JPH09177616A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＧＲ率の制御性能の向上を図る。 【解決手段】 目標ＥＧＲ率設定部１は、機関運転状態
に応じて目標ＥＧＲ率を設定する。目標シリンダ吸入Ｅ
ＧＲ量演算部２は、目標ＥＧＲ率と、シリンダに吸入さ
れる新気量（測定値又は予測値）とから、シリンダに吸
入させたい目標ＥＧＲ量を演算する。目標コレクタ吸入
ＥＧＲ量演算部３は、シリンダに吸入させたい目標ＥＧ
Ｒ量に対し、位相進み補償を行って、コレクタに吸入さ
せたい目標ＥＧＲ量を演算する。目標ＥＧＲ弁開度演算
部４は、コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量と、実際
にコレクタに吸入されるＥＧＲ量（測定値又は予測値）
とから、目標ＥＧＲ弁開度を演算する。ＥＧＲ弁操作部
５は、この目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁を操
作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関の排気系と吸
気系とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を介
して排気の一部を吸気中に還流する内燃機関のＥＧＲ
（排気還流）制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関のＥＧＲ制御装置として
は、内燃機関としてディーゼル機関を想定した、例えば
特開昭６１−２１５４２６号公報に開示されているよう
なものがある。図16は従来例の構成を示したもので、シ
リンダ吸入混合気量演算部101 、コレクタ吸入新気量検
出手段102 、予測ＥＧＲ率演算部103 、目標ＥＧＲ率設
定部104 、目標ＥＧＲ弁開度演算部105 、ＥＧＲ弁操作
部106 、ディーゼル機関107 かなる。

【０００３】シリンダ吸入混合気量演算部101 は、ディ
ーゼル機関の運転状態から、シリンダに吸入される新気
とＥＧＲガスとからなる混合気量を演算する。コレクタ
吸入新気量検出手段102 は、コレクタに吸入される新気
量を検出する。予測ＥＧＲ率演算部103 は、シリンダ吸
入混合気量演算部101 の出力であるシリンダに吸入され
る混合気量と、コレクタ吸入新気量検出手段102 の出力
であるコレクタに吸入される新気量とを用いて、下記の
演算式により、予測ＥＧＲ率を演算する。

【０００４】ＥＧＲratio ＝１００× (Ｑｏ−Ｑｗ) ／
Ｑｗ ＥＧＲratio ：予測ＥＧＲ率（％） Ｑｏ：シリンダに吸入される混合気量 (Kg/sec） Ｑｗ：コレクタに吸入される新気量 (Kg/sec） 目標ＥＧＲ率設定部104 は、機関運転状態に応じて、目
標ＥＧＲ率を設定する。

【０００５】目標ＥＧＲ弁開度演算部105 は、予測ＥＧ
Ｒ率演算部103 の出力と目標ＥＧＲ率設定部104 の出力
とを比較し、予測ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に近づくよう
に、目標ＥＧＲ弁開度を演算する。ＥＧＲ弁操作部106
は、目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁を操作す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関のＥＧＲ制御装置にあっては、コレ
クタに吸入される新気量とシリンダに吸入される新気量
とが等しいと考えているために、実際には過渡状態で流
量差が発生するような場合 (例として、アイドル状態か
ら加速状態になったときに、コレクタに吸入される新気
量が急に増加するのに対して、シリンダに吸入される新
気量が徐々に増加していくような場合) は、予測ＥＧＲ
率の精度が低下してしまい、ＥＧＲ率の制御性能も低下
する可能性があるという問題がある。

【０００７】そこで、特願平７−２４９１８０号（以下
「先願１」という）では、新気がコレクタの入口から吸
気弁を通過するまでの動特性に基づいて、コレクタ吸入
新気量検出手段の出力であるコレクタに吸入される新気
量から、シリンダに吸入される新気量を演算するシリン
ダ吸入新気量演算部を設けて、予測ＥＧＲ率演算部に
て、シリンダに吸入される混合気量とシリンダに吸入さ
れる新気量とから、予測ＥＧＲ率を演算するようにし
て、ＥＧＲ率の予測精度を向上させ、その結果として、
ＥＧＲ率の制御性能の向上を図ることを提案している。

【０００８】しかしながら、ＥＧＲ率を実際値にほぼ等
しく予測している場合でも、以下のような問題がある。
従来例においても、また先願１においても、予測ＥＧＲ
率と目標ＥＧＲ率との差に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を
求めている。ここで、ＥＧＲ率はシリンダ内の新気とＥ
ＧＲガスとの比であるのに対して、ＥＧＲ弁はコレクタ
に吸入されるＥＧＲ量を制御しているので、コレクタに
吸入されるガスがシリンダに吸入されるまでの動特性が
あり、遅れが生じる。つまり、予測ＥＧＲ率と目標ＥＧ
Ｒ率との差に基づいてＥＧＲ弁を制御しても、上記動特
性の分だけ、結果の反映が遅くなる。従って、この遅れ
が制御性能の限界を生むという問題がある。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑み、目標Ｅ
ＧＲ率の達成に必要なシリンダに吸入させたい目標ＥＧ
Ｒ量を得るために、コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ
量を求めて、ＥＧＲ弁を制御することにより、ＥＧＲ率
の制御性能の更なる向上を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、機関運転状態に応じて目標ＥＧＲ率を設定
する目標ＥＧＲ率設定部と、前記目標ＥＧＲ率とシリン
ダに吸入される新気量とから、シリンダに吸入させたい
第１の目標ＥＧＲ量を演算する第１の目標ＥＧＲ量演算
部（目標シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部）と、前記第１の
目標ＥＧＲ量に位相進み補償を行って、コレクタに吸入
させたい第２の目標ＥＧＲ量を演算する第２の目標ＥＧ
Ｒ量演算部（目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部）と、前
記第２の目標ＥＧＲ量と実際にコレクタに吸入されるＥ
ＧＲ量とから、目標ＥＧＲ弁開度を演算する目標ＥＧＲ
弁開度演算部と、前記目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥ
ＧＲ弁を操作するＥＧＲ弁操作部とを設けて、内燃機関
のＥＧＲ制御装置を構成する。

