JP2012246850A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止できるようにする。
【解決手段】筒内流入ＥＧＲガス量（筒内に流入するＥＧＲガス量）を推定して、この筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて正常燃焼可能な吸入空気量の下限値である正常燃焼下限値を算出し、吸入空気量が正常燃焼下限値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行すると共に、この失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。更に、エンジン１１の減速時に燃料噴射を停止する燃料カット制御中にスロットル開度を開き側（例えば全開）に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行すると共に、このＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費向上、ノック（ノッキング）や排気エミッションの低減等を目的として、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を搭載するようにしたものがある。

しかし、ＥＧＲ装置を搭載した内燃機関は、減速時にスロットル開度（スロットルバルブの開度）を閉じ側に制御したときに、ＥＧＲ弁を閉弁するようにしても、ＥＧＲ弁の下流側のＥＧＲ通路内や吸気通路内にＥＧＲガスが滞留する（特にスロットルバルブの上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させるシステムでは、スロットルバルブの上流側の吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留する）ため、減速時やその後の再加速時に筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって燃焼状態が悪化して失火が発生し易くなるという問題がある。

この対策として、例えば、特許文献１（特開２０１０−３６７８０号公報）に記載されているように、減速要求があるときにスロットル開度を失火限界閉止速度よりも遅い速度で閉じることで、吸気通路にＥＧＲガスが大量に還流されることを防止して、燃焼悪化を抑制するようにしたものがある。

特開２０１０−３６７８０号公報

ところで、減速直前の運転状態によっては減速開始時に既に吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留していることもある。しかし、上記特許文献１の技術は、減速時にスロットル開度を失火限界閉止速度よりも遅い速度で閉じることで吸気管圧力の急低下（吸気管負圧の急増加）を抑制してＥＧＲガスの吸い込みを抑制する技術であり、減速開始時に既に吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留している場合には、筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって失火が発生する可能性がある。また、減速後の再加速時まで吸気通路内にＥＧＲガスが滞留している場合に対応することができず、再加速時に失火が発生する可能性もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の吸入空気量又はトルク（以下これらを「吸入空気量情報」と総称する）を検出又は算出する吸入空気量情報判定手段と、内燃機関の運転状態に基づいて正常燃焼可能（失火せずに燃焼可能）な吸入空気量情報の閾値（以下「正常燃焼閾値」という）を算出する正常燃焼閾値算出手段と、吸入空気量情報が正常燃焼閾値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する失火回避制御手段とを備えた構成としたものである。

内燃機関の運転状態に応じて筒内流入ＥＧＲガス量（筒内に流入するＥＧＲガス量）が変化して正常燃焼閾値（正常燃焼可能な吸入空気量情報の閾値）が変化するため、内燃機関の運転状態に基づいて正常燃焼閾値を算出することができる。そして、吸入空気量情報が正常燃焼閾値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行することで、減速時や再加速時に拘らず、吸入空気量情報を正常燃焼閾値以上に維持することができ、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止することができる。

この場合、請求項２のように、失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御するようにすると良い。このようにすれば、失火回避制御によるトルク増加分（吸入空気量の増加によるトルク増加分）を負荷トルク（例えばオルタネータの負荷トルク）の制御によるトルク減少分で打ち消して、失火回避制御によるトルク変化（トルク増加）を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

また、請求項３のように、内燃機関の筒内に流入する筒内流入ＥＧＲガス量を推定又は検出する筒内流入ＥＧＲガス量判定手段を備え、正常燃焼閾値算出手段は、筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて正常燃焼閾値を算出するようにしても良い。このようにすれば、筒内流入ＥＧＲガス量に応じて変化する正常燃焼閾値（正常燃焼可能な吸入空気量情報の閾値）を精度良く算出することができる。

更に、請求項４のように、失火回避制御の際に吸入空気量情報が正常燃焼閾値よりも大きい側で正常燃焼閾値から所定範囲内に入るようにスロットル開度を制御するようにしても良い。このようにすれば、失火回避制御の際に吸入空気量が過剰に多くなることを防止して、燃費の悪化を防止することができる。

また、内燃機関の減速時に燃料噴射を停止する燃料カット制御中は、燃費への影響を考慮する必要がないため、請求項５のように、内燃機関の減速時に燃料噴射を停止する燃料カット制御中にスロットル開度を開き側に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、燃料カット制御中に吸入空気量を増加させて吸気通路内に滞留するＥＧＲガスを速やかに掃気することができる。

