JP6267280B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内圧センサで検出された筒内圧を用いて、気筒内に充填された筒内ガスのＥＧＲ率を推定する内燃機関の制御装置に関する。

従来のこの種の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、膨張行程中の燃焼ガスの状態変化を断熱膨張とみなし、燃焼ガスの比熱比κｅｘｐが、ポリトロープ指数によって近似されるとして、κｅｘｐ＝−（ｌｎＰ２−ｌｎＰ１）／（ｌｎＶ２−ｌｎＶ１）によって算出される。Ｐ１、Ｐ２は、膨張行程中の２点で検出された筒内圧、Ｖ１、Ｖ２は２点の筒内容積Ｖ１、Ｖ２である。また、燃焼ガスの比熱比κｅｘｐとＥＧＲ率との間に、空燃比に依存しない一定の関係が成立するとして、この関係をあらかじめマップ化するとともに、上記のように算出された燃焼ガスの比熱比κｅｘｐに応じ、このマップを検索することによって、ＥＧＲ率が推定される。

特許第５２６３１８４号公報

上述した従来の制御装置では、膨張行程中の燃焼ガスの状態変化に基づいて、燃焼ガスの比熱比が算出される。しかし、燃焼ガスの温度や圧力などの状態は、気筒内での燃焼状態によって変化するため、不安定であり、また、燃焼ガスの比熱比は、さらに温度の影響を受けることから、非常に不安定である。このため、膨張行程中の２点で検出された筒内圧に基づいて比熱比を算出する従来の手法では、比熱比を安定的に精度良く算出することは難しく、したがって、算出した比熱比に基づくＥＧＲ率の推定も精度良く行うことができない。

このため、燃焼ガスと比較して温度や圧力が安定している燃焼前の筒内ガスの比熱比に基づいて、ＥＧＲ率を推定することが好ましい。しかし、筒内ガスの比熱比は、ＥＧＲ率及び空燃比の両方の影響を受けるため、例えば実際の空燃比が想定している空燃比に対してずれている場合には、ＥＧＲ率を精度良く推定することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、筒内ガスの実際の空燃比が想定している空燃比に対してずれた場合でも、空燃比のずれの影響を適切に排除しながら、筒内ガスのＥＧＲ率を精度良く推定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に充填された筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを推定する内燃機関の制御装置であって、気筒３ａ内の圧力を筒内圧ＰＣＹＬとして検出する筒内圧センサ５１と、筒内ガスの空燃比（実施形態における（以下、本項において同じ）当量比ＫＡＣＴ）を検出する空燃比検出手段（ＬＡＦセンサ５８）と、筒内ガス中に排気還流による外部ＥＧＲガスが存在していないという条件で、検出された筒内ガスの空燃比に応じ、筒内ガスの比熱比の特性に基づいて、圧縮行程中の所定の基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて発生する気筒３ａ内の圧力を、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとして算出する基準筒内圧算出手段（ＥＣＵ２、図３のステップ６、図４）と、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて筒内圧センサ５１によって検出された検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと算出された基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰに基づき、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを推定するＥＧＲ率推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１０〜１１）と、を備えることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置では、筒内圧センサによって筒内圧（気筒内の圧力）を検出するとともに、圧縮行程中の所定の基準クランク角において発生すると予測される筒内圧を、基準筒内圧として算出する。そして、基準クランク角において筒内圧センサによって検出された検出筒内圧と算出された基準筒内圧との圧力差に基づき、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを推定する。

また、本発明によれば、筒内ガスの空燃比を検出するとともに、上記の基準筒内圧の算出を、筒内ガス中に排気還流による外部ＥＧＲガスが存在していないという条件で、検出された筒内ガスの空燃比に応じ、筒内ガスの比熱比の特性に基づいて行う。筒内ガスの空燃比が想定している空燃比に対してずれた場合には、燃料成分の割合の増減によって筒内ガスの比熱比が変化し、それに応じて圧縮行程中の筒内圧が変化する。例えば、空燃比がリッチ側にずれた場合には、燃料成分の割合の増加によって筒内ガスの比熱比が低下することで、筒内圧が減少し、空燃比がリーン側にずれた場合には、上記の逆になる。それに応じて検出筒内圧も変化するため、基準筒内圧との圧力差に基づくＥＧＲ率の推定の精度が低下してしまう。