【００１１】すなわち、目標ＥＧＲ率の達成に必要なシ
リンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量（第１の目標ＥＧＲ
量）に対して所定の位相進み補償（進み処理）を行うこ
とにより、コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量（第２
の目標ＥＧＲ量）を求め、実際にコレクタに吸入される
ＥＧＲ量の測定値又は予測値がコレクタに吸入させたい
目標ＥＧＲ量に近づくように、目標ＥＧＲ弁開度を演算
して、ＥＧＲ弁を操作する。

【００１２】請求項２に係る発明では、請求項１に係る
発明において、前記第２の目標ＥＧＲ量演算部（目標コ
レクタ吸入ＥＧＲ量演算部）は、前記第１の目標ＥＧＲ
量と実際にシリンダに吸入されるＥＧＲ量との間の応答
特性を設定するシリンダ吸入ＥＧＲ量応答特性設定部の
出力と、コレクタに吸入されるガスがシリンダに吸入さ
れるまでの動特性を推定するコレクタ動特性推定部の出
力とに基づいて、前記第１の目標ＥＧＲ量から前記第２
の目標ＥＧＲ量を演算するものであることを特徴とす
る。

【００１３】請求項３に係る発明では、請求項１に係る
発明において、前記コレクタに吸入されるＥＧＲ量は、
コレクタに吸入されるガスがシリンダに吸入されるまで
の動特性を推定するコレクタ動特性推定部の出力に基づ
いて、シリンダに吸入されるＥＧＲ量に位相進み補償を
行うことによって求められることを特徴とする。請求項
４に係る発明では、請求項２又は請求項３に係る発明に
おいて、前記コレクタ動特性推定部は、機関回転速度と
体積効率とコレクタ容積と行程容積とから、コレクタ動
特性を推定するものであることを特徴とする。

【００１４】請求項５に係る発明では、請求項３に係る
発明において、前記シリンダに吸入されるＥＧＲ量は、
シリンダに吸入される混合気量とシリンダに吸入される
新気量とから求められることを特徴とする。請求項６に
係る発明では、請求項５に係る発明において、前記シリ
ンダに吸入される混合気量は、体積効率と行程容積と機
関回転速度と標準状態を示す絶対圧力と標準状態を示す
絶対温度と標準状態におけるコレクタに依存する気体の
密度とコレクタ内圧力とコレクタ内温度とから求められ
ることを特徴とする。

【００１５】請求項７に係る発明では、請求項５に係る
発明において、前記シリンダに吸入される新気量は、コ
レクタに吸入されるガスがシリンダに吸入されるまでの
動特性を推定するコレクタ動特性推定部の出力に基づい
て、コレクタに吸入される新気量から求められることを
特徴とする。請求項８に係る発明では、請求項４又は請
求項６に係る発明において、前記体積効率は、機関回転
速度とコレクタ内圧力とから求められることを特徴とす
る。

【００１６】請求項９に係る発明では、請求項６に係る
発明において、前記コレクタ内温度は、燃料噴射量とシ
リンダに吸入されるＥＧＲ量とシリンダに吸入される新
気量とから求められることを特徴とする。請求項10に係
る発明では、請求項７に係る発明において、前記コレク
タに吸入される新気量は、吸気絞り弁開口面積とコレク
タ内圧力と大気圧と大気密度とから求められることを特
徴とする。

【００１７】請求項11に係る発明では、請求項６に係る
発明において、前記コレクタ内温度は、センサを用いて
測定することを特徴とする。請求項12に係る発明では、
請求項４に係る発明において、前記体積効率に、所定の
定数を用いることを特徴とする。請求項13に係る発明で
は、請求項６に係る発明において、前記体積効率と前記
標準状態におけるコレクタに依存する気体の密度との少
なくとも一方に、所定の定数を用いることを特徴とす
る。

【００１８】請求項14に係る発明では、請求項10に係る
発明において、前記大気圧と前記大気密度との少なくと
も一方に、所定の定数を用いることを特徴とする。尚、
コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量を演算し、従来例
及び先願１に対して、本発明と同様の効果を狙ったもの
として、特願平７−２０９５２７号（以下「先願２」と
いう）があるが、本発明は、以下の点で異なる。

【００１９】先願２では、目標ＥＧＲ弁開度は、コレク
タに吸入させたい目標ＥＧＲ量と、ＥＧＲ弁前後の差圧
とを用いて演算しているが、本発明では、コレクタに吸
入させたい目標ＥＧＲ量と、コレクタに吸入されるＥＧ
Ｒ量とを用いて演算しているという点で異なる。この結
果、先願２では、ＥＧＲ管、ＥＧＲ弁の製造ばらつき
や、ＥＧＲ弁の排気によるつまり等によって、ＥＧＲ弁
における流路面積が確保されていない場合、又は逆の場
合において、目標ＥＧＲ弁開度を補正するフィードバッ
ク機構は存在せず、これによってＥＧＲ率の制御性能が
悪化する。一方、本発明では、コレクタに吸入されるＥ
ＧＲ量をコレクタに吸入させたいＥＧＲ量と比較して、
目標ＥＧＲ弁開度の補正を行っているため、上記のよう
なＥＧＲ管、ＥＧＲ弁の製造ばらつきや、ＥＧＲ弁の排
気によるつまり等によって、ＥＧＲ率の制御性能は悪化
しないという効果がある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の基本的構成を示す
ブロック図である（請求項１に対応）。内燃機関として
は、ディーゼル機関を想定している。図中１は目標ＥＧ
Ｒ率設定部、２は目標シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部（第
１の目標ＥＧＲ量演算部）、３は目標コレクタ吸入ＥＧ
Ｒ量演算部（第２の目標ＥＧＲ量演算部）、４は目標Ｅ
ＧＲ弁開度演算部、５はＥＧＲ弁操作部、６はディーゼ
ル機関である。

