JP2019074070A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が過度に大きくなることを抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路３２には、ＧＰＦ３６が設けられている。排気通路３２のうちのＧＰＦ３６よりも上流側は、ＥＧＲ通路３８を介して吸気通路１２に接続されている。ＣＰＵ５２は、回転速度および負荷に応じてＥＧＲバルブ４０の開口度を設定することにより、ＥＧＲ率を開ループ制御する。ＧＰＦ３６の上流側の圧力（上流側圧力Ｐｕ）から下流側の圧力（下流側圧力Ｐｄ）を減算した値が大きくなる場合、ＣＰＵ５２は、ＥＧＲバルブ４０の開口度を小さい側に制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路のうちの前記フィルタの上流側と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の流路断面積を調整するＥＧＲバルブとを備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の流路断面積を調整するＥＧＲバルブとを備える内燃機関が記載されている。

特開２００９−３６１８３号公報

ところで、上記フィルタが捕集する粒子状物質の量が多くなると、フィルタの上流側の圧力が下流側の圧力よりも過度に高くなるおそれがある。そして、フィルタの上流側の圧力が過度に高くなる場合、ＥＧＲバルブの上流側の圧力が下流側の圧力よりも過度に高くなることに起因してＥＧＲバルブの開口度の割に吸気通路に排気が多量に流入することとなり、内燃機関の制御性が低下するおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の制御装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路のうちの前記フィルタの上流側と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の流路断面積を調整するＥＧＲバルブとを備える内燃機関に適用され、前記フィルタにより捕集されている前記粒子状物質の量が多い場合に少ない場合と比較して前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する制限処理を実行する。

フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合には、少ない場合よりもフィルタの上流側の排気通路内の圧力が高くなるため、同圧力が高くなっていない場合と比較してＥＧＲバルブの上流側の圧力が下流側の圧力よりも高くなることに起因して、ＥＧＲバルブの開口度の割にＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が多くなる。そこで、上記構成では、フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合には、制限処理によって、ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限することにより、ＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量を小さい側に制限することができる。このため、ＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が過度に大きくなることを抑制できる。

２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を開ループ制御するための操作量としての前記ＥＧＲバルブの開口度を前記内燃機関の動作点に応じて操作するＥＧＲ制御処理を実行し、前記制限処理は、前記操作量としての前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する処理である。

上記構成では、開ループ制御の操作量であるＥＧＲバルブの開口度が内燃機関の動作点に応じて設定される。内燃機関の動作点が定まると、吸気通路内の圧力のおおよその値が定まるため、フィルタに捕集されている粒子状物質の量が少ない場合には、フィルタ上流側の排気通路内の圧力から吸気通路内の圧力を引いた差圧についても、おおよその値が定まる。しかし、フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多くなると、操作量の設定において想定している値から実際の差圧が大きくずれて大きくなるため、動作点に応じて設定した開口度としたのでは、ＥＧＲ通路から吸気通路に想定以上に排気が流入するおそれがある。このため制限処理の利用価値が特に大きい。

３．上記１または２記載の内燃機関の制御装置において、前記制限処理は、前記排気通路のうち前記フィルタの上流側の圧力から下流側の圧力を引いた差圧の検出値が大きい場合に小さい場合よりも前記粒子状物質の量が多いとみなして、前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する処理である。

フィルタにより捕集された粒子状物質の量が多くなることに起因してＥＧＲバルブの開口度の割にＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が多くなる度合いは、捕集された粒子状物質の量よりも、上記差圧により強い相関を有し得る。このため、差圧を用いることにより、ＥＧＲバルブの開口度の割にＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が多くなる度合いに応じてより適切に開口度を制限することができる。

４．上記３記載の内燃機関の制御装置において、前記制限処理は、前記差圧が閾値よりも大きいことを条件に、前記内燃機関の少なくとも一部の動作点において、前記ＥＧＲバルブの開口度を前記差圧が前記閾値以下の場合よりも小さく且つゼロよりも大きい制限開口度に制限する処理を含む。

上記構成では、制限処理がＥＧＲバルブの開口度としてゼロよりも大きい値を許容することにより、開口度をゼロとする場合と比較すると、ＥＧＲ通路から吸気通路に流入した排気を燃焼室に充填させることができることから、燃料消費量の増加を抑制することができる。

５．上記４記載の内燃機関の制御装置において、前記制限開口度は、第１制限開口度であり、前記閾値は、第１閾値であり、前記制限処理は、第２閾値を前記第１閾値よりも大きい値として且つ第２制限開口度をゼロよりも大きい値であって前記第１制限開口度よりも小さい値とし、前記差圧が前記第１閾値よりも大きく前記第２閾値以下の場合に前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記第１制限開口度に制限する処理と、前記差圧が前記第２閾値よりも大きいことを条件に、前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記第２制限開口度に制限する処理と、を含む。