これに対し、本発明によれば、上述したように、基準筒内圧の算出を、検出された筒内ガスの空燃比に応じ、筒内圧ガスの比熱比の特性に基づいて行うので、空燃比のずれによる筒内圧の変化分を、基準筒内圧に反映させることができる。その結果、検出筒内圧と基準筒内圧との圧力差には、空燃比のずれによる筒内圧の変化分は含まれず、ＥＧＲ率による圧力差のみが反映される。したがって、この圧力差に基づき、空燃比のずれの影響を適切に排除しながら、筒内ガスのＥＧＲ率を精度良く推定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、基準筒内圧算出手段は、筒内ガス中に外部ＥＧＲガスが存在せず且つ筒内ガスの空燃比が理論空燃比であるという条件で、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて発生する気筒内の圧力を、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂとして算出する基本値算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ２３、図５）と、理論空燃比に対する筒内ガスの空燃比の乖離度合（当量比ＫＡＣＴ−１）に基づいて、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの補正量（当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴ）を算出する補正量算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ２５）と、を有し、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを算出された補正量を用いて補正することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出すること（図４のステップ２６）を特徴とする。

この構成によれば、基準筒内圧の算出が次のようにして行われる。まず、基準筒内圧の基本値を算出する。この基本値は、外部ＥＧＲガスが存在せず且つ空燃比が理論空燃比であるという筒内ガスの条件で、基準クランク角において発生する筒内圧であり、すなわち、理論空燃比相当の基準筒内圧に相当する。次に、理論空燃比に対する筒内ガスの空燃比の乖離度合、すなわち理論空燃比に対する実際の空燃比のずれに基づいて、基準筒内圧の補正量を算出する。そして、算出した補正量を用いて基本値を補正することによって、基準筒内圧を算出する。以上により、理論空燃比に対する空燃比のずれによる筒内圧の変化の影響を適切に反映させながら、基準筒内圧を精度良く算出でき、したがって、検出筒内圧と基準筒内圧との圧力差に基づくＥＧＲ率の推定をさらに精度良く行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、空燃比検出手段は、筒内ガスの空燃比として当量比ＫＡＣＴを検出し、補正量算出手段は、検出された当量比と値１との差分（ＫＡＣＴ−１）に補正係数（当量比補正係数ＫＫＡ）を乗算することによって、補正量を算出し（図４のステップ２５）、基準筒内圧算出手段は、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂに算出された補正量を加算することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出すること（ステップ２６）を特徴とする。

検出された筒内ガスの当量比と値１との差分（以下「当量比差分」という）は、理論空燃比に対する筒内ガスの実際の空燃比のずれ（乖離度合）を表す。また、後述するように、ＥＧＲ率などが一定の条件では、圧縮行程における筒内圧は、筒内ガスの当量比に対して線形の関係にあり、当量比が高いほど減少する。したがって、このような当量比−筒内圧特性に基づき、例えば当量比に対する筒内圧の傾きを補正係数として用いた場合、当量比差分と補正係数との積（乗算値）は、空燃比のずれに伴う、基本値からの基準筒内圧のずれの大きさを表す。したがって、この当量比差分と補正係数との積を基準筒内圧の補正量として算出することによって、上述した当量比−筒内圧特性に基づき、基準筒内圧の補正量の算出を簡便に且つ精度良く行えるとともに、算出した補正量を基本値に加算することによって、基準筒内圧を精度良く算出することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、当量比が値１を含む所定の範囲にあるときに、補正量による基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの補正を禁止する補正禁止手段（ＥＣＵ２、図４のステップ２４、２７）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、当量比が値１を含む所定の範囲にあるときに、補正量による基準筒内圧の補正が禁止される。例えば、空燃比検出手段が排ガスの酸素濃度を介して空燃比を検出するように構成され、その検出タイミングの遅れにより、検出された空燃比が気筒内の筒内圧ガスの実際の空燃比に合致せず、理論空燃比に対して多少ずれる場合がある。そのような場合、検出された空燃比に応答して補正量を算出すると、補正量が無用に振動するおそれがある。これに対し、上記の構成によれば、補正量による補正を禁止することで、補正量の無用な振動を回避でき、補正量の算出と補正量に基づく基準筒内圧の補正及びＥＧＲ率の推定などを有効に行うことができる。