【００２１】目標ＥＧＲ率設定部１は、機関運転状態に
応じて、目標ＥＧＲ率を設定する。目標シリンダ吸入Ｅ
ＧＲ量演算部（第１の目標ＥＧＲ量演算部）２は、目標
ＥＧＲ率設定部１により設定された目標ＥＧＲ率と、シ
リンダに吸入される新気量（測定値又は予測値）とか
ら、シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量を演算する。

【００２２】目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部（第２の
目標ＥＧＲ量演算部）３は、目標シリンダ吸入ＥＧＲ量
演算部３により演算されたシリンダに吸入させたい目標
ＥＧＲ量に対し、位相進み補償（進み処理）を行って、
コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量を演算する。目標
ＥＧＲ弁開度演算部４は、目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演
算部３により演算されたコレクタに吸入させたい目標Ｅ
ＧＲ量と、実際にコレクタに吸入されるＥＧＲ量（測定
値又は予測値）とから、これらを一致させるように、目
標ＥＧＲ弁開度を演算する。

【００２３】ＥＧＲ弁操作部５は、目標ＥＧＲ弁開度と
なるようにＥＧＲ弁を操作する。上記のごとく、目標Ｅ
ＧＲ率の達成に必要なシリンダに吸入させたい目標ＥＧ
Ｒ量に対して、所定の位相進み補償を行うことにより、
コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量を求め、実際にコ
レクタに吸入されるＥＧＲ量の測定値又は予測値がコレ
クタに吸入させたい目標ＥＧＲ量に近づくように、目標
ＥＧＲ弁開度を演算して、ＥＧＲ弁を操作する。

【００２４】コレクタに吸入されるＥＧＲ量が、コレク
タに吸入させたい目標ＥＧＲ量に一致した場合、位相進
み補償として、シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量か
ら実際にシリンダに吸入されるＥＧＲ量までの応答特性
を任意に設定可能な位相進み補償を用いることで、ＥＧ
Ｒ率の制御性能は更に向上する。位相進み補償について
図２及び図３を用いて説明する。以下、コレクタに吸入
されるＥＧＲ量をＱｅ、シリンダに吸入されるＥＧＲ量
をＱce、コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量をＭＱ
ｅ、シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量をＭＱceとす
る。

【００２５】図２に示すように、シリンダ吸入ＥＧＲ量
Ｑceはコレクタ吸入ＥＧＲ量Ｑｅに対して一次遅れの関
係にある。目標シリンダ吸入ＥＧＲ量ＭＱceを図３に示
すように極力ステップ的に増加させたい場合、目標シリ
ンダ吸入ＥＧＲ量Ｑceは図３でＣよりＤがより望まし
い。この場合、目標コレクタ吸入ＥＧＲ量ＭＱｅは図３
でＡからＢの方向に移動する。しかし、コレクタ吸入Ｅ
ＧＲ量Ｑｅを目標コレクタ吸入ＥＧＲ量ＭＱｅに追従さ
せるには、ＥＧＲ弁に、より速い動作速度と、より大き
な開口面積が要求され、ハードウェア的に限界がある。

【００２６】この点、目標シリンダ吸入ＥＧＲ量ＭＱce
から目標コレクタ吸入ＥＧＲ量ＭＱｅを演算する本発明
における位相進み補償は、実際に使用するＥＧＲ弁の性
能に合わせて、理想とする目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｍ
Ｑceに対して、現実的なシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑceの特
性を設定できるという特長がある。図４に、コレクタに
吸入されるＥＧＲ量を推定する方法をブロック図で示す
（請求項３〜６，13に対応）。

【００２７】図中11はシリンダ吸入混合気量演算部、12
はシリンダ吸入ＥＧＲ量演算部、13はコレクタ動特性推
定部、14はコレクタ吸入ＥＧＲ量演算部である。シリン
ダ吸入混合気量演算部11は、体積効率と機関回転速度と
コレクタ内圧力とコレクタ内温度とから、シリンダに吸
入される混合気量（シリンダに入る気体の総流量）を演
算する（請求項６に相当）。尚、行程容積と標準状態を
示す絶対圧力と標準状態を示す絶対温度は定数として与
える。また、標準状態におけるコレクタに存在する気体
の密度も定数として与える（請求項13に相当）。

【００２８】シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部12は、シリン
ダに吸入される混合気量と、シリンダに吸入される新気
量とから、シリンダに吸入されるＥＧＲ量を演算する
（請求項５に相当）。コレクタ動特性推定部13は、機関
回転速度と体積効率とから、コレクタに吸入されるガス
がシリンダに吸入されるまでの動特性（以下「コレクタ
動特性」という）を演算する（請求項４に相当）。尚、
コレクタ容積と行程容積は定数として与える。