上記構成では、差圧が第２閾値よりも大きいことを条件に、ＥＧＲバルブの開口度を第２制限開口度に制限する処理を含むことにより、この処理を含まない場合と比較して、第１制限開口度を極力大きい値としたり、ＥＧＲバルブの開口度をゼロに制限する必要が生じる差圧を極力大きい差圧としたりすることができる。

６．上記４記載の内燃機関の制御装置において、前記制限処理は、所定値を前記閾値よりも大きい値とし、前記差圧が前記所定値よりも大きい場合、前記ＥＧＲバルブの開口度をゼロに制限する処理を含む。

上記構成では、差圧が所定値よりも大きい場合にＥＧＲバルブの開口度をゼロに制限する処理を含むことにより、制限開口度を、差圧が所定値以上となったときにとっても適切な値とする必要がないため、この処理を含まない場合と比較して制限開口度を極力大きい値とすることができる。

７．上記４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記制限処理は、前記差圧が前記閾値以下であっても前記内燃機関の吸入空気量が所定量よりも小さいことを条件に、前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記制限開口度に制限する処理を含む。

吸入空気量が少ない場合にはフィルタに捕集されている粒子状物質の量に応じた差圧の変化量が小さい。このため、差圧に応じてＥＧＲバルブの開口度を制限すべきかについて精度のよい判定が困難である。しかし、吸入空気量が小さい場合であっても、フィルタに捕集されている粒子状物質の量がある程度多くなる場合、少ない場合と比較すると、ＥＧＲバルブの開口度の割にＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の流量が多くなる。このため、吸入空気量が所定量よりも小さいことを条件にＥＧＲバルブの開口度を制限開口度に制限する。

内燃機関の制御装置にかかる一実施形態および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかるＥＧＲバルブ操作処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる判定値の傾向を示す図。 同実施形態にかかるベース開口度およびガード値の設定に用いるマップデータを示す図。 同実施形態の効果を示すタイムチャート。 ＥＧＲ率が想定以上に多くなることによって生じる問題を示す図。

以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられており、スロットルバルブ１４の下流には、燃料噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気や燃料噴射弁１６から噴射された燃料は、吸気バルブ１８の開弁に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画される燃焼室２４に流入する。燃焼室２４において、燃料と空気との混合気は、点火装置２６の火花放電によって燃焼に供され、燃焼によって生じたエネルギは、ピストン２２を介してクランク軸２８の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁に伴って排気として排気通路３２に排出される。排気通路３２には、三元触媒３４が設けられており、さらに、排気通路３２のうちの三元触媒３４の下流には、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ３６）が設けられている。

吸気通路１２と、排気通路３２のうち三元触媒３４の上流側とは、ＥＧＲ通路３８によって接続されている。ＥＧＲ通路３８には、その流路断面積を調整するＥＧＲバルブ４０が設けられている。ＥＧＲバルブは、ステップモータによって駆動されるバルブである。

制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、スロットルバルブ１４や燃料噴射弁１６、点火装置２６、ＥＧＲバルブ４０等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置５０は、制御量の制御に際し、上流側圧力センサ６０によって検出されるＧＰＦ３６の上流側の圧力（上流側圧力Ｐｕ）や、下流側圧力センサ６２によって検出されるＧＰＦ３６の下流側の圧力（下流側圧力Ｐｄ）、クランク角センサ６４の出力信号Ｓｃｒを参照する。また制御装置５０は、エアフローメータ６６によって検出される吸入空気量Ｇａや、水温センサ６８によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）、ノッキングセンサ７０の出力信号Ｓｎを参照する。制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４および、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ５６を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。

図２に、制御装置５０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。
点火操作処理Ｍ１０は、点火装置２６に操作信号ＭＳ３を出力し、点火装置２６による点火時期を操作する処理である。詳しくは、点火操作処理Ｍ１０は、点火時期を、原則、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に操作するが、ノッキングセンサ７０の出力信号Ｓｎに基づきノッキングが生じたと判定する場合、点火時期をＭＢＴよりも遅角側に操作する処理である。

堆積量算出処理Ｍ１２は、回転速度ＮＥ、負荷率ＫＬ、水温ＴＨＷおよびＧＰＦ３６の温度（フィルタ温度Ｔｇｐｆ）に基づき、ＧＰＦ３６によって捕集された粒子状物質の量（ＰＭ堆積量ＤＰＭ）を算出する処理である。ここで、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ５２により、クランク角センサ６４の出力信号Ｓｃｒから算出されるものである。また、負荷率ＫＬは、燃焼室２４内に充填される空気量を示す量であり、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。本実施形態では、基準流入空気量を、スロットルバルブ１４の開口度を最大としたときの１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量とする。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定される量としてもよい。

