流圧力を検出する排圧センサ８９が設けられている。

自動車の運転中は、これら各種のセンサ６９〜８９の検出値が、ＥＣＵ１１に出力されるようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）とかＲＡＭ（Random Access Memory）といった内部メモリ等のハードウェアと、ＯＳ（Operating System）等の基本制御プラグラムやＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含むソフトウェアとで構成されたコンピュータであり、上記センサ類の検出値に基づいて外部ＥＧＲを含むエンジン１の運転を総合的に制御する。なお、ＥＣＵ１１は、エンジン１の制御装置の一例である。

図２に、ＥＧＲバルブ６７の開度制御に関わる部分を中心とした、ＥＣＵ１１の機能構成図を示す。ＥＣＵ１１は、図２に示すように、機能的には、現在のエンジン１の運転状態における充填効率である実充填効率を算出する充填効率算出部９１と、現在のエンジン１の運転状態におけるＥＧＲ流量である実ＥＧＲ流量を算出するＥＧＲ流量算出部９３と、ＥＧＲバルブ６７の開閉制御を行うバルブ制御部９５と、各種データを記憶する記憶部９７とを備える。

充填効率算出部９１は、エアフローセンサ７３によって検出される吸気流量と、クランク角センサ６９の検出値から求められるエンジン回転数とに基づいて、現在のエンジン１の運転状態における体積効率である実体積効率を算出する。そして、充填効率算出部９１は、その実体積効率から標準大気密度（標準状態における大気の密度：約１．２ｋｇ［ｋｇ／ｍ^３］）を用いて実充填効率を算出する。

ＥＧＲ流量算出部９３は、排圧センサ８９によって検出されるＥＧＲバルブ上流圧力と、ＥＧＲバルブ下流圧力と、ＥＧＲ開度センサ８７によって検出されるＥＧＲバルブ６７の開度とに基づき、ベルヌーイの定理を用いて、実ＥＧＲ流量の基本値を算出する。ここで、ＥＧＲバルブ下流圧力は、サージタンク４７内の圧力に相当する。このため、ＥＧＲバルブ下流圧力としては、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ圧が用いられる。そして、ＥＧＲ流量算出部９３は、その基本値を外部ＥＧＲによって還流される排気の温度に応じて補正し、その補正後の値を最終的な実ＥＧＲ流量として算出する。ここで、還流される排気の温度は、エンジン回転数及びエンジン負荷から推定される。

バルブ制御部９５は、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を設定する目標ＥＧＲ率設定部９９と、外部ＥＧＲによって還流される排気の分圧の目標値である目標排気分圧を算出する目標排気分圧算出部１０１と、外部ＥＧＲを実行しているときにエンジン１の気筒１３内に吸入される吸気の圧力のうちの現在の排気の分圧である実排気分圧を算出する実排気分圧算出部１０３と、目標ＥＧＲ率を調整する目標ＥＧＲ率調整部１０５と、外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止するＥＧＲ実行制御部１０７とを備える。

目標ＥＧＲ率設定部９９は、記憶部９７に予め記憶されているＥＧＲ制御マップに基づいて目標ＥＧＲ率の基本値を設定する。ＥＧＲ制御マップには、実充填効率及びエンジン水温とそれらに応じた目標ＥＧＲ率とがエンジン回転数毎に規定されている。目標ＥＧＲ率の基本値は、充填効率算出部９１によって算出される実充填効率と、クランク角センサ６９の検出値から求められるエンジン回転数と、水温センサ７１によって検出されるエンジン水温とを、そのＥＧＲ制御マップに照らし合わせることにより設定される。

なお、ＥＧＲ制御マップを含め、外部ＥＧＲの実行制御に用いる各種のマップは、エンジン１に固有のものであり、実測等によって予め求められる。そのため、ＥＧＲ制御マップや後述するＥＧＲ率調整マップは、一例に過ぎず、エンジン１によっては異なる特性となり得る。

目標排気分圧算出部１０１は、ＥＧＲ流量の目標値である目標ＥＧＲ流量を、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ温に基づいて圧力に変換することにより、目標排気分圧を算出する。実排気分圧算出部１０３は、ＥＧＲ流量算出部９３によって算出される実ＥＧＲ流量を、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ温に基づいて圧力に変換することにより、実排気分圧を算出する。