【００２９】コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部14は、シリン
ダに吸入されるＥＧＲ量に対し、コレクタ動特性に基づ
いて位相進み補償を行うことによって、コレクタに吸入
されるＥＧＲ量を演算する（請求項３に相当）。以下に
本発明の更に詳細な実施例を説明する。図５は本発明の
第１の実施例を示している（請求項１〜９を適用）。内
燃機関としては、ディーゼル機関を想定している。

【００３０】図中１は目標ＥＧＲ率設定部、２は目標シ
リンダ吸入ＥＧＲ量演算部（第１の目標ＥＧＲ量演算
部）、３は目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部（第２の目
標ＥＧＲ量演算部）、４は目標ＥＧＲ弁開度演算部、５
はＥＧＲ弁操作部、６はディーゼル機関である。また、
11はシリンダ吸入混合気量演算部、12はシリンダ吸入Ｅ
ＧＲ量演算部、13はコレクタ動特性推定部、14はコレク
タ吸入ＥＧＲ量演算部である。

【００３１】更に、15はコレクタ吸入新気量検出手段、
16は機関回転速度検出手段、17はコレクタ内圧力検出手
段、18は燃料噴射量検出手段、19はシリンダ吸入新気量
演算部、20はコレクタ内温度推定部、21は体積効率推定
部、22は応答特性設定部（シリンダ吸入ＥＧＲ量応答特
性設定部）である。以下に各要素について説明するが、
４気筒ディーゼル機関を想定して説明する。

【００３２】尚、以降で行う計算は全て時間同期で行う
ものとする。また、計算式中のＺはＺ変換の演算子で、
Ｚ^-1は１演算遅れを表す。また、コレクタ吸入新気量検
出手段15、機関回転速度検出手段16、コレクタ内圧力検
出手段19、燃料噴射量検出手段18については、それぞ
れ、センサを用いるなどして、コレクタに吸入される新
気量、機関回転速度、コレクタ内圧力、燃料噴射量を検
出するだけであるので、説明は省略する。 〔目標ＥＧＲ率設定部１〕目標ＥＧＲ率設定部１は、機
関運転状態に応じて、目標ＥＧＲ率を設定する。 〔シリンダ吸入混合気量演算部11〕シリンダ吸入混合気
量演算部11は、機関回転速度検出手段16の出力である機
関回転速度と、体積効率推定部21の出力である体積効率
と、コレクタ内圧力検出手段17の出力であるコレクタ内
圧力と、コレクタ内温度推定部20の出力であるコレクタ
内温度とを用いて、例えば（１）式により、シリンダに
吸入される混合気量Ｑｏを演算する（請求項６に相
当）。

【００３３】 Ｑｏ＝（ηｖ×Ｐcol ×Ｔｏ×ρcol ×Ｖcyl ×Ｎｅ） ／（30×Ｐｏ×Ｚ^-1Ｔcol ） ・・・（１） Ｑｏ ：シリンダに吸入される混合気量（Kg/sec） Ｎｅ ：機関回転速度（rpm ） ηｖ ：体積効率 Ｖcyl ：行程容積（m³） ρcol ：標準状態でのコレクタに存在する気体の密度
（Kg/m³ ） Ｐcol ：コレクタ内圧力（Pa） Ｔcol ：コレクタ内温度（Ｋ） Ｐｏ ：標準状態を示す絶対圧力（Pa） Ｔｏ ：標準状態を示す絶対温度（Ｋ） ここで、行程容積Ｖcyl 、標準状態を示す絶対圧力Ｐ
ｏ、標準状態を示す絶対温度Ｔｏは、定数として与え
る。標準状態でのコレクタに存在する気体の密度ρcol
は、センシングしてもよいし、標準的な値を与えてもよ
い。尚、ρcol はほぼ定数として見做せ、ρcol として
標準的な値を用いる場合、請求項13に相当する。 〔コレクタ動特性推定部13〕コレクタ動特性推定部13
は、体積効率推定部21の出力である体積効率と、機関回
転速度検出手段16の出力である機関回転速度とを用い
て、例えば（２）式により、コレクタによって生じる動
特性の時定数τａを演算する（請求項４に相当）。

【００３４】 τａ＝（30×Ｖcol ）／（Ｎｅ×Ｖcyl ×ηｖ） ・・・（２） τａ：コレクタによって生じる動特性の時定数（sec ） Ｖcol ：コレクタ容積（m³） Ｖcyl ：行程容積（m³） Ｎｅ：機関回転速度（rpm ） ηｖ：体積効率 ここで、コレクタ容積Ｖcol 、行程容積Ｖcyl は定数と
して与える。尚、コレクタ容積とは、ＥＧＲ弁、吸気絞
り弁、吸気弁で囲まれた容積を表す。 〔シリンダ吸入新気量演算部19〕シリンダ吸入新気量演
算部19は、コレクタ吸入新気量検出手段15の出力である
コレクタに吸入される新気量と、コレクタ動特性推定部
13の出力であるコレクタによって生じる動特性の時定数
とを用いて、例えば（３）式により、シリンダに吸入さ
れる新気量Ｑcwを演算する（請求項７に相当）。

【００３５】（３）式は時定数τａで表される一次遅れ
の関係を、離散系の式を用いて表したものである。 Ｑcw＝exp(−Δｔ／τａ）×（Ｚ^-1Ｑcw）＋〔１−exp(−Δｔ／τａ）〕 ×（Ｚ^-1Ｑｗ） ・・・（３） Ｑcw：シリンダに吸入される新気量（Kg/sec） Ｑｗ：コレクタに吸入される新気量（Kg/sec） τａ：コレクタによって生じる動特性の時定数（sec ） Δｔ：サンプリングタイム（sec ） ここで、Δｔは定数として与える。 〔シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部12〕シリンダ吸入ＥＧＲ
量演算部12は、シリンダ吸入混合気量演算部11の出力で
あるシリンダに吸入される混合気量と、シリンダ吸入新
気量演算部19の出力であるシリンダに吸入される新気量
とを用いて、例えば（４）式により、シリンダに吸入さ
れるＥＧＲ量Ｑceを演算する（請求項５に相当）。