本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 ＥＧＲ率の推定処理を示すフローチャートである。 基準筒内圧の算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 基準筒内圧の基本値の算出に用いられる基準筒内圧マップとその入出力関係を示す図である。 検出筒内圧−基準筒内圧の圧力差とＥＧＲ率との関係を示す図である。 ＥＧＲ係数の算出に用いられるＥＧＲ係数マップとその入出力関係を示す図である。 筒内ガスの当量比と圧縮行程中の一定のクランク角において発生する筒内圧との関係の一例を示すとともに、基準筒内圧の補正方法を説明するための図である。 本実施形態による動作例を比較例とともに示すタイミングチャートである。 ＥＧＲ率を用いた点火時期の制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば４つの気筒３ａを有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。

エンジン３の各気筒３ａには、燃料噴射弁４及び点火プラグ５が、気筒３ａの燃焼室（図示せず）に臨むように設けられている。燃料噴射弁４は、燃焼室内に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものである。燃料噴射弁４による燃料噴射量及び点火プラグ５の点火時期ＩＧＬＯＧは、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２からの制御信号によって制御される（図２参照）。

なお、実施形態において「筒内ガス」は、気筒３ａ内に充填され、燃焼に供されるガス全般を指し、後述する外部ＥＧＲや内部ＥＧＲが実行されていない場合には、燃料と空気との混合気に相当し、実行されている場合には、外部ＥＧＲガスや内部ＥＧＲガスをさらに含むものである。

また、各気筒３ａには、その内部の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ５１が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ５１は、燃料噴射弁４と一体型のものであり、図示しないが、燃焼室に臨み、筒内圧をピックアップする圧力検出素子や、圧力検出素子からの信号を増幅し、出力する増幅回路などが、燃料噴射弁４に一体に組み付けられている。筒内圧センサ５１で検出された筒内圧ＰＣＹＬを表す検出信号は、ＥＣＵ２に入力される。

また、エンジン３は、可変吸気位相機構１１、可変排気位相機構１２、ターボチャージャ１３及びＥＧＲ装置１４などを備えている。

可変吸気位相機構１１は、エンジン３のクランクシャフトに対する吸気弁（いずれも図示せず）の相対的な位相（以下「吸気位相」という）ＣＡＩＮを無段階に変更するものであり、吸気位相制御モータ１１ａ（図２参照）などを備えている。吸気位相制御モータ１１ａは、ＥＣＵ２からの制御信号に応じて、クランクシャフトに対して吸気カムシャフト（図示せず）を回転させ、両者の相対角度を変化させることによって、吸気位相ＣＡＩＮを無段階に変更する。

同様に、可変排気位相機構１２は、クランクシャフトに対する排気弁（図示せず）の相対的な位相（以下「排気位相」という）ＣＡＥＸを無段階に変更するものであり、排気位相制御モータ１２ａ（図２参照）などを備えている。排気位相制御モータ１２ａは、ＥＣＵ２からの制御信号に応じて、クランクシャフトに対して排気カムシャフト（図示せず）を回転させ、両者の相対角度を変化させることによって、排気位相ＣＡＥＸを無段階に変更する。

これらの可変吸気位相機構１１及び可変排気位相機構１２は、吸気位相ＣＡＩＮと排気位相ＣＡＥＸの変更によって、吸気弁及び排気弁の開閉弁タイミングをそれぞれ制御するとともに、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップによる内部ＥＧＲを制御するのに用いられる。

ターボチャージャ１３は、吸気通路６に設けられたコンプレッサ２１と、排気通路７に設けられ、シャフト２２を介してコンプレッサ２１に一体に連結されたタービン２３を備えている。排気通路７を流れる排ガスによってタービン２３が駆動され、それと一体にコンプレッサ２１が回転することによって、吸気が過給される。

吸気通路６には、上流側から順に、吸気絞り弁２５、上記ターボチャージャ１３のコンプレッサ２１、過給によって昇温した吸気を冷却するためのインタークーラ２６、及びスロットル弁２７が設けられている。吸気絞り弁２５は、その下流側に外部ＥＧＲガスを導入するための負圧を発生させるものであり、その開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＬＰアクチュエータ２５ａを介して制御される。

スロットル弁２７は、吸気通路６の吸気マニホルド６ａよりも上流側に配置されている。スロットル弁２７の開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＴＨアクチュエータ２７ａを介して制御され、それにより、気筒３ａに吸入される筒内ガス量が制御される。

排気通路７のタービン２３よりも下流側には、三元触媒２８が設けられている。三元触媒２８は、活性状態において、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。