詳しくは、堆積量算出処理Ｍ１２は、回転速度ＮＥ、負荷率ＫＬおよび水温ＴＨＷに基づき単位期間あたりのＰＭ堆積量ＤＰＭの増加量ΔＤＰＭを算出し、これを積算することによってＰＭ堆積量ＤＰＭを算出する処理である。これは、たとえば、回転速度ＮＥ、負荷率ＫＬおよび水温ＴＨＷを入力変数とし、増加量ΔＤＰＭを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により増加量ΔＤＰＭをマップ演算することによって実現できる。なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

また、堆積量算出処理Ｍ１２は、フューエルカット処理中に、フィルタ温度Ｔｇｐｆが所定温度（たとえば５５０°Ｃ以上の温度）以上である場合、ＧＰＦ３６によって捕集されている粒子状物質が燃焼によって焼失するとして、ＰＭ堆積量ＤＰＭを所定期間毎に減量補正する処理を含む。なお、ＰＭ堆積量ＤＰＭは、不揮発性メモリ５６に記憶され、堆積量算出処理Ｍ１２は、都度算出したＰＭ堆積量ＤＰＭによって不揮発性メモリ５６に記憶されているＰＭ堆積量ＤＰＭを更新する処理を含む。

フィルタ温度推定処理Ｍ１４は、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づきフィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する処理である。詳しくは、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし、定常温度を出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により定常温度をマップ演算し、フィルタ温度Ｔｇｐｆを定常温度へと収束させていく処理である。定常温度へと収束させていく処理は、たとえば、定常温度とフィルタ温度Ｔｇｐｆとの指数移動平均処理値を、新たなフィルタ温度Ｔｇｐｆとする処理等とすればよい。

差圧算出処理Ｍ１６は、上流側圧力Ｐｕから下流側圧力Ｐｄを減算することによって差圧ΔＰを算出する処理である。
ＥＧＲバルブ操作処理Ｍ１８は、回転速度ＮＥや負荷率ＫＬに基づき、排気通路３２からＥＧＲ通路３８を介して吸気通路１２に流入する排気流量を吸入空気量Ｇａで除算した値であるＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御するために、ＥＧＲバルブ４０の開口度を操作すべく、ＥＧＲバルブ４０に操作信号ＭＳ４を出力する処理である。

図３に、ＥＧＲバルブ操作処理Ｍ１８の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず内燃機関１０の動作点に基づき、ベース開口度θ０を算出する（Ｓ１０）。ベース開口度θ０は、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に開ループ制御するための操作量である。すなわち、本実施形態では、ＥＧＲ通路３８内の排気の流量を検出するセンサはもとより、ＥＧＲバルブ４０の上流側と下流側との差圧を検出するセンサをも備えていないため、ＥＧＲ率を検出することはできない。このため、本実施形態では、ＥＧＲ率を開ループ制御する。具体的には、内燃機関１０の動作点を定める回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし、ベース開口度θ０を出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２によりベース開口度θ０をマップ演算する。ここで、動作点は、吸気通路１２内の圧力を把握するためのパラメータである。さらに、動作点は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが想定された値である場合には、上流側圧力Ｐｕを把握するためのパラメータとなっている。本実施形態では、ＰＭ堆積量ＤＰＭが予め定められた所定量以下であることを想定することによって、動作点によってＥＧＲバルブ４０の上流側と下流側との差圧を把握し、目標ＥＧＲ率に制御する上で適切なベース開口度θ０が適合されている。ちなみに、本実施形態では、内燃機関１０の動作点に応じて目標ＥＧＲ率を可変設定しており、ベース開口度θ０は、動作点に応じた目標ＥＧＲ率に制御するための操作量となっている。

詳しくは、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし、ベース開口度θ０を出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２によりベース開口度θ０をマップ演算する。

次にＣＰＵ５２は、差圧ΔＰを取得する（Ｓ１２）。そして、ＣＰＵ５２は、差圧ΔＰが第１段階判定値Ａよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。この処理は、ベース開口度θ０の設定にとってＰＭ堆積量ＤＰＭが想定外に大きい状況であるために開口度θを小さい値に制限すべきか否かを判定するためのものである。すなわち、本実施形態では、ベース開口度θ０は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが予め定められた所定量以下であることを想定して適合された値であり、ＰＭ堆積量ＤＰＭが多くなると、ＰＭ堆積量ＤＰＭが小さい場合よりも差圧ΔＰが大きくなる。差圧ΔＰが大きい場合は、上流側圧力Ｐｕが大きい場合であるため、ＥＧＲバルブ４０の上流側と下流側との差圧が、ベース開口度θ０の適合において想定した値よりも大きくなっている。このため、ＥＧＲバルブ４０の開口度をベース開口度θ０としたのでは、ＥＧＲ通路３８から吸気通路１２に想定を超えて多量の排気が流入するおそれがある。