この場合、請求項６のように、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御するようにすると良い。このようにすれば、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分（ポンピングロスの低下によるトルク増加分）を負荷トルク（例えばオルタネータの負荷トルク）の制御によるトルク減少分で打ち消して、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化（トルク増加）を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

更に、請求項７のように、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を負荷トルクの制御で吸収できない場合にスロットル開度を減少させるようにしても良い。このようにすれば、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分を減少させることができて、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を負荷トルクの制御で吸収する（ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消す）ことが可能となり、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を確実に防止することができる。

また、請求項８のように、燃料カット制御中に筒内流入ＥＧＲガス量が所定の閾値以下になったときにＥＧＲガス掃気制御を終了するようにしても良い。このようにすれば、吸気通路内に滞留するＥＧＲガスの掃気がほぼ完了して、筒内流入ＥＧＲガス量が所定の閾値以下になったときに、ＥＧＲガス掃気制御を終了することができ、ＥＧＲガス掃気制御が必要以上に長くなることを防止することができる。

図１は本発明の実施例１における過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２はＥＧＲガスによる減速時や再加速時の失火を説明するタイムチャートである。 図３は実施例１の失火回避制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図４（ａ）は従来の減速時の吸入空気量の挙動を示すタイムチャートであり、図４（ｂ）は実施例１の失火回避制御の実行例を示すタイムチャートである。 図５は筒内流入ＥＧＲガス流量の演算方法を説明するブロック図である。 図６はＥＧＲ弁モデルを説明する図である。 図７はＥＧＲガス遅れモデルを説明するブロック図である。 図８は吸気管移流遅れモデルを説明する図である。 図９は実施例２の失火回避制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は正常燃焼判定値Ａと実行時間Ｂのマップの一例を概念的に示す図である。 図１１（ａ）は従来の減速時の吸入空気量の挙動を示すタイムチャートであり、図１１（ｂ）は実施例２の失火回避制御の実行例を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を過給機付きの内燃機関に適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図８に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて過給機付きのエンジン制御システムの構成を概略的に説明する。

内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４（吸入空気量情報判定手段）が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５（排気通路）には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。

このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。この過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、モータ２０によって開度調節されるスロットルバルブ２１と、このスロットルバルブ２１の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ２２とが設けられている。

更に、スロットルバルブ２１の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラがサージタンク２３（吸気通路）と一体的に設けられている。尚、サージタンク２３やスロットルバルブ２１の上流側にインタークーラを配置するようにしても良い。サージタンク２３には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２４（吸気通路）が設けられ、各気筒毎に筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁（図示せず）が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

エンジン１１の各気筒の排気口には排気マニホールド２５が接続され、各気筒の排気マニホールド２５の下流側の集合部が排気タービン１８の上流側の排気管１５に接続されている。また、排気タービン１８の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路２６が設けられ、この排気バイパス通路２６に、排気バイパス通路２６を開閉するウェイストゲートバルブ２７が設けられている。

このエンジン１１には、排気管１５から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２８が搭載されている。このＥＧＲ装置２８は、排気管１５のうちの触媒１６の下流側と吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側との間にＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ通路）が接続され、このＥＧＲ配管２９に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３０と、ＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁３１が設けられている。このＥＧＲ弁３１は、モータ等のアクチュエータ（図示せず）によって開度が調整され、ＥＧＲ弁３１を開弁することで排気管１５のうちの触媒１６の下流側から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側へＥＧＲガスを還流させるようになっている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング機構３２と、排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング機構３３が設けられている。オルタネータ４８（発電機）は、エンジン１１の動力で回転駆動されて発電するようになっている。このオルタネータ４８の発電制御電流（フィールド電流）をデューティ制御することで、オルタネータ４８の負荷トルクを制御することができる。

その他、エンジン１１には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３４や、クランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３５等が設けられ、クランク角センサ３５の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３６に入力される。このＥＣＵ３６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３６は、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷とエンジン回転速度等）に応じて目標ＥＧＲ率を算出し、この目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁３１の開度を制御する。