【００３６】 Ｑce＝Ｑｏ−Ｑcw ・・・（４） Ｑce：シリンダに吸入されるＥＧＲ量（Kg/sec） Ｑｏ：シリンダに吸入される混合気量（Kg/sec） Ｑcw：シリンダに吸入される新気量（Kg/sec） 〔コレクタ内温度推定部20〕コレクタ内温度推定部20
は、シリンダ吸入新気量演算部19の出力であるシリンダ
に吸入される新気量Ｑcwと、シリンダ吸入ＥＧＲ量演算
部12の出力であるシリンダに吸入されるＥＧＲ量Ｑceと
から、新気とＥＧＲガスとの比 ratio（％）＝Ｑce／Ｑ
cwを計算する。そして、この比ratio と、燃料噴射量検
出手段18の出力である燃料噴射量Ｑｆ（×10^-6Kg/st ）
とから、予め用意されたマップを参照して、コレクタ内
温度Ｔcol を推定する（請求項９に相当）。

【００３７】コレクタ内温度推定用のマップの例を図６
に示す。 〔コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部14〕コレクタ吸入ＥＧＲ
量演算部14は、シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部12の出力で
あるシリンダに吸入されるＥＧＲ量と、コレクタ動特性
推定部13の出力であるコレクタによって生じる動特性の
定数とを用いて、例えば（５），（６）式により、コレ
クタに吸入されるＥＧＲ量Ｑｅを演算する（請求項３に
相当）。

【００３８】（５），（６）式は、位相進み補償を離散
時間系の式を用いて表したものである。 Ｑｅ＝（τａ／τｃ）×Ｑce−（τａ／τｃ−１）×Ｒ ・・・（５） ここで、 Ｒ＝exp(−Δｔ／τｃ）×（Ｚ^-1Ｒ）＋〔１−exp(−Δｔ／τｃ）〕 ×（Ｚ^-1Ｑce） ・・・（６） Ｑｅ：コレクタに吸入されるＥＧＲ量（Kg/sec） Ｑce：シリンダに吸入されるＥＧＲ量（Kg/sec） τａ：コレクタによって生じる動特性の時定数（sec ） τｃ：コレクタ吸入ＥＧＲ量予測時定数（sec ） Δｔ：サンプリングタイム（sec ） ここで、Δｔは定数として与える。

【００３９】τｃは、予測値として演算されるコレクタ
に吸入されるＥＧＲ量の実際値に対する遅れの時定数を
表し、（７）式の関係を満たすように設定される。 ０＜τｃ＜τａ ・・・（７） 尚、τｃが小さい程、予測遅れは減少するが、外乱に対
する影響を受けやすくなる。

【００４０】コレクタに吸入されるＥＧＲ量の実際値と
予測値との関係は、シリンダに吸入されるＥＧＲ量を介
して、図７（コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部の説明図）の
ようになる。図７は、入出力の関係を連続時間の伝達関
数を用いて表したもので、ｓはラプラス演算子を表す。
本来、シリンダに吸入されるＥＧＲ量は、コレクタに吸
入されるＥＧＲ量に対し、図７前段のブロックのよう
に、τａなる時定数の一次遅れに近似できる。

【００４１】コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部14では、コレ
クタに吸入されるＥＧＲ量を予測するために、図７後段
のブロックの伝達関数を用いて演算した。これによっ
て、コレクタに吸入されるＥＧＲ量の予測値は実際値に
対して、τｃなる設定された時定数の一次遅れとなる。 〔目標シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部２〕目標シリンダ吸
入ＥＧＲ量演算部２は、目標ＥＧＲ量設定部１の出力で
ある目標ＥＧＲ率と、シリンダ吸入新気量演算部19の出
力であるシリンダに吸入される新気量とを用いて、例え
ば（８）式により、シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ
量ＭＱceを演算する（請求項１に相当）。

【００４２】 ＭＱce＝（Ｍegr ／100 ）×Ｑcw ・・・（８） ＭＱce：シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量（Kg/se
c） Ｍegr ：目標ＥＧＲ率（％） Ｑcw ：シリンダに吸入される新気量 〔目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部３〕目標コレクタ吸
入ＥＧＲ量演算部３は、目標シリンダ吸入ＥＧＲ量演算
部２の出力であるシリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量
と、コレクタ動特性推定部13の出力であるコレクタによ
って生じる動特性の時定数と、応答特性設定部22の出力
である応答特性の時定数とを用いて、例えば（９），
（10）式により、コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量
ＭＱｅを演算する（請求項１，２に相当）。

【００４３】（９），（10）式は、位相進み補償を離散
時間系の式を用いて表したものである。 ＭＱｅ＝（τａ／τｂ）×ＭＱce−（τａ／τｂ−１）×Ｌ ・・・（９） ここで、 Ｌ＝exp(−Δｔ／τｂ）×（Ｚ^-1Ｌ）＋〔１−exp(−Δｔ／τｂ）〕 ×（Ｚ^-1ＭＱce） ・・・（10） ＭＱｅ：コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量（Kg/se
c） ＭＱce：シリンダに吸入させたい目標ＥＧＲ量（Kg/se
c） τａ ：コレクタによって生じる動特性の時定数（sec
） τｂ ：応答特性の時定数（sec ） Δｔ ：サンプリングタイム（sec ） ここで、Δｔは定数として与える。 〔応答特性設定部17〕応答特性設定部17は、シリンダに
吸入させたい目標ＥＧＲ量から、実際にシリンダに吸入
されるＥＧＲ量の応答特性の時定数τｂを設定する（請
求項２に相当）。

