本發(fā)明涉及內燃機的控制裝置及其控制方法，該內燃機具備：進氣通路和排氣通路、使所述進氣通路開閉的節(jié)流閥、以及使廢氣從所述排氣通路回流到所述節(jié)流閥下游側的所述進氣通路部分即進氣歧管的egr流路。

背景技術：

為了很好地控制內燃機，高精度地計算出氣缸吸入的空氣量，并根據(jù)氣缸吸入空氣量來高精度地控制燃料供給量和點火時期十分重要。在控制點火時期時，不僅要根據(jù)內燃機的轉速及氣缸吸入空氣量，還要根據(jù)其他因素、例如內燃機的冷卻水溫、爆震發(fā)生狀況、燃料性狀、egr(exhaustgasrecirculation：廢氣再循環(huán))率，來使點火時期變至使輸出轉矩達到最大的點火時期(mbt：minimumsparkadvanceforbesttorque：最佳轉矩的最小點火提前角)。

而關于egr，有在使廢氣從排氣通路回流至進氣歧管的egr流路中設置egr閥，根據(jù)該egr閥的開度來控制回流至進氣歧管的廢氣量的方法(以下稱為外部egr)，還有設置使進氣閥和排氣閥中的一方或者雙方的開閉正時可變的可變氣門正時機構，通過改變進氣閥和排氣閥同時打開的氣門重疊期間，來控制殘留在氣缸內的廢氣量的方法(以下稱為內部egr)。近年來，為了實現(xiàn)低燃費化和高輸出化，同時具備外部egr機構和內部egr機構的內燃機正在增加。本申請中，僅記載為egr、egr率時，指的是外部egr、外部egr率。

近年來，還將內燃機的輸出轉矩作為指標來控制內燃機。熱效率會根據(jù)氣缸吸入空氣量和egr率發(fā)生變化，因此要基于氣缸吸入空氣量和egr率來推算輸出轉矩。因而，無論是為了控制點火時期，還是為了推算輸出轉矩，都要求高精度地推算egr率。

作為推算egr率的技術，例如已知有下述專利文獻1和專利文獻2所記載的技術。專利文獻1的技術中，使用由氣流傳感器檢測出的吸入空氣量、基于進氣歧管內的壓力等計算出的流入氣缸的空氣量即氣缸流量、egr閥的開度，學習egr閥的特性偏差和隨時間的變化，同時推算egr量。

專利文獻2的技術是對egr閥的開度進行反饋控制，以使設置在進氣歧管中的co2濃度傳感器檢測出的co2濃度接近目標值的技術。專利文獻2中，還公開了設置濕度傳感器來代替co2濃度傳感器的結構。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第5642222號公報

專利文獻2：日本專利特公昭58-55345號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術問題

然而，在專利文獻1的技術中，雖然無需增加用于推算egr量的專用傳感器，不會因器件增加導致成本上升，但由于間接地推算出egr量，因此會因用于推算egr量的各種傳感器及內燃機的特性的個體差異和隨時間的變化等，導致推算誤差的產生。

專利文獻2的技術中，雖然基于進氣歧管內的濕度來對egr量進行反饋控制，但沒有考慮從大氣重新吸入到進氣歧管的吸入空氣的濕度即大氣濕度對進氣歧管內的濕度造成的影響，大氣濕度的變化會導致產生egr量的控制誤差。大氣濕度會隨著地域、季節(jié)、氣象等發(fā)生很大的變化，因此egr量的控制誤差會大到無法忽視的地步。