しかし、図２に示すように、ＥＧＲ装置２８を搭載したエンジン１１は、減速時にスロットル開度を閉じ側に制御したときに、ＥＧＲ弁３１を閉弁するようにしても、ＥＧＲ弁３１の下流側のＥＧＲ配管２９内や吸気管１２内にＥＧＲガスが滞留する（特にスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路にＥＧＲガスを還流させるシステムでは、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路内に大量のＥＧＲガスが滞留する）ため、そのままでは減速時やその後の再加速時に筒内に流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなって燃焼状態が悪化して失火が発生し易くなるという問題がある。

この対策として、本実施例１では、ＥＣＵ３６により後述する図３の失火回避制御ルーチンを実行することで、図４（ｂ）に示すように、後述する推定方法（図５乃至図８参照）により推定した筒内流入ＥＧＲガス量（筒内に流入するＥＧＲガス量）に基づいて正常燃焼可能（失火せずに燃焼可能）な吸入空気量の下限値である正常燃焼下限値（正常燃焼閾値）を算出し、吸入空気量が正常燃焼下限値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行すると共に、この失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。

更に、エンジン１１の減速時に燃料噴射を停止する燃料カット制御中（Ｆ／Ｃ制御中）にスロットル開度を開き側（例えば全開）に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行すると共に、このＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。

尚、筒内流入ＥＧＲガス量に代えて、筒内流入ＥＧＲ率を用いるようにしても良い。
筒内流入ＥＧＲ率＝（筒内流入ＥＧＲガス量／筒内流入総ガス量）
ここで、筒内流入総ガス量＝筒内流入新気量＋筒内流入ＥＧＲガス量である。

以下、本実施例１でＥＣＵ３６が実行する図３の失火回避制御ルーチンの処理内容を説明する。

［失火回避制御］
図３に示す失火回避制御ルーチンは、ＥＣＵ３６の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう失火回避制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転条件パラメータとして、例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷（吸入空気量や吸気管圧力等）を読み込む。

この後、ステップ１０２に進み、図示しない筒内流入ＥＧＲガス量推定ルーチンを実行することで、後述する推定方法（図５乃至図８参照）により筒内流入ＥＧＲガス量を推定する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう筒内流入ＥＧＲガス量判定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて正常燃焼下限値（正常燃焼可能な吸入空気量の下限値）をマップ又は数式等により算出する。この正常燃焼下限値のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう正常燃焼閾値算出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０４に進み、Ｆ／Ｃ制御中（燃料カット制御中）であるか否かを判定し、Ｆ／Ｃ制御中ではない（つまり燃料噴射中）であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。吸入空気量が正常燃焼下限値よりも小さくなると、失火が発生する可能性があるため、吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が閾値よりも小さいか否かを判定すれば、失火が発生するか否かを予測することができる。

このステップ１０５で、吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が閾値よりも小さいと判定された場合には、ステップ１０６に進み、吸入空気量が正常燃焼下限値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する。具体的には、吸入空気量が正常燃焼下限値よりも大きい側で正常燃焼下限値から所定範囲内に入るようにスロットル開度を制御する。これにより、吸入空気量を正常燃焼下限値以上に維持して、失火を防止する。

この後、ステップ１０７に進み、失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。これにより、失火回避制御によるトルク増加分（吸入空気量の増加によるトルク増加分）を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消して、失火回避制御によるトルク変化（トルク増加）を防止する。

その後、上記ステップ１０５で、吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が閾値以上であると判定された場合には、失火回避制御及び負荷トルク制御を終了する。

一方、上記ステップ１０４で、Ｆ／Ｃ制御中（燃料カット制御中）であると判定された場合には、ステップ１０８に進み、筒内流入ＥＧＲガス量が所定の閾値より多いか否かを判定し、筒内流入ＥＧＲガス量が閾値より多いと判定された場合には、ステップ１０９に進み、スロットル開度を開き側（例えば全開）に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行する。これにより、吸入空気量を増加させて吸気管１２内に滞留するＥＧＲガスを速やかに掃気する。

この後、ステップ１１０に進み、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。これにより、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分（ポンピングロスの低下によるトルク増加分）を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消して、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化（トルク増加）を防止する。

尚、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を負荷トルクの制御で吸収できない場合には、スロットル開度を減少させる。これにより、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分を減少させることができて、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を負荷トルクの制御で吸収する（ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消す）ことが可能となり、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を確実に防止することができる。