目標ＥＧＲ率調整部１０５は、記憶部９７に予め記憶されているＥＧＲ率補正マップに基づいて、目標ＥＧＲ率設定部９９によって設定された目標ＥＧＲ率を調整する。ＥＧＲ率調整マップには、目標ＥＧＲ率が実現されたときの、つまりは目標排気分圧が実現されたときのインマニ圧の予測値である予測インマニ圧と排圧センサ８９によって検出されたＥＧＲバルブ上流圧力との圧力比である予測圧力比と、それに対応したＥＧＲ率の調整係数とが規定されている。本実施形態での予測圧力比は、ＥＧＲバルブ上流圧力に対する予測インマニ圧力の圧力比である。

図３に、ＥＧＲ率調整マップのイメージ図を示す。ＥＧＲ率調整マップにおいて、ＥＧＲ率の調整係数αは、図３に示すように、０〜１の正の値であって、予測圧力比が一定値以上（例えば０．８以上）の範囲ではその予測圧力比が１に近づくほど小さくなる。これは、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ流量の制御性がＥＧＲバルブ上流圧力に対するＥＧＲバルブ下流圧力の圧力比が大きいほど悪化することを考慮し、ＥＧＲバルブ６７の制御性が悪くなるに連れてＥＧＲバルブ６７の開度を小さくすることで、実際の排気分圧のばらつきに起因するエンジン１の運転制御への悪影響を低減するためである。

目標ＥＧＲ率調整部１０５は、そのようなＥＧＲ率調整マップに予測圧力比を照らし合わせることにより、ＥＧＲ率の調整係数αを取得する。そして、目標ＥＧＲ率調整部１０５は、そのＥＧＲ率の調整係数αを目標ＥＧＲ率の基本値に乗算することにより、目標ＥＧＲ率を調整する。

バルブ制御部９５は、上記の目標ＥＧＲ率設定部９９、目標排気分圧算出部１０１、実排気分圧算出部１０３及び目標ＥＧＲ率調整部１０５の機能によって、最終的な目標ＥＧＲ率を設定する。この目標ＥＧＲ率の設定方法について、以下に、図４を参照しながら説明する。図４は、バルブ制御部９５による目標ＥＧＲ率の設定方法を示すブロック図である。

バルブ制御部９５は、図４に示すように、まず、目標ＥＧＲ率設定部９９の機能によりエンジン回転数、実充填効率及びエンジン水温に基づいて目標ＥＧＲ率の基本値を設定する。次いで、バルブ制御部９５は、その目標ＥＧＲ率の基本値を、スロットルバルブ４５を通過する流量であるスロットル通過流量に基づいて流量に変換することにより、目標ＥＧＲ流量を算出する。ここで、スロットル通過流量は、吸気通路５を流通する吸気の流量である。このため、スロットル通過流量としては、エアフローセンサ７３によって検出される吸気流量が用いられる。

バルブ制御部９５は、そうして算出された目標ＥＧＲ流量を、目標排気分圧算出部１０１の機能によりインマニ温に基づき圧力に変換して、目標排気分圧を取得する。また、バルブ制御部９５は、ＥＧＲ流量算出部９３の機能により算出された実ＥＧＲ流量を、実排気分圧算出部１０３の機能によりインマニ温に基づき圧力に変換して、実排気分圧を取得する。バルブ制御部９５は、こうして取得された目標排気分圧から実排気分圧を減算することにより、基本値の目標ＥＧＲ率が実現されたときの実排気分圧の変化量の予測値である排気分圧変化量を算出する。

次に、バルブ制御部９５は、その排気分圧変化量に第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ圧を加算することにより、予測インマニ圧を算出する。続いて、バルブ制御部９５は、この予測インマニ圧を排圧センサ８９によって検出されるＥＧＲバルブ上流圧力で除算することにより、予測圧力比を算出する。

次いで、バルブ制御部９５は、目標ＥＧＲ率調整部１０５の機能により、図３に示すようなＥＧＲ率調整マップを参照して予測圧力比に対応するＥＧＲ率の調整係数αを取得し、その調整係数αを目標ＥＧＲ率の基本値に乗算して目標ＥＧＲ率を調整する。バルブ制御部９５は、その調整した値を最終的な目標ＥＧＲ率として取得し、その目標ＥＧＲ率が実現されるようにＥＧＲバルブ６７の開度を調節することにより、外部ＥＧＲを実行する。