ＥＧＲ装置１４は、気筒３ａから排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲ通路４１を介し、外部ＥＧＲガスとして吸気通路６に還流させるものである。図１に示すように、ＥＧＲ通路４１は、排気通路７のタービン２３及び三元触媒２８よりも下流側と、吸気通路６のコンプレッサ２１と吸気絞り弁２５との間に接続されている。この構成により、外部ＥＧＲガスは、排ガスがタービン２３に対して仕事を行った後の状態で取り出されるため、比較的低圧になる。すなわち、ＥＧＲ装置１４は、いわゆる低圧ＥＧＲ装置として構成されている。

ＥＧＲ通路４１の途中には、ＥＧＲ弁４２と、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が設けられている。ＥＧＲ弁４２の開度は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、ＥＧＲアクチュエータ４２ａを介して制御され、それにより、外部ＥＧＲガス量が制御される。

また、エンジン３には、その運転状態を検出するために、前述した筒内圧センサ５１に加えて、以下のような各種のセンサが設けられており、それらの検出信号はＥＣＵ２に入力される（図２参照）。

クランク角センサ５２は、クランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角度ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば０．５度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、エンジン３のピストン（図示せず）が吸気行程の開始時の上死点（吸気ＴＤＣ）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角度１８０度ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＴＤＣ信号及びＣＲＫ信号に応じて、気筒３ａごとに、ＴＤＣ信号の出力タイミングを基準とするクランク角ＣＡを算出するとともに、算出したクランク角ＣＡに対して、所定のクランク角度（例えば３０度）ごとにクランク角ステージＦＩＳＴＧ（＝０〜２３）を算出し、割り当てる。

また、可変吸気位相機構１１を取り付けた吸気カムシャフト、及び可変排気位相機構１２を取り付けた排気カムシャフトには、吸気位相センサ５３及び排気位相センサ５４がそれぞれ設けられている。吸気位相センサ５３は、吸気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角度（例えば０．５度）ごとに、パルス信号であるＣＡＭＩＮ信号を出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭＩＮ信号とＣＲＫ信号に基づき、吸気位相ＣＡＩＮを算出する。同様に、排気位相センサ５４は、排気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角度（例えば０．５度）ごとに、ＣＡＭＥＸ信号を出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭＥＸ信号とＣＲＫ信号に基づき、排気位相ＣＡＥＸを算出する。

また、吸気通路６には、吸気絞り弁２５の上流側にエアフローセンサ５５が設けられ、スロットル弁２７の下流側の吸気チャンバ６ｂに、吸気圧センサ５６及び吸気温センサ５７が設けられている。エアフローセンサ５５は、気筒３ａに吸入される空気（新気）の量（吸入空気量）ＧＡＩＲを検出し、吸気圧センサ５６は、吸気圧ＰＢＡを絶対圧として検出し、吸気温センサ５７は、気筒３ａに吸入される、外部ＥＧＲガスを含む吸気の温度（吸気温）ＴＡを検出する。

排気通路７のタービン２３と三元触媒２８との間には、ＬＡＦセンサ５８が設けられている。ＬＡＦセンサ５８は、理論空燃比を含む広い空燃比領域において、三元触媒２８に流入する排ガス中の酸素濃度を連続的に検出し、その検出信号を出力する。ＥＣＵ２は、この検出信号に基づき、筒内ガスの空燃比として当量比ＫＡＣＴを算出する。

さらに、水温センサ５９は、エンジン３を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号を出力し、アクセル開度センサ６０は、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号を出力する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサの検出信号などに応じて、燃料噴射弁４の燃料噴射量や点火プラグ５の点火時期ＩＧＬＯＧの制御などを含むエンジン制御全般を実行する。また、ＥＣＵ２は、本実施形態では特に、筒内圧センサ５１で検出された筒内圧ＰＣＹＬを用いて、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを推定する推定処理を実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ２が、基準筒内圧算出手段、ＥＧＲ率推定手段、基本値算出手段、補正量算出手段、及び補正禁止手段に相当する。

図３は、ＥＣＵ２で実行される、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲの推定処理を示す。なお、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲは、筒内ガスの総量に対するＥＧＲガス量の比率として定義される。この推定処理は、本出願人による出願（特願２０１５−２４１４４６号）において詳しく開示したものと基本的に同じであるとともに、その中の基準筒内圧の算出に特徴を有するものである。

本処理は、気筒３ａごとに、前述したクランク角ステージＦＩＳＴＧの切替周期と同じ周期（例えばクランク角度３０度ごと）で、繰り返し実行される。なお、筒内圧センサ５１で検出された筒内圧ＰＣＹＬに直接、関連する処理は、本処理とは別個に、ＣＲＫ信号の発生周期と同じ周期（例えばクランク角度０．５度ごと）で実行され、例えば、検出された筒内圧ＰＣＹＬがクランク角ＣＡに対応して記憶される。