【００４４】このとき、（11）式のように、コレクタ動
特性推定部13の出力であるコレクタによって生じる動特
性の時定数τａより小さな正数となるようにする。 ０＜τｂ＜τａ ・・・（11） τｂ：応答特性の時定数（sec ） τａ：コレクタによって生じる動特性の時定数（sec ） 尚、τｂが小さい程、応答特性が向上するが、ＥＧＲ弁
に速い動作速度と、大きな開口面積とが要求される。 〔体積効率推定部21〕体積効率推定部21は、コレクタ内
圧力検出手段17の出力であるコレクタ内圧力Ｐcol と、
機関回転速度検出手段16の出力である機関回転速度Ｎｅ
とから、予め用意されたマップを参照して、体積効率η
ｖを推定する（請求項８に相当）。

【００４５】体積効率推定用のマップの例を図８に示
す。尚、体積効率推定部21の出力を、コレクタ内圧力と
機関回転速度とを用いないで、所定の定数としてもよい
（請求項12，13に相当）。 〔目標ＥＧＲ弁開度演算部４〕目標ＥＧＲ弁開度演算部
４は、コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部14の出力であるコレ
クタに吸入されるＥＧＲ量と、目標コレクタ吸入ＥＧＲ
量演算部３の出力であるコレクタに吸入させたい目標Ｅ
ＧＲ量とを用いて、例えば（12），（13）式により、目
標ＥＧＲ弁開度Ａegr を演算する（請求項１に相当）。
積分を差分表現して、ＰＩ制御を行っている。

【００４６】 Ａegr ＝Ｋｐ×（ＭＱｅ−Ｑｅ）＋Ｙ ・・・（12） ここで、 Ｙ＝Ｚ^-1Ｙ＋Δｔ×Ｋｉ×Ｚ^-1（ＭＱｅ−Ｑｅ） ・・・（13） Ａegr ：目標ＥＧＲ弁開度 ＭＱｅ：コレクタに吸入させたい目標ＥＧＲ量（Kg/se
c） Ｑｅ ：コレクタに吸入されるＥＧＲ量（Kg/sec） Δｔ ：サンプリングタイム（sec ） Ｋｐ ：比例ゲイン Ｋｉ ：積分ゲイン ここで、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉは、実験及び
シミュレーションにより予め設定しておき、機関運転状
態によって変化させてもよい。 〔ＥＧＲ弁操作部５〕ＥＧＲ弁操作部５は、目標ＥＧＲ
弁開度となるようにＥＧＲ弁を操作する。

【００４７】次に、シミレーション結果について説明す
る。図９に、従来例による、目標ＥＧＲ率と、実ＥＧＲ
率と、予測ＥＧＲ率のシミュレーション結果を示す。ま
た、図10に、第１の実施例による、目標ＥＧＲ率と、実
ＥＧＲ率と、予測ＥＧＲ率のシミュレーション結果を示
す。共に、７秒の時点から加速した場合を想定してい
る。

【００４８】図９と図10との比較から、第１の実施例
（図10）の方がＥＧＲ率の予測精度が高いことがわか
る。予測精度の向上によって、実ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ
率に対する追従性も向上していることがわかる。次に、
本発明の第２の実施例を説明する。図11は本発明の第２
の実施例を示している（請求項１〜10を適用）。

【００４９】この第２の実施例は、第１の実施例に対し
て、コレクタに吸入される新気量を演算によって求める
ものである。よって、第１の実施例のコレクタ吸入新気
量検出手段15の代わりに、吸気絞り弁開口面積検出手段
31と、コレクタ吸入新気量演算部32とが設けられる。吸
気絞り弁開口面積検出手段31は、吸気絞り弁開口面積を
検出する。

【００５０】コレクタ吸入新気量演算部32は、コレクタ
内圧力検出手段17の出力であるコレクタ内圧力と、吸気
絞り弁開口面積検出手段31の出力である吸気絞り弁開口
面積とを用いて、例えば（14）式により、コレクタに吸
入される新気量Ｑｗを演算する（請求項10に相当）。
（14）式は、吸気絞り弁上流の圧力を大気圧、吸気絞り
弁下流の圧力をコレクタ内圧力として、ベルヌーイの式
から吸気絞り弁通過流量を求め、これをコレクタに吸入
される新気量としたものである。

【００５１】 Ｑｗ＝〔２×（Ｐａ−Ｐcol ）×ρａ〕^1/2 ×Ｓtvo ・・・（14） Ｑｗ ：コレクタに吸入される新気量（Kg/sec） Ｐcol ：コレクタ内圧力（Pa） Ｐａ ：大気圧（Pa） ρａ ：大気密度（Kg/m³ ） Ｓtvo ：吸気絞り弁開口面積（m²） 尚、大気圧Ｐａ、大気密度ρａは、センシングしてもよ
いし、標準的な値を与えてもよい。Ｐａ、ρａとして標
準的な値を用いる場合、請求項14に相当する。

【００５２】その他は同じである。次に、本発明の第３
の実施例を説明する。図12は本発明の第３の実施例を示
している（請求項１〜９，11を適用）。この第３の実施
例は、第１の実施例に対して、コレクタ内温度をセンサ
で測定するものである。