詳しくは、図４に示すように、ＣＰＵ５２は、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりも第１段階判定値Ａを大きい値に設定する。これは、ＰＭ堆積量ＤＰＭが同一であっても、吸入空気量Ｇａが大きい場合には小さい場合よりも差圧ΔＰが大きくなることに鑑みたものである。これは、吸入空気量Ｇａを入力変数とし第１段階判定値Ａを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により第１段階判定値Ａをマップ演算することにより実現される。

図３に戻り、ＣＰＵ５２は、第１段階判定値Ａよりも大きいと判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差圧ΔＰが第２段階判定値Ｂよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１６）。第２段階判定値Ｂは第１段階判定値Ａよりも大きい値である。ここで、ＣＰＵ５２は、図４に示すように、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりも第２段階判定値Ｂを大きい値に設定する。第２段階判定値Ｂの可変設定処理は、吸入空気量Ｇａを入力変数とし第２段階判定値Ｂを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により第２段階判定値Ｂをマップ演算することにより実現される。

ＣＰＵ５２は、第２段階判定値Ｂ以下であると判定する場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＥＧＲバルブ４０の開口度θの上限ガード値θｔｈに、第１段階ガード値θｔｈａを代入する（Ｓ１８）。詳しくは、ＣＰＵ５２は、第１段階ガード値θｔｈａを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて可変設定する。これは、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし第１段階ガード値θｔｈａを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により第１段階ガード値θｔｈａをマップ演算することにより実現できる。

図５に、ベース開口度θ０用のマップデータの出力変数ａｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）と、第１段階ガード値θｔｈａ用のマップデータの出力変数ｂｉｊとを対比して示す。図５に示すように、変数ｉは、負荷率ＫＬを指定し、変数ｊは、回転速度ＮＥを指定している。

図５に示すように、第１段階ガード値θｔｈａ用のマップデータの出力変数ｂｉｊは、ベース開口度θ０用のマップデータの出力変数ａｉｊ以下に設定されており、特に、内燃機関１０の動作点によっては、ベース開口度θ０用のマップデータの出力変数ａｉｊよりも小さい値に設定されている。ここで、本実施形態では、第１段階ガード値θｔｈａとベース開口度θ０とが等しくなり得る設定としているのは、上流側圧力Ｐｕが想定以上に大きくなってもＥＧＲ率の制御性への影響が無視できる動作点があるためである。

なお、上述の第２段階判定値Ｂは、ＥＧＲバルブ４０の開口度θを第１段階ガード値θｔｈａによって制限する処理が有効である差圧ΔＰの上限値に設定されている。換言すれば、第２段階判定値Ｂは、ＥＧＲバルブ４０の開口度θを、第１段階ガード値θｔｈａによって制限することによって、ＥＧＲ通路３８から吸気通路１２へと流入する排気の流量が過度に大きくならない上限値に設定されている。

図３に戻り、ＣＰＵ５２は、第２段階判定値Ｂよりも大きいと判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、差圧ΔＰが第３段階判定値Ｃよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。第３段階判定値Ｃは、第２段階判定値Ｂよりも大きい値に設定されている。ここで、ＣＰＵ５２は、図４に示すように、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりも第３段階判定値Ｃを大きい値に設定する。この処理は、吸入空気量Ｇａを入力変数とし第３段階判定値Ｃを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により第３段階判定値Ｃをマップ演算することにより実現される。

ＣＰＵ５２は、第３段階判定値Ｃ以下であると判定する場合（Ｓ２０：ＮＯ）、ＥＧＲバルブ４０の開口度θの上限ガード値θｔｈに、第２段階ガード値θｔｈｂを代入する（Ｓ２２）。詳しくは、ＣＰＵ５２は、第２段階ガード値θｔｈｂを、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに応じて可変設定する。これは、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬを入力変数とし第２段階ガード値θｔｈｂを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により第２段階ガード値θｔｈｂをマップ演算することにより実現できる。

図５に示すように、第２段階ガード値θｔｈｂ用の出力変数ｃｉｊは、第１段階ガード値θｔｈａ用のマップデータの出力変数ｂｉｊ以下に設定されており、特に、内燃機関１０の動作点によっては、第１段階ガード値θｔｈａ用のマップデータの出力変数ｂｉｊよりも小さい値に設定されている。

なお、上述の第３段階判定値Ｃは、ＥＧＲバルブ４０の開口度θを第２段階ガード値θｔｈｂによって制限する処理が有効である差圧ΔＰの上限値に設定されている。換言すれば、第３段階判定値Ｃは、ＥＧＲバルブ４０の開口度θを、第２段階ガード値θｔｈｂによって制限することによって、ＥＧＲ通路３８から吸気通路１２へと流入する排気の流量が過度に大きくならない上限値に設定されている。

図３に戻り、ＣＰＵ５２は、第３段階判定値Ｃよりも大きいと判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、図１に示す警告灯７２を操作して、ユーザに、異常がある旨を報知し、修理工場にて修理を依頼するように促す処理（警告処理）を実行する（Ｓ２４）。そしてＣＰＵ５２は、上限ガード値θｔｈに、「０」を代入する（Ｓ２６）。