図３の推定処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、クランク角ステージＦＩＳＴＧが、吸気行程の開始時の上死点（吸気ＴＤＣ）に相当する第１所定値ＳＴＧ１に等しいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、当該気筒３ａが吸気行程に移行した直後に相当するときには、吸気関連パラメータを取得する（ステップ２）。具体的には、吸気関連パラメータとして、検出された吸気温ＴＡ及びエンジン水温ＴＷと、算出された吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸを読み出すとともに、ＥＣＵ２のＲＡＭの所定領域に記憶し、本処理を終了する。

前記ステップ１の判別結果がＮＯのときには、クランク角ステージＦＩＳＴＧが、圧縮行程の開始時の下死点（圧縮ＢＤＣ）に相当する第２所定値ＳＴＧ２に等しいか否かを判別する（ステップ３）。この判別結果がＹＥＳで、当該気筒３ａが圧縮行程に移行した直後に相当するときには、圧縮関連パラメータを取得する（ステップ４）。具体的には、圧縮関連パラメータとして、検出された吸気圧ＰＢＡ及び筒内圧ＰＣＹＬを読み出し、それぞれ圧縮開始時吸気圧ＰＢＡＣ及び圧縮開始時筒内圧ＰＣＹＬＣとして取得するとともに、検出されたエンジン回転数ＮＥとその時点で設定されている点火時期ＩＧＬＯＧを読み出し、ＥＣＵ２のＲＡＭの所定領域に記憶する。

次に、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦを設定する（ステップ５）。この基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦは、筒内ガスの燃焼が開始される直前のタイミングを予測し、クランク角で表したものである。この設定処理では、前記ステップ４で取得した圧縮開始時吸気圧ＰＢＡＣ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、遅角補正量ΔＣ＿ＣＡを算出するとともに、この遅角補正量ΔＣ＿ＣＡを前記ステップ４で取得した点火時期ＩＧＬＯＧから減算することによって、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦが設定される。

上記ステップ５に続くステップ６では、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出する。この基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦは、上記の基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて発生すると予測される筒内圧であり、図４に示すサブルーチンによって算出される。

本処理では、まずステップ２１において、前記ステップ２で取得した吸気位相ＣＡＩＮから、吸気弁の閉弁タイミング（以下「吸気閉弁タイミング」という）ＩＶＣを算出する。この吸気閉弁タイミングＩＶＣは、圧縮行程中に設定される場合には、圧縮開始時のクランク角に相当する。次に、ステップ２で取得された吸気温ＴＡ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、圧縮開始時における気筒３ａ内の温度である初期筒内温度Ｔ＿ＳＴＲＴを算出する（ステップ２２）。

次に、ステップ５で設定された基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦと、吸気閉弁タイミングＩＶＣ、初期筒内温度Ｔ＿ＳＴＲＴ及び圧縮開始時吸気圧ＰＢＡＣに応じ、図５に示す基準筒内圧マップを検索することによって、基準筒内圧の基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを算出する（ステップ２３）。この基準筒内圧マップは、筒内ガス中に外部ＥＧＲガスが存在せず且つ筒内ガスの空燃比が理論空燃比であるという条件で、上記の４つの入力パラメータの様々な条件に対し、筒内ガスの比熱比の温度特性などに基づいて、基準筒内圧をあらかじめ算出し、その基本値としてマップ化したものである。

次のステップ２４〜２７では、上記の基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂの補正処理を行う。この補正処理は、ＬＡＦセンサ５８で検出された筒内ガスの当量比ＫＡＣＴに応じて、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを補正し、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出するものである。図８は、この補正の前提になっている当量比−筒内圧特性を示しており、具体的には、筒内ガス中に外部ＥＧＲガスが存在せず、かつ上述した基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦを含む基準筒内圧マップの４つの入力パラメータが同一の条件において、筒内ガスの当量比ＫＡＣＴと、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて発生する筒内圧ＰＣＹＬとの関係を表したものである。