ＥＧＲ実行制御部１０７は、上述した外部ＥＧＲの実行を、以下の式で表される予測圧力比Ｐｒに基づき、所定の基準値を用いて許可又は禁止する。
Ｐｒ＝｛Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）｝／Ｐ_ｅｘ
ここで、Ｐ_ｅｘは、排圧センサ８９によって検出されるＥＧＲバルブ上流圧力である。Ｐ_ｉｎは、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ圧（ＥＧＲバルブ下流圧力）である。Ｐｔ_ｅｘは、目標排気分圧算出部１０１によって算出される目標排気分圧である。Ｐｒ_ｅｘは、実排気分圧算出部１０３によって算出される実排気分圧である。

具体的には、ＥＧＲ実行制御部１０７は、予測圧力比Ｐｒが１．０以上の値に設定される所定の基準値未満であるときには外部ＥＧＲの実行を許可し、予測圧力比Ｐｒが当該所定の基準値以上であるときには外部ＥＧＲの実行を禁止する。所定の基準値には、例えば１．０が設定される。

このＥＧＲ実行制御部１０７による外部ＥＧＲの実行制御について、以下に、図５を参照しながら説明する。図５は、外部ＥＧＲの実行制御のフローチャートである。

ＥＧＲ実行制御部１０７は、図５に示すように、まず、ステップＳＴ０１において、現在のエンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にあるか否かを判定する。外部ＥＧＲ領域は、外部ＥＧＲの実行が許可状態にあれば外部ＥＧＲが実行される、低負荷乃至中負荷且つ低回転乃至中回転の運転領域である。エンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にあるか否かは、エンジン回転数や充填効率、エンジン水温などに基づいて判定される。

このとき、エンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にあると判定された場合には、外部ＥＧＲの実行を許可すべきか禁止すべきかを判定する必要があるので、そのような判定を行うステップＳＴ０２に進む。他方、エンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にないと判定された場合には、外部ＥＧＲが行われないことから外部ＥＧＲの実行について禁止や許可を判定する必要がないため、リターンし、再びステップＳＴ０１を行う。

次いで、ステップＳＴ０２において、ＥＧＲ実行制御部１０７は、予測圧力比Ｐｒが所定の基準値（例えば１．０）以上であるか否かを判定する。

このとき、予測圧力比Ｐｒが所定の基準値以上である場合には、目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲバルブ６７の開度を調節すると、ＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力の差圧が比較的小さくなり、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ流量の制御性、つまりはＥＧＲ率の制御性が悪くなることが予測される。とりわけ所定の基準値として１．０が設定されている場合には、ＥＧＲバルブ下流圧力がＥＧＲバルブ上流圧力と均衡するか又はそれよりも大きくなり、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が著しく悪くなることが予測される。したがって、この場合には、外部ＥＧＲの実行を許可すべきでないとして、ステップＳＴ０３に進む。

ステップＳＴ０３では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行を禁止する。

他方、ステップＳＴ０２で予測圧力比Ｐｒが所定の基準値未満である場合には、目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲバルブ６７の開度を調節しても、ＥＧＲバルブ上流圧力がＥＧＲバルブ下流圧力よりも大きく、ＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力とに所要の差圧が確保されるので、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が著しくは損なわれないことが予測される。したがって、この場合には、外部ＥＧＲの実行を許可すべきとして、ステップＳＴ０４に進む。

ステップＳＴ０４では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行を許可する。

ステップＳＴ０３，ＳＴ０４を終えるとリターンし、ステップＳＴ０１以降のステップを繰り返す。

こうした外部ＥＧＲの実行制御に従えば、目標排気分圧の実現に向けてＥＧＲバルブの開度を調節したときの圧力変化を見越したＥＧＲバルブ下流圧力の予測値Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）とＥＧＲバルブ上流圧力Ｐ_ｅｘとの圧力比が、外部ＥＧＲの実行制御にハンチングを起こす関係にあるときには、外部ＥＧＲの実行について許可と禁止が切り替えられない。

したがって、この実施形態１に係るエンジン１のＥＣＵ１１によると、外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのを好適に抑制できる。また、外部ＥＧＲの実行について許可と禁止を切り替える基準値にヒステリシスを持たせると外部ＥＧＲが行えなくなるエンジン１の運転状態においても、要求に応じて外部ＥＧＲを実行することができる。その結果、外部ＥＧＲを含むエンジン１の運転制御が不安定になることを回避し、且つエミッション性能や燃費の低下を防止することができる。