ＣＰＵ５２は、Ｓ１８，Ｓ２２，Ｓ２６の処理が完了する場合、ベース開口度θ０が上限ガード値θｔｈよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２８）。そしてＣＰＵ５２は、上限ガード値θｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ＥＧＲバルブ４０の開口度θにベース開口度θ０を代入する（Ｓ３０）。これに対し、ＣＰＵ５２は、上限ガード値θｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、開口度θに上限ガード値θｔｈを代入する（Ｓ３２）。

ＣＰＵ５２は、Ｓ３０，Ｓ３２の処理が完了する場合には、ＥＧＲバルブ４０の実際の開口度を開口度θに制御すべく、ＥＧＲバルブ４０に操作信号ＭＳ４を出力する（Ｓ３４）。操作信号ＭＳ４は、ＥＧＲバルブ４０を駆動するステップモータの回転量（ステップ数）を適切な回転量に制御するための信号である。

これに対し、ＣＰＵ５２は、第１段階判定値Ａ以下であると判定する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈよりも小さいか否かを判定する（Ｓ３６）。ここで、所定量Ｇａｔｈは、差圧ΔＰに基づきＰＭ堆積量ＤＰＭが多くなっていることを精度よく判定できる下限値に設定されている。すなわち、図４に一点鎖線にて示すＰＭ堆積量ＤＰＭがゼロである場合と、第１段階判定値Ａとの差は、吸入空気量Ｇａが小さいほど小さくなっている。このため、吸入空気量Ｇａが過度に小さい場合には、ＰＭ堆積量ＤＰＭがある程度大きくなっている状態であるか否かを精度よく判定できない。

ＣＰＵ５２は、所定量Ｇａｔｈよりも小さいと判定する場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、下記の条件（ア）、条件（イ）および条件（ウ）の論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ３８）。

条件（ア）は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが所定量Ｄｔｈよりも大きい旨の条件である。ここで、所定量Ｄｔｈは、ＰＭ堆積量ＤＰＭが小さいことを想定して適合されたベース開口度θ０によってＥＧＲ率を精度よく制御できる上限値に設定されている。

条件（イ）は、クランク軸２８の回転変動量Δωの絶対値が所定量Δωｔｈよりも大きい旨の条件である。ここで、回転変動量Δωは、燃焼の悪化度合いを定量化するパラメータであり、圧縮上死点を１回のみ含む所定角度間隔の回転速度（瞬時回転速度ω）を、圧縮上死点の出現タイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のうちの先に圧縮上死点が出現する気筒における値から後に圧縮上死点が出現する気筒における値を減算した値である。燃焼が悪化してトルクが低下する場合、回転変動量Δωは、負で絶対値が大きい値となる。ＥＧＲバルブ４０の開口度θの割にＥＧＲ通路３８から吸気通路１２に流入する排気の量が多くなると、燃焼室２４内に充填される流体に占める酸素濃度が小さくなることから、燃焼が悪化しやすく、これにより、回転変動量Δωの絶対値が大きくなる。所定量Δωｔｈは、ＰＭ堆積量ＤＰＭが小さいことを想定して適合されたベース開口度θ０によってＥＧＲ率を精度よく制御できる上限値に設定されている。

条件（ウ）は、点火時期のＭＢＴからの遅角量ａＬについての、ＥＧＲバルブ４０の開口度θがゼロのときの値とゼロよりも大きいときの値との差ΔａＬの絶対値が、閾値ΔａＬｔｈよりも大きい旨の条件である。これは、ＥＧＲ通路３８から吸気通路１２に流入する排気の流量が過剰となると、ノッキングが生じにくくなることから、ノッキング制御によって点火時期が進角側に操作されることに鑑みたものである。閾値ΔａＬｔｈは、ＰＭ堆積量ＤＰＭが小さいことを想定して適合されたベース開口度θ０によってＥＧＲ率を精度よく制御できる上限値に設定されている。

ＣＰＵ５２は、論理和が真であると判定する場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、Ｓ１８の処理に移行する一方、論理和が偽であると判定する場合（Ｓ３８：ＮＯ）や、Ｓ３６の処理において否定判定する場合には、Ｓ３０の処理に移行する。

なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ３４の処理が完了する場合、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで本実施形態の作用を説明する。

図６に、ＰＭ堆積量ＤＰＭが徐々に増加していくことにより同一の動作点における差圧ΔＰが徐々に大きくなる場合におけるＥＧＲ率の推移と、ＥＧＲバルブ４０の開口度θの設定とを示す。なお、図６の上段において、２点鎖線は、ＧＰＦ３６を備えない場合のＥＧＲ率であり、図６の下段において２点鎖線にて示す開口度θＬｉｍは、ＧＰＦ３６を備えない場合の開口度θである。ＧＰＦ３６を備えない場合、備える場合のようにはＥＧＲバルブ４０の上流側の圧力が上昇することがないため、開口度θＬｉｍは、一定値とされており、対応するＥＧＲ率も一定の直線となっている。