【００５３】よって、第１の実施例の燃料噴射量検出手
段18及びコレクタ内温度推定部20の代わりに、コレクタ
内温度をセンサを用いて検出するコレクタ内温度検出手
段33が設けられる。その他は同じである。次に、本発明
の第４の実施例を説明する。

【００５４】図13は本発明の第４の実施例を示している
（請求項１〜11を適用）。この第４の実施例は、第２の
実施例に対して、コレクタ内温度をセンサで測定するも
のである。よって、第２の実施例の燃料噴射量検出手段
18及びコレクタ内温度推定部20の代わりに、コレクタ内
温度をセンサを用いて検出するコレクタ内温度検出手段
33が設けられる。

【００５５】その他は同じである。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
に係る発明）によれば、コレクタに吸入される新気量、
及びＥＧＲ量がシリンダに吸入されるまでの遅れを考慮
したことによって、ＥＧＲ制御精度を向上でき、これに
よって、ＮＯｘ、黒煙の発生を低減できる等の効果が得
られる。

【００５７】また、本発明と、従来例（及び先願１）
と、先願２との違いは、それぞれ図14に示すような入力
から目標ＥＧＲ弁開度を演算しているという点である。
従来例（及び先願１）では、目標ＥＧＲ率の予測ＥＧＲ
率との差に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を求めており、Ｅ
ＧＲ率はシリンダ内の新気とＥＧＲガスとの比であるの
に対して、ＥＧＲ弁はコレクタに吸入されるＥＧＲ量を
制御しているので、コレクタに吸入されるガスがシリン
ダに吸入されるまでの動特性があり、遅れが生じる。つ
まり、予測ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との差に基づいてＥ
ＧＲ弁を制御しても、上記動特性の分だけ、結果の反映
が遅くなり、この遅れが制御性能の限界を生むという問
題がある。

【００５８】この点、本発明では、このような問題を解
消できる。先願２では、コレクタに吸入させたい目標Ｅ
ＧＲ量と、ＥＧＲ弁前後の差圧とを用いて、目標ＥＧＲ
弁開度を演算しており、この結果、ＥＧＲ管、ＥＧＲ弁
の製造ばらつきや、ＥＧＲ弁の排気によるつまり等によ
って、ＥＧＲ弁における流路面積が確保されていない場
合、これを補正するフィードバック機構が存在しないた
めに、ＥＧＲ率の制御性能が悪化する。

【００５９】この点、本発明では、コレクタに吸入され
るＥＧＲ量をコレクタに吸入させたいＥＧＲ量と比較し
て、目標ＥＧＲ弁開度の補正を行っていて、言い換えれ
ばコレクタに吸入されるＥＧＲ量をフィードバックして
いるために、上記のような特性の変化に対し、これを補
正することができる。図15に、目標ＥＧＲ弁開度に対し
て、実際のＥＧＲ弁開度が70％のときの、実ＥＧＲ率の
目標ＥＧＲ率に対する追従性能の、先願２と本発明（第
１の実施例）との比較シミュレーションを示す。共に９
秒の時点から加速した場合を想定している。図15から、
本発明の方が追従性能が高いことがわかる。

【００６０】請求項２〜請求項14に係る発明は、請求項
１に係る発明の効果に対して、更に以下のような特徴が
ある。請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明にお
ける第２の目標ＥＧＲ量の演算方法を特定したものであ
る。請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明におけ
るコレクタに吸入されるＥＧＲ量を測定する場合に比べ
て、測定手段が不要になる。

【００６１】請求項４に係る発明は、請求項２又は請求
項３に係る発明におけるコレクタ動特性を特定したもの
である。請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明に
おけるシリンダに吸入されるＥＧＲ量を測定する場合に
比べて、測定手段が不要となる。請求項６に係る発明
は、請求項５に係る発明におけるシリンダに吸入される
混合気量を測定する場合に比べて、測定手段が不要とな
る。

【００６２】請求項７に係る発明は、請求項５に係る発
明におけるシリンダに吸入される新気量を測定する場合
に比べて、測定手段が不要となる。請求項８に係る発明
は、請求項４又は請求項６に係る発明における体積効率
を推定する方法を特定したものである。請求項９に係る
発明は、請求項６に係る発明におけるコレクタ内温度を
測定する場合に比べて、測定手段が不要になる。

【００６３】請求項10に係る発明は、請求項７に係る発
明におけるコレクタに吸入される新気量を測定する場合
に比べて、測定手段が不要となる。請求項11に係る発明
は、請求項６に係る発明におけるコレクタ内温度を推定
する場合に比べて、推定手段が不要になる。請求項12に
係る発明は、請求項４に係る発明における体積効率を推
定する場合に比べて、推定手段が不要になる。

【００６４】請求項13に係る発明は、請求項６に係る発
明における体積効率やコレクタ内密度を推定したり測定
する場合に比べて、推定手段や測定手段が不要になる。
請求項14に係る発明は、請求項10に係る発明にける大気
圧や大気密度を測定する場合に比べて、測定手段が不要
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的構成を示すブロック図