その後、上記ステップ１０８で、筒内流入ＥＧＲガス量が閾値以下であると判定されたときに、ＥＧＲガス掃気制御及び負荷トルク制御を終了する。これにより、吸気管１２内に滞留するＥＧＲガスの掃気がほぼ完了して、筒内流入ＥＧＲガス量が閾値以下になったときに、ＥＧＲガス掃気制御を終了することができ、ＥＧＲガス掃気制御が必要以上に長くなることを防止することができる。

［筒内流入ＥＧＲガス量推定］
次に、図５乃至図８を用いて筒内流入ＥＧＲガス量の推定方法を説明する。
本実施例のように、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側（スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路）にＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ方式のＥＧＲ装置２８を採用したシステムの場合には、ＥＣＵ３６により筒内流入ＥＧＲガス流量を次のようにして演算（推定）する。

図５に示すように、筒内流入総ガス流量演算部３７では、まず、吸気管１２内を流れる気体がスロットルバルブ２１を通過する挙動を模擬したスロットルモデル３９を用いて、スロットル通過総ガス流量（スロットルバルブ２１を通過する総ガス流量）を演算する。尚、スロットルモデル３９として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載されたスロットルモデルを使用しても良い。

この後、スロットルバルブ２１を通過した気体がスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）内に充填される挙動を模擬したインマニモデル４０を用いて、スロットル通過総ガス流量と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいてインマニ圧力（スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路内の圧力）を演算する。尚、インマニモデル４０として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気管モデルを使用しても良い。

この後、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填された気体が筒内に吸入される挙動を模擬した吸気弁モデル４１を用いて、インマニ圧力に基づいて筒内流入総ガス流量（＝筒内流入新気流量＋筒内流入ＥＧＲガス流量）を演算する。尚、吸気弁モデル４１として、例えば特許文献１（特開２００８−１０１６２６号公報）に記載された吸気弁モデルを使用しても良い。

一方、筒内流入ＥＧＲガス流量演算部３８では、まず、ＥＧＲ配管２９内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲ弁３１を通過する挙動を模擬したＥＧＲ弁モデル４２を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量（ＥＧＲ弁３１を通過するＥＧＲガス流量）を演算する。

図６に示すように、ＥＧＲ弁モデル４２は、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とＥＧＲ弁通過ガス流量との関係を規定するマップにより構築され、このＥＧＲ弁通過ガス流量のマップを用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とスロットル通過総ガス流量とに応じたＥＧＲ弁通過ガス流量を演算する。ＥＧＲ弁通過ガス流量のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。

或は、ＥＧＲ弁モデル４２を、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr との関係を規定する物理式により構築するようにしても良い。
具体的には、次の絞りの式（オリフィスの式）でＥＧＲ弁モデル４２を近似する。

ここで、Ｃは流量係数で、ＡはＥＧＲ弁３１の開度に応じて変化するＥＧＲ配管２９の開口断面積である。また、Ｒは気体定数で、Ｔegr はＥＧＲ弁３１の上流側のＥＧＲガスの温度であり、Φ（Ｐout ／Ｐin）は（Ｐout ／Ｐin）を変数とする関数である。

この場合、上記の絞りの式（オリフィスの式）を用いて、ＥＧＲ弁３１の開度とＥＧＲ弁３１の上流側の圧力Ｐin及び下流側の圧力Ｐout とＥＧＲガスの温度とに基づいてＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr を演算する。

この後、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬したＥＧＲガス遅れモデル４３（図５参照）を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量の演算値に基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する。

図７に示すように、ＥＧＲガス遅れモデル４３は、ＥＧＲ弁３１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路（吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側）に流入する挙動を模擬した新気合流遅れモデル４４と、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの挙動を模擬した吸気管移流遅れモデル４５と、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填される挙動を模擬したインマニ充填遅れモデル４６と、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの挙動を模擬した吸気ポート移流遅れモデル４７とから構成されている。

これにより、ＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入する際の遅れと、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの移流遅れと、スロットルバルブ２１を通過したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填される際の充填遅れと、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの移流遅れを、筒内流入ＥＧＲガス流量の演算に反映させることができ、筒内流入ＥＧＲガス流量の推定精度を高めることができる。

筒内流入ＥＧＲガス流量を演算する場合には、まず、新気合流遅れモデル４４を用いて、ＥＧＲ弁通過ガス流量Ｍegr(a)に基づいてスロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)を演算する。