因此，要求有即使吸入空氣(大氣)的濕度發(fā)生變化也能高精度地推算出egr率的內燃機的控制裝置及其控制方法。

解決技術問題的技術方案

本發(fā)明涉及內燃機的控制裝置，該內燃機具備：進氣通路和排氣通路、使所述進氣通路開閉的節(jié)流閥、以及使廢氣從所述排氣通路回流到所述節(jié)流閥的下游側的所述進氣通路部分即進氣歧管的egr流路，所述內燃機的控制裝置包括：運轉狀態(tài)檢測部，該運轉狀態(tài)檢測部檢測出所述進氣歧管內的氣體壓力即歧管壓力、所述進氣歧管內的氣體溫度即歧管溫度、所述進氣歧管內的氣體濕度即歧管濕度、吸入到所述進氣通路內的吸入空氣的壓力即吸入空氣壓力、所述吸入空氣的溫度即吸入空氣溫度、以及所述吸入空氣的濕度即吸入空氣濕度；歧管內水蒸氣率計算部，該歧管內水蒸氣率計算部基于所述歧管濕度和所述歧管溫度，計算出所述進氣歧管內的氣體中包含的水蒸氣的分壓即歧管內水蒸氣分壓，并計算出所述歧管內水蒸氣分壓與所述歧管壓力之比即歧管內水蒸氣分壓率；吸入空氣中水蒸氣率計算部，該吸入空氣中水蒸氣率計算部基于所述吸入空氣濕度和所述吸入空氣溫度，計算出所述吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓，并計算出所述吸入空氣中水蒸氣分壓與所述吸入空氣壓力之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率；以及egr率計算部，該egr率計算部基于所述歧管內水蒸氣分壓率和所述吸入空氣中水蒸氣分壓率，計算出回流到所述進氣歧管內的所述廢氣與所述進氣歧管內的氣體之比即egr率。

本發(fā)明涉及內燃機的控制方法，該內燃機具備：進氣通路和排氣通路、使所述進氣通路開閉的節(jié)流閥、以及使廢氣從所述排氣通路回流到所述節(jié)流閥的下游側的所述進氣通路部分即進氣歧管的egr流路，所述內燃機的控制方法執(zhí)行如下步驟：運轉狀態(tài)檢測步驟，檢測出所述進氣歧管內的氣體壓力即歧管壓力、所述進氣歧管內的氣體溫度即歧管溫度、所述進氣歧管內的氣體濕度即歧管濕度、吸入到所述進氣通路內的吸入空氣的壓力即吸入空氣壓力、所述吸入空氣的溫度即吸入空氣溫度、以及所述吸入空氣的濕度即吸入空氣濕度；歧管內水蒸氣率計算步驟，基于所述歧管濕度和所述歧管溫度，計算出所述進氣歧管內的氣體中包含的水蒸氣的分壓即歧管內水蒸氣分壓，并計算出所述歧管內水蒸氣分壓與所述歧管壓力之比即歧管內水蒸氣分壓率；吸入空氣中水蒸氣率計算步驟，基于所述吸入空氣濕度和所述吸入空氣溫度，計算出所述吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓，并計算出所述吸入空氣中水蒸氣分壓與所述吸入空氣壓力之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率；以及egr率計算步驟，基于所述歧管內水蒸氣分壓率和所述吸入空氣中水蒸氣分壓率，計算出回流到所述進氣歧管內的所述廢氣與所述進氣歧管內的氣體之比即egr率。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的內燃機的控制裝置及其控制方法，可不僅考慮進氣歧管內的空氣與回流廢氣的混合氣體的濕度，還考慮了從大氣吸入到進氣通路的吸入空氣的濕度，以此來推算egr率。因此，即使大氣濕度發(fā)生變化，也能高精度地推算出egr率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1所涉及的內燃機及控制裝置的簡要結構圖。

圖2是本發(fā)明的實施方式1所涉及的控制裝置的框圖。

圖3是本發(fā)明的實施方式1所涉及的控制裝置的硬件結構圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的進氣歧管內的氣體的分壓狀態(tài)的圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的控制裝置的處理的流程圖。

具體實施方式

1.實施方式1

參照附圖，對本發(fā)明的實施方式1所涉及的內燃機1的控制裝置50(以下簡稱為控制裝置50)進行說明。圖1是本實施方式所涉及的內燃機1及控制裝置50的簡要結構圖，圖2是本實施方式所涉及的控制裝置50的框圖。內燃機1和控制裝置50搭載在車輛上，內燃機1成為車輛(車輪)的驅動力源。

1.1內燃機1的結構

首先，對內燃機1的結構進行說明。內燃機1具有供空氣和燃料的混合氣體燃燒的氣缸25。內燃機1具備將空氣提供給氣缸25的進氣通路23、以及將氣缸25內進行了燃燒后的廢氣排出的排氣通路17。內燃機1還具備使進氣通路23開閉的節(jié)流閥6。節(jié)流閥6采用在受控制裝置50控制的電動馬達的作用下進行開閉驅動的電子控制式節(jié)流閥。節(jié)流閥6上設有輸出與節(jié)流閥6的開度相應的電信號的節(jié)流閥開度傳感器7。