図６に示すように、差圧ΔＰが第１段階判定値Ａに向けて大きくなるにつれて、ＥＧＲ率が増加し、燃焼室２４内の流体中の酸素濃度が低下することによって、燃焼限界となるＥＧＲ率に近づいていく。そして、差圧ΔＰが第１段階判定値Ａに達することにより、ＥＧＲ率が図６において２点鎖線で示すＧＰＦ３６を備えない場合の値となり、さらに同値を超えると、ＣＰＵ５２は、開口度θを第１段階ガード値θｔｈａに制限する。これにより、ＥＧＲ率が低下することから、燃焼室２４内の流体中の酸素濃度が小さくなって燃焼限界を超える事態となることを抑制できる。

ここで、第１段階判定値Ａを超えることにより、開口度θが第１段階ガード値θｔｈａに制限された直後には、ＥＧＲ率が、ＧＰＦ３６を備えない場合の値と比較して所定量ΔＥだけ小さい値に制限されることにより、燃料消費量が増加する。ただし、このときの燃料消費量の増加を極力小さくするように第１段階ガード値θｔｈａは設定されている。ちなみに、ベース開口度θ０の設定の記載において述べた目標ＥＧＲ率は、図６に示す動作点においては、ＧＰＦ３６を備えない場合のＥＧＲ率の値以下且つ、同値から所定量ΔＥを減算した値以上の領域内の値となる。

ＥＧＲ率は、ＰＭ堆積量ＤＰＭがさらに増加することに起因して差圧ΔＰが増加するにつれて大きくなり、再び燃焼限界へと近づいていく。ＰＭ堆積量ＤＰＭがさらに増加して差圧ΔＰがさらに大きくなると、ＥＧＲ率は、ＧＰＦ３６を備えない場合の値に到達する。このときの差圧ΔＰが第２段階判定値Ｂである。ＣＰＵ５２は、差圧ΔＰが第２段階判定値Ｂを超えると判定する場合、ＥＧＲバルブ４０の開口度θを第２段階ガード値θｔｈｂに制限する。これにより、ＥＧＲ率が低下することから、燃焼室２４内の流体中の酸素濃度が小さくなって燃焼限界を超える事態となることを抑制できる。なお、本実施形態では、第２段階ガード値θｔｈｂは、第２段階ガード値θｔｈｂによる制限開始直後におけるＥＧＲ率が過度に小さくならない値としている。

ＰＭ堆積量ＤＰＭがさらに増加して差圧ΔＰがさらに大きくなると、ＥＧＲ率は、ＧＰＦ３６を備えない場合の値に到達する。このときの差圧ΔＰが第３段階判定値Ｃである。ＣＰＵ５２は、差圧ΔＰが第３段階判定値Ｃを超えると判定する場合、ＥＧＲバルブ４０の開口度θの大きさを、ゼロに制限する。

このように、本実施形態では、燃料消費量が過度に増加することを抑制しつつもＥＧＲ率が過度に多くなって燃焼限界に達することを抑制できる。なお、ＥＧＲ率が過度に多くなる場合、図７に示すように内燃機関１０の動作点によっては燃焼限界に達する以外にも不都合があり、本実施形態によればそれらを抑制することができる。

図７に示す領域ＡＲ１は、燃焼限界に達することによりトルク変動が大きくなりやすい領域である。ドットを付与した領域である領域ＡＲ２は、吸気通路１２の受熱量が大きくなり、吸気通路１２を樹脂等、熱に弱い材料によって構成する場合には、その劣化が促進されるおそれがある領域である。右肩上がりのハッチングが付与された領域ＡＲ３は、ノッキング制御の制御性が低下するおそれがある領域である。すなわち、ＥＧＲ率が増加すると、ノッキングが生じにくくなることから点火時期が進角側とされる傾向がある。そして、ＥＧＲ率が増加することに起因して進角側とされる量は動作点に応じて異なる傾向があるため、ノッキングが生じない遅角量を学習する場合、その学習値が動作点によっては適切な値とならずノッキングが生じるおそれがある。右肩下がりのハッチングが付与された領域ＡＲ４は、ＥＧＲ率の増加によって吸気通路１２のうちスロットルバルブ１４の下流側の圧力が上昇し、スロットルバルブ１４の開口度を増加させた際の吸入空気量の増加が鈍る領域である。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１］フィルタは、ＧＰＦ３６に対応し、制限処理は、Ｓ１８，Ｓ２２，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３２の処理に対応する。［２］ＥＧＲ制御処理は、Ｓ１０，Ｓ３０，Ｓ３４の処理に対応する。［３］Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ２０の処理に対応する。［４］閾値は、第１段階判定値Ａまたは第２段階判定値Ｂに対応し、制限開口度は、第１段階ガード値θｔｈａまたは第２段階ガード値θｔｈｂに対応する。少なくとも一部の動作点は、図５において変数ｓ，ｔにて指定される動作点や図６において想定された動作点に対応する。［５］第１閾値は、第１段階判定値Ａに対応し、第１制限開口度は、第１段階ガード値θｔｈａに対応し、第２閾値は、第２段階判定値Ｂに対応し、第２制限開口度は、第２段階ガード値θｔｈｂに対応する。［６］所定値は、第３段階判定値Ｃに対応する。［７］閾値は、第１段階判定値Ａに対応し、制限開口度は、第１段階ガード値θｔｈａに対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「制限処理の入力としての差圧について」
上記実施形態では、上流側圧力Ｐｕから下流側圧力Ｐｄを減算した差圧ΔＰを用いて、ＥＧＲバルブ４０の開口度の制限処理を実行したが、これに限らない。たとえば、下流側圧力Ｐｄを一定とみなして、上流側圧力Ｐｕを差圧ΔＰとみなすとともに、第１段階判定値Ａ、第２段階判定値Ｂおよび第３段階判定値Ｃのそれぞれを、上記実施形態の値に対して一定と見なした下流側圧力Ｐｄを加算した値としてもよい。