新気合流遅れモデルは、下記（１）式で近似されている。
Ｍegr(b)＝｛Ｋ1 ／（τ1 ＋１）｝×Ｍegr(a) ……（１）
上記（１）式の係数Ｋ1 と時定数τ1 は、それぞれＥＧＲ配管２９（ＥＧＲ弁３１から吸気管１２との合流部までの部分）の配管径と長さ、吸気管１２の配管径等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、吸気管移流遅れモデル４５を用いて、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入するＥＧＲガス流量Ｍegr(b)とスロットル通過総ガス流量Ｍthとに基づいてスロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)を演算する。

図８に示すように、吸気管移流遅れモデル４５は、スロットルバルブ２１の上流側の吸気通路に流入したＥＧＲガスがスロットルバルブ２１を通過するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列（例えばサンプル時間１６ｍｓ毎に離散化した３２個の行列）により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。一般に、吸気管１２内のＥＧＲガスの移送速度は、ＥＣＵ３６の演算処理速度と比較して十分に遅いため、任意時間で離散化した行列により吸気管移流遅れモデル４５を構築することができる。この吸気管移流遅れモデル４５で用いる各種の係数は、それぞれ吸気管１２（ＥＧＲ配管２９との合流部からスロットルバルブ２１までの部分）の配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

この後、図７に示すように、インマニ充填遅れモデル４６を用いて、スロットルバルブ２１を通過するＥＧＲガス流量Ｍegr(c)に基づいてスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（サージタンク２３や吸気マニホールド２４等）に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)を演算する。

インマニ充填遅れモデル４６は、下記（２）式で近似されている。
Ｍegr(d)＝｛Ｋ2 ／（τ2 ＋１）｝×Ｍegr(c) ……（２）

上記（２）式の係数Ｋ2 とインマニ充填遅れ時定数τ2 は、それぞれスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路（吸気管１２のうちのスロットルバルブ２１の下流側の部分、サージタンク２３、吸気マニホールド２４等）の配管径と長さと容積等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。尚、インマニモデル４０でインマニ充填遅れ時定数を用いる場合には、インマニモデル４０で用いたインマニ充填遅れ時定数をインマニ充填遅れモデル４６で使用するようにしても良い。

この後、吸気ポート移流遅れモデル４７を用いて、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されるＥＧＲガス流量Ｍegr(d)と筒内流入総ガス流量の前回値とに基づいて筒内流入ＥＧＲガス流量Ｍegr(e)を演算する。

吸気ポート移流遅れモデル４７は、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路に充填されたＥＧＲガスが吸気ポートを通過して筒内に流入するまでの連続時間系の挙動を任意時間で離散化した行列により構築され、データを先入れ先出しのリスト構造で保持するキューを備えている。この吸気ポート移流遅れモデル４７で用いる各種の係数は、それぞれ吸気ポートの配管径と長さ等によって決まる値であり、予め試験データや設計データ等に基づいて算出される。

図４（ａ）に示す従来例のように、失火回避制御を実行しないシステムの場合、減速時（例えばアクセル開度の全閉時）にスロットル開度を閉じ側に制御したときに、吸入空気量が減少すると共に、吸気通路内にＥＧＲガスが滞留するため、減速時や再加速時に吸入空気量が正常燃焼下限値（正常燃焼可能な吸入空気量の下限値）を下回って失火が発生する可能性がある。

これに対して、図４（ｂ）に示すように、本実施例１では、ＥＧＲガス流量の挙動を模擬したモデルを用いて筒内流入ＥＧＲガス量を推定して、この筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて正常燃焼下限値を算出する。そして、減速時（例えばアクセル開度の全閉時）にスロットル開度を閉じ側に制御した後、吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が閾値よりも小さくなった時点ｔ1 で、吸入空気量が正常燃焼下限値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する。これにより、吸入空気量を正常燃焼下限値以上に維持することができ、ＥＧＲガスによる減速時の失火を防止することができる。

更に、この失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。これにより、失火回避制御によるトルク増加分（吸入空気量の増加によるトルク増加分）を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消して、失火回避制御によるトルク変化（トルク増加）を防止することができ、減速時のドライバビリティの悪化を防止することができる。

この後、Ｆ／Ｃ制御が開始された時点ｔ2 で、Ｆ／Ｃ制御中にスロットル開度を開き側（例えば全開）に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行する。これにより、Ｆ／Ｃ制御中に吸入空気量を増加させて吸気管１２内に滞留するＥＧＲガスを速やかに掃気することができる。