同図に示すように、筒内圧ＰＣＹＬは、当量比ＫＡＣＴが大きいほど、筒内ガスの燃料成分の割合が増加し、筒内ガスの比熱比が低下するため、より減少する。また、筒内圧ＰＣＹＬは、当量比ＫＡＣＴに対して線形の関係にあり、その傾きはＫＫＡ（負値）で表される。さらに、前述した基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂは、筒内ガスの空燃比が理論空燃比であることを条件として算出されるため、図８における当量比ＫＡＣＴ＝１のときの筒内圧ＰＣＹＬは、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂに相当する。

ステップ２４〜２７の補正処理は、以上のような当量比−筒内圧特性に基づき、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを当量比ＫＡＣＴに応じて補正することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを図８の特性線上の当量比ＫＡＣＴに応じた値（例えば同図のＰ＿ＲＥＦ）に設定するものである。

まず、ステップ２４では、筒内ガスの当量比ＫＡＣＴと値１との差分（以下、適宜「当量比差分」という）の絶対値｜ＫＡＣＴ−１｜が、所定のしきい値ＴＨＲＥＳＨよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、当量比差分（ＫＡＣＴ−１）に当量比補正係数ＫＫＡを乗算することによって、基準筒内圧の当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴを算出する（ステップ２５）。この当量比補正係数ＫＫＡは、図８の特性線の傾きに相当し、負値で表される。

したがって、算出された当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴ（＝（ＫＡＣＴ−１）・ＫＫＡ）は、当量比ＫＡＣＴに応じた基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦと基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂとの差に相当し、筒内ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側のときには負値になり、リーン側のときには正値になる（図８参照）。以上の関係から、次のステップ２６では、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂに当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴを加算することによって、当量比ＫＡＣＴに応じた基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出する。

一方、前記ステップ２４の判別結果がＮＯで、｜ＫＡＣＴ−１｜≦ＴＨＲＥＳＨが成立し、当量比ＫＡＣＴが値１を中心とする所定の範囲にあるときには、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴの算出を禁止するものとし、ステップ２７において、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂに設定する。

前記ステップ２６又は２７に続くステップ２８では、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン水温ＴＷに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、伝熱補正係数Ｋ＿ＨＴを算出する。この伝熱補正係数Ｋ＿ＨＴは、気筒３ａ内と外部との間で授受される熱の影響を補償するためのものである。次に、ステップ２６又は２７で算出された基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦに伝熱補正係数Ｋ＿ＨＴを乗算することによって、最終的な基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出し（ステップ２９）、図４の処理を終了する。

図３に戻り、上記ステップ６の基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの算出処理に続くステップ７では、ＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲを算出し、図３の処理を終了する。このＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲは、圧力差ΔＰ（後述する検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの差）とＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲとの間に、図６に示すような線形（比例）の関係が認められることから、その傾き（＝Ｒ＿ＥＧＲ／ΔＰ）をＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲと定義したものである。また、この傾きは、吸気条件及び圧縮条件に応じて変化するという特性を有するため、本ステップ７において算出される。

この算出処理では、図７に示すように、図５の基準筒内圧マップの場合と同じ４つの入力パラメータ（基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦ、吸気閉弁タイミングＩＶＣ、初期筒内温度Ｔ＿ＳＴＲＴ及び圧縮開始時吸気圧ＰＢＡＣ）に応じ、ＥＧＲ係数マップを検索することによって、ＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲが算出される。このＥＧＲ係数マップは、これらの４つの入力パラメータの様々な条件に対してＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲをあらかじめ算出し、マップ化したものである。

前記ステップ３の判別結果がＮＯのときには、クランク角ステージＦＩＳＴＧが、圧縮行程の終了時の上死点（圧縮ＴＤＣ）に相当する第３所定値ＳＴＧ３に等しいか否かを判別する（ステップ８）。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ８の判別結果がＹＥＳで、当該気筒３ａが圧縮行程が終了した直後に相当するときには、ステップ５で設定した基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて検出された筒内圧ＰＣＹＬを、ＲＡＭから読み出し、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおける検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳとして取得する（ステップ９）。

次に、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの差（＝Ｐ＿ＣＰＳ−Ｐ＿ＲＥＦ）を、圧力差ΔＰとして算出する（ステップ１０）。そして、この圧力差ΔＰにステップ７で算出したＥＧＲ係数Ｃ＿ＥＧＲを乗算することによって、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを算出し（ステップ１１）、本処理を終了する。

次に、図９を参照しながら、上述したＥＧＲ率の推定処理によって得られる動作例を、比較例とともに説明する。図９は、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲ（例えば１０％）を含むエンジン３の運転条件が一定の状態で、（ａ）に示すように、当量比ＫＡＣＴが理論空燃比に相当する値１．０からリッチ側に、ｔ１〜ｔ２の間で一時的にずれた例である。