《実施形態２》
この実施形態２に係るエンジン１は、ＥＣＵによる外部ＥＧＲの実行制御の方法が上記実施形態１と異なる。なお、この実施形態２では、外部ＥＧＲの実行制御の方法が上記実施形態１と異なる他はエンジン１について上記実施形態１と同様に構成されているので、態様の異なる外部ＥＧＲの実行制御の方法についてのみ説明し、同一の構成や制御方法は図１〜図５に基づく上記実施形態１の説明に譲ることにして、その詳細な説明を省略する。

上記実施形態１では、外部ＥＧＲの実行についての禁止と許可を、許可された状態から禁止する場合と禁止された状態から許可する場合とで、同一の基準値を用いて切り替える例を説明したが、本変形例では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行を、予測圧力比Ｐｒに基づき、ヒステリシスを持たせた所定の基準値（許可基準値及び禁止基準値）を用いて許可又は禁止する。

具体的には、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行が許可された状態において、予測圧力比Ｐｒが１．０以上の値に設定される所定の許可基準値未満であるときには外部ＥＧＲの実行を許可したままとし、予測圧力比Ｐｒが許可基準値以上であるときには外部ＥＧＲの実行を禁止する。許可基準値には、例えば１．０が設定される。

また、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行が禁止された状態において、予測圧力比Ｐｒが許可基準値よりも小さな所定の禁止基準値よりも大きいときには外部ＥＧＲの実行を禁止したままとし、予測圧力比Ｐｒが禁止基準値以下であるときには外部ＥＧＲの実行を許可する。禁止基準値には、例えば０．２〜０．４の固定値が設定される。

このＥＧＲ実行制御部１０７による外部ＥＧＲの実行制御について、以下に、図６を参照しながら説明する。図６は、本変形例に係る外部ＥＧＲの実行制御のフローチャートである。

ＥＧＲ実行制御部１０７は、図６に示すように、まず、ステップＳＴ１１において、現在のエンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にあるか否かを判定する。ステップＳＴ１１は、上記実施形態１でのステップＳＴ０１と同様であるので、その説明を省略する。

このステップＳＴ１１でエンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にあると判定された場合には、外部ＥＧＲが実行されているか否かを判定する必要があるため、そのような判定を行うステップＳＴ１２に進む。他方、エンジン１の運転状態が外部ＥＧＲ領域にないと判定された場合には、上記実施形態１と同様にリターンし、再びステップＳＴ１１を行う。

ステップＳＴ１２において、ＥＧＲ実行制御部１０７は、現在、外部ＥＧＲが実行されているか否かを判定する。

外部ＥＧＲが実行されているか否かは、ＥＧＲ開度センサ８７によって検出されるＥＧＲバルブ６７の開度に基づいて判定される。具体的には、ＥＧＲ開度センサ８７の検出値がＥＧＲバルブ６７の開度が０以外であることを示していれば、ＥＧＲバルブ６７が開いているから、外部ＥＧＲを実行していると判定する。また、ＥＧＲ開度センサ８７の検出値がＥＧＲバルブ６７の開度が０であることを示していれば、ＥＧＲバルブ６７は完全に閉じているから、外部ＥＧＲを実行していないと判定する。

このとき、外部ＥＧＲが実行されていると判定された場合には、外部ＥＧＲの実行が許可されており、外部ＥＧＲの実行が許可された状態から禁止するか否かを判定する必要があるため、そのような判定を行うステップＳＴ１３に進む。他方、外部ＥＧＲが実行されていないと判定された場合には、外部ＥＧＲの実行が禁止されている可能性があり、外部ＥＧＲの実行が禁止された状態から許可するか否かを判定する必要があるため、そのような判定を行うステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ１３では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、予測圧力比Ｐｒが許可基準値（例えば１．０）以上であるか否かを判定する。

このとき、予測圧力比Ｐｒが許可基準値以上である場合には、上記実施形態１のステップＳＴ０２でも説明したようにＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が著しく悪くなることが予測されるから、外部ＥＧＲの実行を許可すべきでないとして、ステップＳＴ１５に進む。

ステップＳＴ１５では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行を禁止する。

他方、ステップＳＴ１３で予測圧力比Ｐｒが許可基準値未満である場合には、上記実施形態１のステップＳＴ０２でも説明したようにＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が著しくは損なわれないことが予測されるから、外部ＥＧＲの実行を許可すべきとして、ステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１６では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、外部ＥＧＲの実行を許可する。