在進氣通路23的最上游部，設有對吸入到進氣通路23中的空氣進行凈化的空氣凈化器24。在位于節(jié)流閥6上游側的進氣通路23中，設有輸出與從大氣吸入到進氣通路23的空氣即吸入空氣的流量相應的電信號的空氣流量傳感器3、輸出與吸入空氣的溫度即吸入空氣溫度ta相應的電信號的吸入空氣溫度傳感器4、以及輸出與吸入空氣的濕度即吸入空氣濕度hra相應的電信號的吸入空氣濕度傳感器5。位于節(jié)流閥6上游側的進氣通路23內的壓力可以視作為與大氣壓相等。進氣通路23的外部(例如控制裝置50的內部)設有輸出與吸入空氣(本實施例中為大氣)的壓力即吸入空氣壓力pa相應的電信號的吸入空氣壓力傳感器2。

吸入空氣溫度傳感器4和吸入空氣濕度傳感器5可以與空氣流量傳感器3形成為一體，也可以單獨形成?；蛘?，吸入空氣溫度傳感器4和吸入空氣濕度傳感器5也可以與吸入空氣壓力傳感器2同樣地設置于進氣通路23的外部，吸入空氣壓力傳感器2也可以與吸入空氣溫度傳感器4及吸入空氣濕度傳感器5設置于同一部位。無論是哪一種情況，吸入空氣壓力傳感器2、吸入空氣溫度傳感器4及吸入空氣濕度傳感器5都設置在被吸入到進氣通路23的吸入空氣所存在的位置、即吸入空氣的壓力實質上相同的位置。

位于節(jié)流閥6下游側的進氣通路23的部分設為進氣歧管12。進氣歧管12的上游側的部分設為用于抑制進氣波動的氣室11。內燃機1具備使廢氣從排氣通路17回流到進氣歧管12(本實施例中為氣室11)的egr流路21、以及使egr流路21開閉的egr閥22。egr閥22采用在受控制裝置50控制的電動馬達等電動致動器的作用下進行開閉驅動的電子控制式egr閥?；亓鞯綒馐?1的廢氣(以下稱為回流廢氣)與被吸入到氣室11的吸入空氣在氣室11內混合均勻。egr是exhaustgasrecirculation(廢氣再循環(huán))的首字母縮寫。

進氣歧管12上設有輸出與進氣歧管12內的氣體壓力即歧管壓力pb相應的電信號的歧管壓力傳感器8、輸出與進氣歧管12內的氣體溫度即歧管溫度tb相應的電信號的歧管溫度傳感器9、輸出與進氣歧管12內的氣體濕度即歧管濕度hrb相應的電信號的歧管濕度傳感器10。歧管溫度傳感器9和歧管濕度傳感器10可以與歧管壓力傳感器8形成為一體，也可以單獨形成。歧管溫度傳感器9和歧管濕度傳感器10設置于將進氣歧管12與egr流路21連接的連接部的下游側，構成為能夠檢測出吸入空氣和回流廢氣充分混合后得到的氣體的溫度和濕度。

在進氣歧管12的下游側的部分，設有噴射燃料的噴射器13。噴射器13也可以設置為向氣缸25內直接噴射燃料。

在氣缸25的頂部設有向空氣和燃料的混合氣體點火的火花塞、以及將點火能量提供給火花塞的點火線圈16。氣缸25的頂部還設有調節(jié)從進氣通路23吸入到氣缸25內的吸入空氣量的進氣閥14、以及調節(jié)從氣缸內排出到排氣通路17的廢氣量的排氣閥15。進氣閥14上設有使其氣門開閉正時可變的進氣可變氣門正時機構。排氣閥15上設有使其氣門開閉正時可變的排氣可變氣門正時機構?？勺儦忾T正時機構14、15具有電動致動器。在內燃機1的曲柄軸上設有輸出與其旋轉角相應的電信號的曲柄角傳感器20。

排氣通路17上設有輸出與廢氣中空氣和燃料之比即空燃比af(air/fuel)相應的電信號的空燃比傳感器18。排氣通路17中還設有對廢氣進行凈化的催化劑19。催化劑19使用在理論空燃比af0附近凈化性能會變高的三元催化劑。