更に、このＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。これにより、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク増加分（ポンピングロスの低下によるトルク増加分）を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消して、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化（トルク増加）を防止することができ、Ｆ／Ｃ制御中のドライバビリティの悪化を防止することができる。

この後、アクセル開度が増加した再加速時にＦ／Ｃ制御が終了（燃料噴射が再開）された後、再び吸入空気量と正常燃焼下限値との差分値が閾値よりも小さくなった時点ｔ3 で、吸入空気量が正常燃焼下限値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する。これにより、吸入空気量を正常燃焼下限値以上に維持することができ、ＥＧＲガスによる再加速時の失火を防止することができる。

更に、この失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。これにより、失火回避制御によるトルク増加分（吸入空気量の増加によるトルク増加分）を負荷トルクの制御によるトルク減少分で打ち消して、失火回避制御によるトルク変化（トルク増加）を防止することができ、再加速時のドライバビリティの悪化を防止することができる。

また、本実施例１では、失火回避制御の際に吸入空気量が正常燃焼下限値よりも大きい側で正常燃焼下限値から所定範囲内に入るようにスロットル開度を制御するようにしたので、失火回避制御の際に吸入空気量が過剰に多くなることを防止して、燃費の悪化を防止することができる。

尚、上記実施例１では、ＥＧＲガス流量の挙動を模擬したモデルを用いて筒内流入ＥＧＲガス量を演算（推定）するようにしたが、筒内流入ＥＧＲガス量の推定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、吸気管圧力センサやエアフローメータの出力信号等に基づいて筒内流入ＥＧＲガス量を演算（推定）するようにしても良い。また、筒内流入ＥＧＲガス量の情報として、吸気管１２内に残留するＥＧＲガス量をセンサで検出するようにしても良い。

次に、図９乃至図１１を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

前記実施例１では、筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて正常燃焼下限値を算出するようにしたが、本実施例２では、ＥＣＵ３６により後述する図９の失火回避制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に基づいて正常燃焼判定値（正常燃焼閾値）を算出し、吸入空気量が正常燃焼判定値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する。

図９の失火回避制御ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、減速要求が発生したときに減速要求を取得する。この後、ステップ２０２に進み、エンジン運転条件パラメータとして、例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷（吸入空気量や吸気管圧力等）を読み込む。

この後、ステップ２０３に進み、図１０に示す正常燃焼判定値Ａ及び実行時間Ｂのマップを参照して、減速開始時のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とエンジン負荷）に応じた正常燃焼判定値Ａと失火回避制御の実行時間Ｂを算出する。ここで、正常燃焼判定値Ａは、例えば、正常燃焼下限値（正常燃焼可能な吸入空気量の下限値）よりも少し大きい値に設定される。また、失火回避制御の実行時間Ｂは、例えば、吸気管１２内に滞留するＥＧＲガスを掃気するのに必要な時間に設定される。図１０のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶されている。

この後、ステップ２０４に進み、Ｆ／Ｃ制御中（燃料カット制御中）であるか否かを判定し、Ｆ／Ｃ制御中ではない（つまり燃料噴射中）であると判定された場合には、ステップ２０５に進み、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａよりも小さいか否かを判定する。吸入空気量が正常燃焼判定値Ａよりも小さくなると、失火が発生する可能性があるため、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａよりも小さいか否かを判定すれば、失火が発生するか否かを予測することができる。

このステップ２０５で、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａよりも小さいと判定された場合には、ステップ２０６に進み、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａ以上となるようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を減速開始から実行時間Ｂが経過するまで実行する。これにより、吸入空気量を正常燃焼判定値Ａ以上に維持して、失火を防止する。

この後、ステップ２０７に進み、失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。

一方、上記ステップ２０４で、Ｆ／Ｃ制御中（燃料カット制御中）であると判定された場合には、ステップ２０８に進み、スロットル開度を開き側（例えば全開）に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行する。

この後、ステップ２０９に進み、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルク（例えばオルタネータ４８の負荷トルク）を制御する。尚、ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を負荷トルクの制御で吸収できない場合には、スロットル開度を減少させる。