【図２】 位相進み補償の説明図（１）

【図３】 位相進み補償の説明図（２）

【図４】 コレクタ吸入ＥＧＲ量推定方法のブロック図

【図５】 本発明の第１の実施例を示すブロック図

【図６】 コレクタ内温度推定用のマップの例を示す図

【図７】 コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部の説明図

【図８】 体積効率推定用のマップの例を示す図

【図９】 従来例によるシミュレーション結果を示す図

【図10】 第１の実施例によるシミュレーション結果を
示す図

【図11】 本発明の第２の実施例を示すブロック図

【図12】 本発明の第３の実施例を示すブロック図

【図13】 本発明の第４の実施例を示すブロック図

【図14】 本発明と従来例等との目標ＥＧＲ弁開度演算
部の入力の違いの説明図

【図15】 先願２と本発明との比較シミュレーション結
果を示す図

【図16】 従来例の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ 目標ＥＧＲ率設定部 ２ 目標シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部（第１の目標ＥＧ
Ｒ量演算部） ３ 目標コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部（第２の目標ＥＧ
Ｒ量演算部） ４ 目標ＥＧＲ弁開度演算部 ５ ＥＧＲ弁操作部 ６ ディーゼル機関 11 シリンダ吸入混合気量演算部 12 シリンダ吸入ＥＧＲ量演算部 13 コレクタ動特性推定部 14 コレクタ吸入ＥＧＲ量演算部 15 コレクタ吸入新気量検出手段 16 機関回転速度検出手段 17 コレクタ内圧力検出手段 18 燃料噴射量検出手段 19 シリンダ吸入新気量演算部 20 コレクタ内温度推定部 21 体積効率推定部 22 シリンダ吸入ＥＧＲ量応答特性設定部 31 吸気絞り弁開口面積検出手段 32 コレクタ吸入新気量演算部 33 コレクタ内温度検出手段

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ
   通路に設けられたＥＧＲ弁を介して排気の一部を吸気中
   に還流する内燃機関のＥＧＲ制御装置において、 機関運転状態に応じて目標ＥＧＲ率を設定する目標ＥＧ
   Ｒ率設定部と、 前記目標ＥＧＲ率とシリンダに吸入される新気量とか
   ら、シリンダに吸入させたい第１の目標ＥＧＲ量を演算
   する第１の目標ＥＧＲ量演算部と、 前記第１の目標ＥＧＲ量に位相進み補償を行って、コレ
   クタに吸入させたい第２の目標ＥＧＲ量を演算する第２
   の目標ＥＧＲ量演算部と、 前記第２の目標ＥＧＲ量と実際にコレクタに吸入される
   ＥＧＲ量とから、目標ＥＧＲ弁開度を演算する目標ＥＧ
   Ｒ弁開度演算部と、 前記目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁を操作する
   ＥＧＲ弁操作部と、 を含んで構成される内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 【請求項２】前記第２の目標ＥＧＲ量演算部は、前記第
   １の目標ＥＧＲ量と実際にシリンダに吸入されるＥＧＲ
   量との間の応答特性を設定するシリンダ吸入ＥＧＲ量応
   答特性設定部の出力と、コレクタに吸入されるガスがシ
   リンダに吸入されるまでの動特性を推定するコレクタ動
   特性推定部の出力とに基づいて、前記第１の目標ＥＧＲ
   量から前記第２の目標ＥＧＲ量を演算するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＥＧＲ制御装
   置。
3. 【請求項３】前記コレクタに吸入されるＥＧＲ量は、コ
   レクタに吸入されるガスがシリンダに吸入されるまでの
   動特性を推定するコレクタ動特性推定部の出力に基づい
   て、シリンダに吸入されるＥＧＲ量に位相進み補償を行
   うことによって求められることを特徴とする請求項１記
   載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 【請求項４】前記コレクタ動特性推定部は、機関回転速
   度と体積効率とコレクタ容積と行程容積とから、コレク
   タ動特性を推定するものであることを特徴とする請求項
   ２又は請求項３記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 【請求項５】前記シリンダに吸入されるＥＧＲ量は、シ
   リンダに吸入される混合気量とシリンダに吸入される新
   気量とから求められることを特徴とする請求項３記載の
   内燃機関のＥＧＲ制御装置。
6. 【請求項６】前記シリンダに吸入される混合気量は、体
   積効率と行程容積と機関回転速度と標準状態を示す絶対
   圧力と標準状態を示す絶対温度と標準状態におけるコレ
   クタに依存する気体の密度とコレクタ内圧力とコレクタ
   内温度とから求められることを特徴とする請求項５記載
   の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
7. 【請求項７】前記シリンダに吸入される新気量は、コレ
   クタに吸入されるガスがシリンダに吸入されるまでの動
   特性を推定するコレクタ動特性推定部の出力に基づい
   て、コレクタに吸入される新気量から求められることを
   特徴とする請求項１又は請求項５記載の内燃機関のＥＧ
   Ｒ制御装置。
8. 【請求項８】前記体積効率は、機関回転速度とコレクタ
   内圧力とから求められることを特徴とする請求項４又は
   請求項６記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
9. 【請求項９】前記コレクタ内温度は、燃料噴射量とシリ
   ンダに吸入されるＥＧＲ量とシリンダに吸入される新気
   量とから求められることを特徴とする請求項６記載の内
   燃機関のＥＧＲ制御装置。
10. 【請求項10】前記コレクタに吸入される新気量は、吸気
    絞り弁開口面積とコレクタ内圧力と大気圧と大気密度と
    から求められることを特徴とする請求項７記載の内燃機
    関のＥＧＲ制御装置。
11. 【請求項11】前記コレクタ内温度は、センサを用いて測
    定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関のＥＧ
    Ｒ制御装置。
12. 【請求項12】前記体積効率に、所定の定数を用いること
    を特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲ制御装
    置。
13. 【請求項13】前記体積効率と前記標準状態におけるコレ
    クタに依存する気体の密度との少なくとも一方に、所定
    の定数を用いることを特徴とする請求項６記載の内燃機
    関のＥＧＲ制御装置。
14. 【請求項14】前記大気圧と前記大気密度との少なくとも
    一方に、所定の定数を用いることを特徴とする請求項10
    記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。