1.2控制裝置50的結構

接下來，對控制裝置50進行說明。

控制裝置50是以內燃機1為控制對象的控制裝置。如圖2所示，控制裝置50具備運轉狀態(tài)檢測部51、歧管內水蒸氣率計算部52、吸入空氣中水蒸氣率計算部53、egr率計算部54、以及egr率利用控制部55等控制部?？刂蒲b置50的各控制部51～55等由控制裝置50所具備的處理電路來實現(xiàn)。具體而言，控制裝置50如圖3所示，其處理電路包括cpu(centralprocessingunit：中央處理器)等運算處理裝置90(計算機)、與運算處理裝置90交換數(shù)據(jù)的存儲裝置91、向運算處理裝置90輸入外部的信號的輸入電路92、從運算處理裝置90向外部輸出信號的輸出電路93、以及運算處理裝置90與外部裝置進行數(shù)據(jù)通信用的通信電路94等。

存儲裝置91具備構成為能夠從運算處理裝置90讀出數(shù)據(jù)并能寫入的ram(randomaccessmemory：隨機存取存儲器)、構成為能夠從運算處理裝置90讀出數(shù)據(jù)的rom(readonlymemory：只讀存儲器)等。輸入電路92與各種傳感器和開關連接，并具備將這些傳感器和開關的輸出信號輸入到運算處理裝置90的a/d轉換器等。輸出電路93與電負載連接，并具備向這些電負載輸出來自運算處理裝置90的控制信號的驅動電路等。通信電路94經由通信線路與空調控制裝置60等其它車載用的電子設備等連接，基于can(controllerareanetwork：控制器區(qū)域網絡)等通信協(xié)議進行有線通信。

由此，控制裝置50所具備的各控制部51～55等的各種功能通過以下方式來實現(xiàn)：運算處理裝置90執(zhí)行存儲在rom等存儲裝置91中的軟件(程序)，與存儲裝置91、輸入電路92、輸出電路93及通信電路94等的控制裝置50的其它硬件相互協(xié)作。各控制部51～55等所使用的表格、判定值等設定數(shù)據(jù)作為軟件(程序)的一部分，存儲在rom等存儲裝置91中。

本實施方式中，輸入電路92與吸入空氣壓力傳感器2、空氣流量傳感器3、吸入空氣溫度傳感器4、吸入空氣濕度傳感器5、節(jié)流閥開度傳感器7、歧管壓力傳感器8、歧管溫度傳感器9、歧管濕度傳感器10、空燃比傳感器18、曲柄角傳感器20及油門位置傳感器26等連接。輸出電路93與節(jié)流閥6(電動馬達)、egr閥22(電動致動器)、噴射器13、點火線圈16、進氣可變氣門正時機構14和排氣可變氣門正時機構15等連接?？刂蒲b置50還與未圖示的各種傳感器、開關及致動器等連接。

控制器50的基本控制是基于所輸入的各種傳感器的輸出信號等，計算出燃料噴射量、點火時期等，對噴射器13和點火線圈16等進行驅動控制?？刂蒲b置50基于油門位置傳感器26的輸出信號等，計算出駕駛員所請求的內燃機1的輸出轉矩，控制節(jié)流閥6等以達到能實現(xiàn)該請求輸出轉矩的吸入空氣量。具體而言，控制裝置50計算出目標節(jié)流閥開度，并對節(jié)流閥6的電動馬達進行驅動控制，以使基于節(jié)流閥開度傳感器7的輸出信號檢測出的節(jié)流閥開度接近目標節(jié)流閥開度。

1-2-1.egr率利用控制部55

egr率利用控制部55構成為基于egr率計算部54計算出的egr率regr，改變點火時期和egr閥22的開度中的一方或雙方。例如，egr率利用控制部55基于內燃機1的轉速、填充效率和egr率regr，計算出點火時期。egr率利用控制部55還基于內燃機1的轉速和填充效率等運轉狀態(tài)，計算出目標egr率，并增大或減小egr閥22的開度，以使egr率regr接近目標egr率。點火時期的設定精度、egr率的控制精度會給內燃機1的燃燒狀態(tài)、輸出轉矩、熱效率和nox產生量等的控制精度產生很大的影響，因此egr率regr的推算精度對于控制內燃機1來說十分重要。