・「制限処理の入力について」
Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ２０の処理の入力としては、差圧ΔＰに限らない。たとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭとし、Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ２０の処理を、ＰＭ堆積量と、第１段階判定値Ａ、第２段階判定値Ｂおよび第３段階判定値Ｃのそれぞれに対応する値との大小を比較する処理としてもよい。

・「制限処理について」
上記実施形態では、ベース開口度θ０の上限ガード値θｔｈに小さい値を代入することによってＥＧＲバルブ４０の開口度を制限したが、これに限らない。たとえば、差圧ΔＰが第２段階判定値Ｂよりも大きく第３段階判定値Ｃ以下の場合と、第１段階判定値Ａよりも大きく第２段階判定値Ｂ以下の場合とのそれぞれについて、動作点を入力変数とし開口度θを出力変数とするマップデータをＲＯＭ５４に記憶しておき、ＣＰＵ５２により開口度θをマップ演算することにしてもよい。

上記構成では、差圧ΔＰが第１段階判定値Ａ、第２段階判定値Ｂおよび第３段階判定値Ｃのそれぞれよりも大きいか否かに応じて、ＥＧＲバルブ４０の開口度を２段階で制限したが、これに限らない。たとえば、１段階で制限してもよい。この場合、制限の度合いが大きい方の処理を、ＥＧＲバルブ４０の開口度をゼロに制限する処理としてもよい。また、たとえば、１段階とせずに、差圧ΔＰが所定値よりも大きい場合にＥＧＲバルブ４０の開口度をゼロに制限する処理のみとしてもよい。

さらに、差圧ΔＰに応じて、ＥＧＲバルブ４０の開口度を３段階以上で制限してもよい。この場合、図６に示したものよりもＥＧＲ率の落ち込み度合いを小さくすることができることから、燃料消費量の増加を抑制できる。

上記実施形態では、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈよりも小さい場合、上記条件（ア）、条件（イ）および条件（ウ）の論理和が真であるか否かに応じて、ＥＧＲバルブ４０の開口度を制限するか否かを２値的に判定したが、これに限らない。たとえば、ＰＭ堆積量ＤＰＭや回転変動量Δωの絶対値、差ΔａＬの絶対値の大きさに応じて、ＥＧＲバルブの開口度の制限の度合いを、１段階以上で段階的に大きくしていってもよい。

・「吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈよりも小さい場合の制限の実行条件について」
上記実施形態では、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈよりも小さい場合、上記条件（ア）、条件（イ）および条件（ウ）の論理和が真である場合に、ＥＧＲバルブ４０の開口度を制限したが、これに限らない。たとえば、Ｓ３８の処理を、条件（ア）が成立するか否かのみを判定する処理としてもよく、またたとえば、条件（イ）が成立するか否かのみを判定する処理としてもよく、またたとえば条件（ウ）が成立するか否かのみを判定する処理としてもよい。さらに、たとえば条件（ア）および条件（イ）の論理和が真であるか否かを判定する処理としてもよく、またたとえば、条件（ア）および条件（ウ）の論理和が真であるか否かを判定する処理としてもよく、またたとえば条件（イ）および条件（ウ）の論理和が真であるか否かを判定する処理としてもよい。

・「ＥＧＲ制御処理について」
上記実施形態では、内燃機関１０の動作点を回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬによって規定し、動作点に基づきベース開口度θ０を可変設定したが、ベース開口度θ０を定める動作点としては、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに限らない。たとえば、負荷を示すパラメータとして、負荷率ＫＬに代えて、噴射量やアクセル操作量を用いてもよい。