また、ステップＳＴ１４では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、予測圧力比Ｐｒが禁止基準値（例えば０．２〜０．４の固定値）以下であるか否かを判定する。

このとき、予測圧力比Ｐｒが禁止基準値以下である場合には、目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲバルブ６７の開度を調節しても、ＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力とに所要の差圧が確保されるので、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が良いことが予測される。したがって、この場合には、外部ＥＧＲの実行を禁止すべきでないとして、ステップＳＴ１６に進み、外部ＥＧＲの実行を許可する。

他方、予測圧力比Ｐｒが禁止基準値よりも大きい場合には、目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲバルブ６７の開度を調節すると、ＥＧＲバルブ上流圧力とＥＧＲバルブ下流圧力の差圧が比較的小さくなり、ＥＧＲバルブ６７の開度調節によるＥＧＲ率の制御性が悪くなることが予測される。したがって、この場合には、外部ＥＧＲの実行を許可すべきでないとして、ステップＳＴ１５に進み、外部ＥＧＲの実行を禁止する。

なお、外部ＥＧＲの実行が許可されているときにもＥＧＲバルブ６７が全閉とされている場合には、このステップＳＴ１４に移行されるが、予測圧力比Ｐｒが禁止基準値よりも大きく且つ許可基準値未満の範囲にあるので、ステップＳＴ１６に進み、外部ＥＧＲの実行が許可されたままとなる。

ステップＳＴ１５，ＳＴ１６を終えるとリターンし、ステップＳＴ１１以降のステップを繰り返す。

こうした外部ＥＧＲの実行制御に従えば、目標排気分圧を見込んだＥＧＲバルブ下流圧力とＥＧＲバルブ上流圧力との圧力比に基づいて外部ＥＧＲの実行を許可又は禁止することに加え、外部ＥＧＲの実行について許可した状態と禁止した状態とを切り替える基準値にヒステリシスを持たせるようにしたので、外部ＥＧＲの実行制御にハンチングが発生するのをよりいっそう抑制できる。その他については、上記実施形態１と同様な効果を得ることができる。

以上のように、本出願に開示する技術の例示として、好ましい実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態１，２で説明した各構成要素や制御方法を組み合わせて新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、上記実施形態１，２について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態１では、目標ＥＧＲ率設定部９９は、実充填効率に基づいて目標ＥＧＲ率を設定するとしたが、これに限らず、実充填効率に代えて、エンジン１の充填効率の目標値である目標充填効率に基づいて設定されてもよい。目標充填効率は、アクセルペダルの踏み込み操作に応じた出力トルクの要求値である要求出力トルクと、Ｏ_２センサ８３，８５の検出値から求められる空燃比及び熱効率とに基づいて既知の方法により算出される。

また、上記実施形態１では、ＥＧＲ実行制御部１０７は、目標ＥＧＲ率設定部９９により設定された目標ＥＧＲ率の基本値から求められた目標排気分圧を用いて、外部ＥＧＲの実行について許可と禁止を切り替える制御を行うとしたが、これに限らず、基本値の目標ＥＧＲ率を調整係数αの乗算により調整して得られた最終的な目標ＥＧＲ率から目標排気分圧を算出し、その目標排気分圧を用いて外部ＥＧＲの実行制御を行ってもよい。

また、上記実施形態１では、外部ＥＧＲの実行制御に用いられる予測圧力比ＰｒがＥＧＲバルブ上流圧力Ｐ_ｅｘに対する予測インマニ圧力｛Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）｝の圧力比、すなわち｛Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）｝／Ｐ_ｅｘであるとしたが、予測圧力比Ｐｒは、その逆数Ｐ_ｅｘ／｛Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）｝が用いられていてもよい。要は、バルブ制御部９５が、ＥＧＲバルブ上流圧力Ｐ_ｅｘと予測インマニ圧力Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）との圧力比に基づいて、外部ＥＧＲの実行をハンチングが発生しないように許可又は禁止に切り替えるようになっていればよい。

また、上記実施形態１では、ＥＧＲ流量算出部９３は、実ＥＧＲ流量を算出するのに用いる、外部ＥＧＲによって還流される排気の温度を、エンジン回転数及びエンジン負荷から推定するとしたが、これに限らない。例えば、当該排気の温度は、実ＥＧＲ流量の基本値を、ＥＧＲバルブ６７とＥＧＲクーラ６５との間に設けられた温度センサで検出した温度に応じて補正することにより算出してもよい。