1-2-2.egr率regr的計算方法的理論推導

首先，對egr率regr的計算方法的理論推導進行說明。

egr率regr是回流到進氣歧管12內的廢氣(回流廢氣)與進氣歧管12內的氣體之比。egr率regr可以用式(1)，基于co2濃度來計算出。

[數(shù)學式1]

這里，co2_in是進氣歧管12內的氣體的co2濃度[vol％],co2_ex是排氣通路17內的廢氣的co2濃度[vol％]，co2_a是吸入空氣中的co2濃度[vol％]。吸入空氣(大氣)中的co2濃度通常為0.038[vol％]左右。

下面，關注燃燒化學反應式中各分子的摩爾數(shù)及各氣體的分壓，推導出它們與co2濃度及egr率regr之間的關系式。

在內燃機1的燃料為例如汽油的情況下，碳氫化合物的燃燒化學反應式可以式(2)來表達。

[數(shù)學式2]

汽油的平均分子式假設為c7h14，空氣的組成假設為“氧(o2)：氮(n2)＝21：79”,汽油與空氣在理論空燃比af0下完全燃燒時的燃燒化學反應式可用式(3)來表示。這里，燃燒生成的二氧化碳(co2)的摩爾數(shù)和水蒸氣(h2o)的摩爾數(shù)同為14。

[數(shù)學式3]

2·c7h14+21·o2+79·n2→·14·co2+14·h2o+79·n2…(3)

但是，實際的吸入空氣中還包含有二氧化碳(co2)和水蒸氣(h2o)，假設它們的摩爾數(shù)分別為α和β，則燃燒化學反應式可用式(4)來表示。式(4)是沒有考慮回流廢氣的純粹的燃燒化學反應式。

[數(shù)學式4]

在以下的摩爾數(shù)解析中，式(4)左邊的汽油的摩爾數(shù)相對于整體的摩爾數(shù)較少，因此將其近似為零。因此，式(4)左邊的燃燒前的氣體等于吸入空氣。式(4)左邊的吸入空氣的總摩爾數(shù)為(100+α+β)，右邊的廢氣的總摩爾數(shù)為(107+α+β)，左邊和右邊嚴格來說具有不同的摩爾數(shù)，但這里假設左邊和右邊的總摩爾數(shù)同為(m+α+β)。

圖4中示出了廢氣回流到進氣歧管12時進氣歧管12內的氣體的分壓狀態(tài)。進氣歧管12內的氣體是從大氣吸入的吸入空氣與通過egr流路21回流的回流廢氣的混合氣體，將歧管壓力中吸入空氣的分壓設為p_new，將回流廢氣的分壓設為p_egr。

吸入空氣如式(4)的左邊所示，由氮(n2)、氧(o2)、二氧化碳(co2)、水蒸氣(h2o)構成。嚴格來說還包含有其它物質，但由于其含量非常少，因此可以忽視。這里，將吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓記為pvn。

回流廢氣如式(4)的右邊所示，由氮(n2)、二氧化碳(co2)、水蒸氣(h2o)構成。嚴格來說還包含有其它物質，但由于其含量非常少，因此可以忽視。這里，二氧化碳(co2)和水蒸氣(h2o)中，有的通過燃燒生成，有的是包含在吸入空氣中的。因此，將通過燃燒生成的水蒸氣的分壓記為pve，將吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓記為pvr。

若用圖4所示的吸入空氣的分壓p_new與歧管壓力pb之比和回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比、以及式(4)左邊的吸入空氣中或右邊的廢氣中co2的摩爾分率來表示用于計算egr率regr的式(1)中的各co2濃度，則如式(5)所示。具體而言，進氣歧管12內的氣體中的co2濃度co2_in如圖4所示，是進氣歧管12內的吸入空氣中的co2濃度與回流廢氣中包含的燃燒生成co2濃度和吸入空氣含有co2濃度的合計。進氣歧管12內的吸入空氣中的co2濃度變?yōu)閷⑽肟諝獾姆謮簆_new與歧管壓力pb之比(p_new/pb)乘以式(4)左邊的吸入空氣中的co2的摩爾分率(α/(m+α+β))后得到的值?；亓鲝U氣中包含的燃燒生成co2濃度及吸入空氣含有co2濃度變?yōu)閷⒒亓鲝U氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)乘以式(4)右邊的廢氣中的co2的摩爾分率((14+α)/(m+α+β))后得到的值。廢氣中的co2濃度co2_ex為式(4)右邊的廢氣中的co2的摩爾分率((14+α)/(m+α+β))。吸入空氣中的co2濃度co2_a為式(4)左邊的吸入空氣中的co2的摩爾分率(α/(m+α+β))。