もっとも、ＰＭ堆積量ＤＰＭが大きい場合にＥＧＲバルブ４０の開口度を制限する処理にとって、操作量としてのＥＧＲバルブ４０の開口度を動作点に応じて可変設定するＥＧＲ制御処理は必須ではない。たとえば、ＥＧＲ通路３８から吸気通路１２に流入する排気の流量を算出する処理や同流量の検出値を取得する処理を有する場合であっても、それら算出値や検出値の精度が高くないのであれば、ＰＭ堆積量ＤＰＭが大きい場合にＥＧＲバルブ４０の開口度を制限することは有効である。

・「ＥＧＲバルブについて」
上記実施形態では、ステップモータによって駆動されるバルブを例示したが、これに限らず、たとえばソレノイドバルブであってもよい。この場合、開口度に応じた通電電流量を予め定めておくことにより、開口度を制御することができる。

・「ＰＭ堆積量について」
ＰＭ堆積量ＤＰＭの推定手法としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈ以上である場合、差圧ΔＰと吸入空気量Ｇａとに基づきＰＭ堆積量ＤＰＭを推定してもよい。詳しくは、差圧ΔＰが大きい場合に小さい場合よりもＰＭ堆積量ＤＰＭを大きい値とし、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりもＰＭ堆積量ＤＰＭを小さい値とすればよい。詳しくは、ＲＯＭ５４に、差圧ΔＰと吸入空気量Ｇａとを入力変数とし、ＰＭ堆積量ＤＰＭを出力変数とするマップデータを記憶しておき、ＣＰＵ５２によりＰＭ堆積量ＤＰＭをマップ演算すればよい。なお、この場合、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａｔｈ以上の状態から所定量Ｇａｔｈ未満の状態に移行した場合、移行後のＰＭ堆積量ＤＰＭの初期値は、差圧ΔＰに基づき推定したＰＭ堆積量ＤＰＭとすればよい。

・「制御装置について」
制御装置としては、ＣＰＵ５２とＲＯＭ５４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

・「内燃機関について」
ＥＧＲ通路３８を三元触媒３４の上流側に接続することは必須ではなく、三元触媒３４とＧＰＦ３６との間に接続してもよい。燃料噴射弁としては、吸気通路１２に燃料を噴射するポート噴射弁に限らず、燃焼室２４に燃料を噴射する筒内噴射弁であってもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…燃料噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…点火装置、２８…クランク軸、３０…排気バルブ、３２…排気通路、３４…三元触媒、３６…ＧＰＦ、３８…ＥＧＲ通路、４０…ＥＧＲバルブ、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…不揮発性メモリ、６０…上流側圧力センサ、６２…下流側圧力センサ、６４…クランク角センサ、６６…エアフローメータ、６８…水温センサ、７０…ノッキングセンサ、７２…警告灯。

Claims (7)

1. 排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路のうちの前記フィルタの上流側と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の流路断面積を調整するＥＧＲバルブとを備える内燃機関に適用され、
   前記フィルタにより捕集されている前記粒子状物質の量が多い場合に少ない場合と比較して前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する制限処理を実行する内燃機関の制御装置。
2. 前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を開ループ制御するための操作量としての前記ＥＧＲバルブの開口度を前記内燃機関の動作点に応じて操作するＥＧＲ制御処理を実行し、
   前記制限処理は、前記操作量としての前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する処理である請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制限処理は、前記排気通路のうち前記フィルタの上流側の圧力から下流側の圧力を引いた差圧の検出値が大きい場合に小さい場合よりも前記粒子状物質の量が多いとみなして、前記ＥＧＲバルブの開口度を小さい側に制限する処理である請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制限処理は、前記差圧が閾値よりも大きいことを条件に、前記内燃機関の少なくとも一部の動作点において、前記ＥＧＲバルブの開口度を前記差圧が前記閾値以下の場合よりも小さく且つゼロよりも大きい制限開口度に制限する処理を含む請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制限開口度は、第１制限開口度であり、
   前記閾値は、第１閾値であり、
   前記制限処理は、第２閾値を前記第１閾値よりも大きい値として且つ第２制限開口度をゼロよりも大きい値であって前記第１制限開口度よりも小さい値とし、前記差圧が前記第１閾値よりも大きく前記第２閾値以下の場合に前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記第１制限開口度に制限する処理と、前記差圧が前記第２閾値よりも大きいことを条件に、前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記第２制限開口度に制限する処理と、を含む請求項４記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制限処理は、所定値を前記閾値よりも大きい値とし、前記差圧が前記所定値よりも大きい場合、前記ＥＧＲバルブの開口度をゼロに制限する処理を含む請求項４記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制限処理は、前記差圧が前記閾値以下であっても前記内燃機関の吸入空気量が所定量よりも小さいことを条件に、前記少なくとも一部の動作点において前記ＥＧＲバルブの開口度を前記制限開口度に制限する処理を含む請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。