また、上記実施形態１では、ターボ過給機付きのエンジンを例に挙げて説明したが、これに限らず、ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えていないエンジンの制御装置に対しても適用可能である。

以上説明したように、ここに開示した技術は、外部ＥＧＲが行われるエンジンの制御装置について有用である。

１…エンジン、３…エンジン本体、５…吸気通路、７…排気通路、８…ターボ過給機、
９…外部ＥＧＲ機構、１１…ＥＣＵ（エンジンの制御装置）、１３…気筒、
１５…シリンダブロック、１７…シリンダヘッド、１９…燃焼室、２１…ピストン、
２３…コネクティングロッド、２５…クランクシャフト、２７…燃料噴射装置、
２９…吸気ポート、３１…排気ポート、３３…吸気バルブ、３５…排気バルブ、
３７…点火プラグ、３９…エアクリーナ、４１…コンプレッサ、
４３…インタークーラ、４５…スロットルバルブ、４７…サージタンク、
４９…エアバイパス通路、５１…エアバイパスバルブ、５２…吸気マニホールド、
５３…タービン、５５…排気浄化装置、５７…排気バイパス通路、
５９…ウェイストゲートバルブ、６０…排気マニホールド、６１…触媒コンバータ、
６３…ＥＧＲ通路、６５…ＥＧＲクーラ、６７…ＥＧＲバルブ、
６９…クランク角センサ、７１…水温センサ、７３…エアフローセンサ、
７５…第１吸気圧センサ、７７…スロットル開度センサ、７９…第２吸気圧センサ、
８１…ＷＧ開度センサ、８３，８５…Ｏ_２センサ、８７…ＥＧＲ開度センサ、
８９…排圧センサ、９１…充填効率算出部、９３…ＥＧＲ流量算出部、
９５…バルブ制御部、９７…記憶部、９９…目標ＥＧＲ率設定部、
１０１…目標排気分圧算出部、１０３…実排排気圧算出部、
１０５…目標ＥＧＲ率調整部、１０７…ＥＧＲ実行制御部

Claims (3)

1. 排気通路に排出された排気を吸気通路へ還流させる排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路を流通する排気の還流量を制御する排気再循環バルブと、を備え、
   前記排気再循環バルブを開くことにより排気の一部を前記排気再循環通路を通じて再循環させる排気再循環が行われるエンジンの制御装置であって、
   前記排気再循環バルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、
   排気再循環によって還流される排気の分圧の目標値である目標排気分圧を算出する目標排気分圧算出部と、
   排気再循環を実行しているときにエンジンの気筒内に吸入される吸気の圧力のうちの排気の分圧である実排気分圧を算出する実排気分圧算出部と、を備え、
   前記バルブ制御部は、前記排気再循環バルブよりも前記排気通路側での排気の圧力をＰ_ｅｘ、排気再循環によって還流される排気と混合された状態の吸気の圧力をＰ_ｉｎ、前記目標排気分圧をＰｔ_ｅｘ、前記実排気分圧をＰｒ_ｅｘとしたとき、Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）とＰ_ｅｘとの圧力比に基づいて、排気再循環の実行を許可又は禁止する
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載されたエンジンの制御装置において、
   エンジンの気筒内に吸入される吸気の総量のうちの排気再循環による排気の分量の目標値である目標排気再循環率を設定する排気再循環率設定部と、
   前記Ｐ_ｅｘに対する前記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が大きいほど前記目標排気再循環率を下げるように調整する排気再循環率調整部をさらに備え、
   前記バルブ制御部は、前記排気再循環率調整部により調整された目標排気再循環率に基づいて、前記排気再循環バルブの開度を制御する
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載されたエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、
   排気再循環の実行が許可された状態では、前記Ｐ_ｅｘに対する前記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が１以上の値に設定された所定の許可基準値以上であるときに排気再循環の実行を禁止し、
   排気再循環の実行が禁止された状態では、前記Ｐ_ｅｘに対する前記Ｐ_ｉｎ＋（Ｐｔ_ｅｘ−Ｐｒ_ｅｘ）の圧力比が前記許可基準値よりも小さな所定の禁止基準値以下であるときに排気再循環の実行を許可する
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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