この場合、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂは、筒内ガスの空燃比が理論空燃比であることを条件として算出されるため、同図（ｂ）に示すように、当量比ＫＡＣＴにかかわらず、一定になる。一方、当量比ＫＡＣＴがリッチ側にずれると、筒内ガスの比熱比が低下し、筒内圧ＰＣＹＬが低下するため、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳは低下する。

以上の関係から、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを補正せずにそのまま基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとして用いた場合には、当量比ＫＡＣＴがリッチ側にずれるのに応じて、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰは、より小さくなる（（ｂ）の破線）。その結果、圧力差ΔＰに基づいて算出されるＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲが、実際の値（＝１０％）よりも小さい側に大きくずれてしまい（（ｃ）の破線）、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを精度良く算出することができない。

これに対し、実施形態の推定処理では、基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを筒内ガスの当量比ＫＡＣＴに応じて補正することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出するので、算出された基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦには、当量比ＫＡＣＴのずれに応じた筒内圧の低下分があらかじめ反映され、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦはより小さな値に補正される（（ｂ）の実線）。その結果、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰが、当量比ＫＡＣＴのずれが発生していない他の期間と同等の大きな値に保たれることによって、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを精度良く算出することができる（（ｃ）の実線）。

次に、図１０を参照しながら、推定されたＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを用いたエンジン制御の例として、点火時期の制御処理について説明する。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して、気筒３ａごとに実行される。本処理では、まずステップ４１において、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基本点火時期ＩＧ＿ＢＡＳＥを算出する。上記の要求トルクＴＲＱＣＭＤは、アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。

次に、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＧＲ補正量ΔＩＧＥＧＲを算出する（ステップ４２）。次に、エンジン水温ＴＷやエンジン回転数ＮＥなどに応じて、ＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲ以外の要因による補正量ΔＩＧＴＴＬを算出する（ステップ４３）。最後に、基本点火時期ＩＧ＿ＢＡＳＥに、ＥＧＲ補正量ΔＩＧＥＧＲ及び補正量ΔＩＧＴＴＬを加算することによって、点火時期ＩＧＬＯＧを算出し（ステップ４４）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、圧縮行程中の基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて発生すると予測される筒内圧を、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとして算出するとともに、基準クランク角ＣＡ＿ＲＥＦにおいて検出された検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰに基づき、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを推定する。

また、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの算出を、検出された当量比ＫＡＣＴに応じ、筒内圧ガスの比熱比の特性に基づいて行うので、空燃比のずれによる筒内圧の変化分を、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦに反映させることができる。その結果、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰには、空燃比のずれによる筒内圧の変化分が含まれず、ＥＧＲ率による圧力差のみが反映されるので、この圧力差ΔＰに基づき、空燃比のずれの影響を適切に排除しながら、筒内ガスのＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲを精度良く推定することができる。

また、筒内ガス中に外部ＥＧＲガスが存在せず且つ筒内ガスの空燃比が理論空燃比であるという条件で、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを算出し（図４のステップ２３）、図８に示すような当量比−筒内圧特性に基づき、理論空燃比に対する筒内ガスの乖離度合を表す当量比差分（ＫＡＣＴ−１）に当量比補正係数ＫＫＡを乗算することによって、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴを算出し（ステップ２５）とともに、この当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴを基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂに加算することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出する（ステップ２６）。

以上により、図８に示す当量比−筒内圧特性を利用し、空燃比のずれによる筒内圧の変化の影響を適切に反映させながら、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴ及び基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを簡便に且つ精度良く算出でき、したがって、検出筒内圧Ｐ＿ＣＰＳと基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦとの圧力差ΔＰに基づくＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲの推定を、さらに精度良く行うことができる。

さらに、当量比差分の絶対値｜ＫＡＣＴ−１｜が所定のしきい値ＴＨＲＥＳＨ以下のときに、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴによる基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの補正を禁止するので、理論空燃比に対する空燃比のずれが比較的小さい場合の当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴの無用な振動を回避でき、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴの算出とそれに基づく基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの補正及びＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲの推定などを有効に行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、基準筒内圧マップを用いて、理論空燃比に相当する基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを算出し、この基本値Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂを筒内ガスの当量比ＫＡＣＴに応じて補正することによって、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを算出している。本発明は、このような補正による手法に限らず、他の手法によっても実施できる。例えば、基準筒内圧マップの入力パラメータに当量比ＫＡＣＴなどを加えるとともに、それに応じた基準筒内圧マップをあらかじめ作成することによって、当量比ＫＡＣＴに応じた基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦを、基準筒内圧マップから直接、求めるようにしてもよい。