[數(shù)學式5]

然后，將式(5)的各co2濃度代入式(1)并整理，egr率regr如式(6)所示地變成回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)。

[數(shù)學式6]

接著，關注各氣體的水蒸氣的摩爾分率，推導出關系式。

吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率χva可使用式(4)左邊的吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率(β/(m+α+β))，如式(7)來表示。

[數(shù)學式7]

進氣歧管12內的氣體中的水蒸氣的摩爾分率χvb如圖4和式(8)所示，是進氣歧管12內的吸入空氣中包含的水蒸氣的摩爾分率(式(8)右邊第一項)與回流廢氣中包含的燃燒生成水蒸氣和吸入空氣含有水蒸氣的摩爾分率(式(8)右邊第二項)的合計。進氣歧管12內的吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率如式(8)右邊的第一項所示，變?yōu)閷⑽肟諝獾姆謮簆_new與歧管壓力pb之比(p_new/pb)乘以式(4)左邊的吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率(β/(m+α+β))后得到的值?；亓鲝U氣中包含的燃燒生成水蒸氣和吸入空氣含有水蒸氣的摩爾分率如式(8)右邊的第二項所示，變?yōu)閷⒒亓鲝U氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)乘以式(4)右邊的廢氣中的水蒸氣的摩爾分率((14+β)/(m+α+β))后得到的值。因此，進氣歧管12內的水蒸氣的摩爾分率χvb可以用這些水蒸氣的摩爾分率，按照式(8)來表示。

[數(shù)學式8]

式(8)右邊整理后的第一項(β/(m+α+β))與式(7)的吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva相等，因此將式(7)代入式(8)整理后，可以得到式(9)。如式(9)所示，從進氣歧管12內的水蒸氣摩爾分率χvb減去吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva后得到的相減后摩爾分率(χvb-χva)變?yōu)閷⒒亓鲝U氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)乘以根據(jù)式(4)右邊求出的廢氣中通過燃燒生成的水蒸氣的摩爾分率即廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex(＝14/(m+α+β))后得到的值。相減后摩爾分率(χvb-χva)等于回流廢氣中包含的通過燃燒生成的水蒸氣的摩爾分率χvegr(稱為進氣歧管12內的燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvegr)。因此，式(9)示出了進氣歧管12內的燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvegr等于將回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)乘以廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex后得到的相乘值。

[數(shù)學式9]

根據(jù)式(5)的推導結果，式(9)中的(p_egr/pb)等于egr率regr，因此將式(5)代入式(9)并整理后，可得到式(10)。從而，egr率regr是從進氣歧管12內的水蒸氣摩爾分率χvb減去吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva，再將由此計算得到的進氣歧管12內的燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvegr除以廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex而得到的值。即，通過進氣歧管12內的燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvegr除以廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex，可以求出進氣歧管12內的氣體中的所有回流廢氣的摩爾分率，并示出了該回流廢氣的摩爾分率等于回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)，進而等于egr率regr。

[數(shù)學式10]

吸入空氣中的水蒸氣的摩爾數(shù)β通過整理式(7)中的β，可用式(11)來表示。

[數(shù)學式11]

若將式(11)代入式(10)中并整理，則得到式(12)。這里，m＝107，吸入空氣中的co2的摩爾數(shù)α使用標稱值0.038。

[數(shù)學式12]

因此，根據(jù)式(12)的推導結果可知，基于進氣歧管12內的水蒸氣摩爾分率χvb和吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva，能夠計算出egr率regr。

如式(13)所示，進氣歧管12內的水蒸氣摩爾分率χvb理論上等于進氣歧管12內的氣體中包含的水蒸氣的分壓即歧管內水蒸氣分壓pvb與歧管壓力pb之比(pvb/pb)。另外，吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva理論上等于吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比(pva/pa)。

[數(shù)學式13]