以上説明した本実施例２では、図１１（ｂ）に示すように、エンジン運転状態に基づいて正常燃焼判定値Ａ（正常燃焼下限値よりも少し大きい値）を算出し、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａよりも小さいと判定されたときに、吸入空気量が正常燃焼判定値Ａ以上となるようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を減速開始から実行時間Ｂ（吸気管１２内に滞留するＥＧＲガスを掃気するのに必要な時間）が経過するまで実行するようにしたので、減速時や再加速時に吸入空気量を正常燃焼判定値Ａ以上に維持することができ、ＥＧＲガスによる減速時及び再加速時の失火を防止することができる。

尚、上記各実施例１，２では、失火回避制御やＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御する際に、オルタネータ４８の負荷トルクを制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、エンジン１１の補機（例えばエアコンのコンプレッサ、電動ファン等）を駆動して負荷トルクを制御するようにしたり、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）により制動力を発生させて負荷トルクを制御するようにしても良い。また、複数気筒のうちの一部の気筒の運転を休止して負荷トルクを制御するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、吸入空気量が正常燃焼閾値（正常燃焼下限値や正常燃焼判定値）を下回らないようにスロットル開度を制御する失火回避制御を実行するようにしたが、これに限定されず、例えば、正常燃焼可能なエンジントルク（要求トルク又は推定トルク）の閾値である正常燃焼閾値（正常燃焼下限値や正常燃焼判定値）を算出し、エンジントルクが正常燃焼閾値を下回らないようにスロットル開度を制御する失火回避制御を実行するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、排気管１５のうちの触媒１６の下流側から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側へＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２８を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、排気管のうちの排気タービンの上流側から吸気管のうちのスロットルバルブの下流側へＥＧＲガスを還流させるＨＰＬ方式（高圧ループ方式）のＥＧＲ装置を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用しても良い。

更に、本発明は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したエンジンに限定されず、機械駆動式の過給機（いわゆるスーパーチャージャ）や電動式の過給機を搭載したエンジンに適用しても良い。

その他、本発明は、過給機付きエンジンに限定されず、過給機を搭載していない自然吸気エンジン（ＮＡエンジン）に適用しても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１４…エアフローメータ（吸入空気量情報判定手段）、１５…排気管、１７…過給機、２１…スロットルバルブ、２３…サージタンク、２４…吸気マニホールド、２８…ＥＧＲ装置、２９…ＥＧＲ配管、３１…ＥＧＲ弁、３６…ＥＣＵ（正常燃焼閾値算出手段，失火回避制御手段，筒内流入ＥＧＲガス量判定手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の吸入空気量又はトルク（以下これらを「吸入空気量情報」と総称する）を検出又は算出する吸入空気量情報判定手段と、
   内燃機関の運転状態に基づいて正常燃焼可能な吸入空気量情報の閾値（以下「正常燃焼閾値」という）を算出する正常燃焼閾値算出手段と、
   前記吸入空気量情報が前記正常燃焼閾値を下回らないようにスロットル開度を制御して失火を回避する失火回避制御を実行する失火回避制御手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記失火回避制御手段は、前記失火回避制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の筒内に流入する筒内流入ＥＧＲガス量を推定又は検出する筒内流入ＥＧＲガス量判定手段を備え、
   前記正常燃焼閾値算出手段は、前記筒内流入ＥＧＲガス量に基づいて前記正常燃焼閾値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記失火回避制御手段は、前記失火回避制御の際に前記吸入空気量情報が前記正常燃焼閾値よりも大きい側で前記正常燃焼閾値から所定範囲内に入るようにスロットル開度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記失火回避制御手段は、内燃機関の減速時に燃料噴射を停止する燃料カット制御中にスロットル開度を開き側に制御してＥＧＲガスの掃気を促進するＥＧＲガス掃気制御を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記失火回避制御手段は、前記ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を吸収するように負荷トルクを制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記失火回避制御手段は、前記ＥＧＲガス掃気制御によるトルク変化を前記負荷トルクの制御で吸収できない場合にスロットル開度を減少させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 内燃機関の筒内に流入する筒内流入ＥＧＲガス量を推定又は検出する筒内流入ＥＧＲガス量判定手段を備え、
   前記失火回避制御手段は、前記燃料カット制御中に前記筒内流入ＥＧＲガス量が所定の閾値以下になったときに前記ＥＧＲガス掃気制御を終了することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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