また、実施形態では、筒内ガスの空燃比を表すパラメータとして、当量比ＫＡＣＴを用いているが、検出された空燃比をそのまま用い、理論空燃比に対する空燃比の乖離度合に応じて、基準筒内圧Ｐ＿ＲＥＦの補正量を算出してもよい。また、実施形態では、当量比補正量Ｐ＿ＫＡＣＴによる補正を禁止する当量比ＫＡＣＴの範囲を、値１を中心としてリッチ側及びリーン側に対称に設定しているが、これを非対称に設定してもよい。

さらに、実施形態では、推定したＥＧＲ率Ｒ＿ＥＧＲに応じて、点火時期制御を実行しているが、これに代えて又はこれとともに、他のエンジン制御、例えばＥＧＲ弁４２を介したＥＧＲ制御、スロットル弁２７を介した吸入空気量制御や、燃料噴射弁４を介した燃料噴射制御などを実行してもよい。

また、ＥＧＲ装置１４は、低圧ＥＧＲ装置で構成されているが、これに代えて又はこれとともに、高圧ＥＧＲ装置を用いてもよく、その場合にも本発明を同様に適用できる。さらに、筒内圧センサ５１は、燃料噴射弁４と一体型のものであるが、燃料噴射弁４と分離して配置される別体型のものでもよいことは、もちろんである。

さらに、実施形態では、エンジン３は車両用のエンジンであるが、本発明は、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機用のエンジンなどにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。

２ ＥＣＵ（基準筒内圧算出手段、ＥＧＲ率推定手段、基本値算出手段、補正量算出手 段、補正禁止手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
５１ 筒内圧センサ
５８ ＬＡＦセンサ（空燃比検出手段）
Ｒ＿ＥＧＲ 筒内ガスのＥＧＲ率
ＰＣＹＬ 筒内圧
ＫＡＣＴ 当量比（筒内ガスの空燃比）
ＣＡ＿ＲＥＦ 基準クランク角
Ｐ＿ＲＥＦ 基準筒内圧
Ｐ＿ＣＰＳ 検出筒内圧
ΔＰ 検出筒内圧と基準筒内圧との圧力差
Ｐ＿ＲＥＦ＿Ｂ 基準筒内圧の基本値
Ｐ＿ＫＡＣＴ 当量比補正量（基準筒内圧の補正量）
ＫＡＣＴ−１ 当量比差分（検出された当量比と値１との差分）
ＫＫＡ 当量比補正係数（補正係数）
ＴＨＲＥＳＨ しきい値（所定の範囲）

Claims (4)

1. 気筒内に充填された筒内ガスのＥＧＲ率を推定する内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサと、
   筒内ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   筒内ガス中に排気還流による外部ＥＧＲガスが存在していないという条件で、前記検出された筒内ガスの空燃比に応じ、筒内ガスの比熱比の特性に基づいて、圧縮行程中の所定の基準クランク角において発生する気筒内の圧力を、基準筒内圧として算出する基準筒内圧算出手段と、
   前記基準クランク角において前記筒内圧センサによって検出された検出筒内圧と前記算出された基準筒内圧との圧力差に基づき、筒内ガスのＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記基準筒内圧算出手段は、
   筒内ガス中に外部ＥＧＲガスが存在せず且つ筒内ガスの空燃比が理論空燃比であるという条件で、基準クランク角において発生する気筒内の圧力を、前記基準筒内圧の基本値として算出する基本値算出手段と、
   理論空燃比に対する前記筒内ガスの空燃比の乖離度合に基づいて、前記基準筒内圧の補正量を算出する補正量算出手段と、を有し、
   前記基本値を前記算出された補正量を用いて補正することによって、前記基準筒内圧を算出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. 前記空燃比検出手段は、筒内ガスの空燃比として当量比を検出し、
   前記補正量算出手段は、前記検出された当量比と値１との差分に補正係数を乗算することによって、前記補正量を算出し、
   前記基準筒内圧算出手段は、前記基本値に前記算出された補正量を加算することによって、前記基準筒内圧を算出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記当量比が値１を含む所定の範囲にあるときに、前記補正量による前記基準筒内圧の補正を禁止する補正禁止手段をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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