因此，如通過將式(13)代入式(12)得到的式(14)所示，通過檢測歧管內水蒸氣分壓pvb與歧管壓力pb之比即歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，能夠計算出egr率regr。

[數(shù)學式14]

1-2-3.計算egr率regr的控制裝置50的結構

因此，本實施方式所涉及的控制裝置50如圖2所示，具備運轉狀態(tài)檢測部51、歧管內水蒸氣率計算部52、吸入空氣中水蒸氣率計算部53、以及egr率計算部54。運轉狀態(tài)檢測部51檢測進氣歧管12內的氣體壓力即歧管壓力pb、進氣歧管12內的氣體溫度即歧管溫度tb、進氣歧管12內的氣體濕度即歧管濕度hrb、吸入到進氣通路23內的吸入空氣的壓力即吸入空氣壓力pa、吸入空氣的溫度即吸入空氣溫度ta、以及吸入空氣的濕度即吸入空氣濕度hra。

歧管內水蒸氣率計算部52基于歧管濕度hrb和歧管溫度tb，計算出進氣歧管12內的氣體中包含的水蒸氣的分壓即歧管內水蒸氣分壓pvb，并計算出歧管內水蒸氣分壓pvb與歧管壓力pb之比即歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)。吸入空氣中水蒸氣率計算部53基于吸入空氣濕度hra和吸入空氣溫度ta，計算出吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓pva，并計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。

然后，egr率計算部54基于歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出回流到進氣歧管12內的廢氣即回流廢氣與進氣歧管12內的氣體之比即egr率regr。

根據(jù)這一結構，能夠基于進氣歧管12的氣體和吸入空氣的壓力、溫度、濕度的檢測值，計算出歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，并且基于這兩個水蒸氣分壓率，能夠高精度地計算出egr率regr。以下，對其進行詳細說明。

<運轉狀態(tài)檢測部51>

運轉狀態(tài)檢測部51檢測內燃機1和車輛的運轉狀態(tài)。運轉狀態(tài)檢測部51基于各種傳感器的輸出信號等檢測各種運轉狀態(tài)。運轉狀態(tài)檢測部51如上所述地檢測歧管壓力pb、歧管溫度tb、歧管濕度hrb。本實施方式中，運轉狀態(tài)檢測部51基于歧管壓力傳感器8的輸出信號檢測歧管壓力pb。運轉狀態(tài)檢測部51基于歧管溫度傳感器9的輸出信號檢測歧管溫度tb。運轉狀態(tài)檢測部51基于歧管濕度傳感器10的輸出信號檢測歧管濕度hrb。

運轉狀態(tài)檢測部51還如上所述地檢測吸入空氣壓力pa、吸入空氣溫度ta、吸入空氣濕度hra。本實施方式中，運轉狀態(tài)檢測部51基于吸入空氣壓力傳感器2的輸出信號檢測吸入空氣壓力pa。運轉狀態(tài)檢測部51基于吸入空氣溫度傳感器4的輸出信號檢測吸入空氣溫度ta。運轉狀態(tài)檢測部51基于吸入空氣濕度傳感器5的輸出信號檢測吸入空氣濕度hra。

本實施方式中，吸入空氣濕度傳感器5和歧管濕度傳感器10使用檢測相對濕度的類型，例如有根據(jù)感濕材料的電阻值來進行檢測的電阻式傳感器、根據(jù)傳感器元件的靜電電容來進行檢測的靜電電容式傳感器等。因此，運轉狀態(tài)檢測部51檢測出相對濕度作為歧管濕度hrb和吸入空氣濕度hra。

另外，運轉狀態(tài)檢測部51基于空氣流量傳感器3的輸出信號檢測吸入空氣流量，基于節(jié)流閥開度傳感器7的輸出信號檢測節(jié)流閥開度，基于空燃比傳感器18的輸出信號檢測廢氣的空燃比af，基于曲柄角傳感器20的輸出信號檢測內燃機1的轉速，基于油門位置傳感器26的輸出信號檢測油門開度。

<歧管內水蒸氣率計算部52>

歧管內水蒸氣率計算部52如上所述，基于歧管濕度hrb和歧管溫度tb，計算出進氣歧管12內的氣體中包含的水蒸氣的分壓即歧管內水蒸氣分壓pvb，并計算出歧管內水蒸氣分壓pvb與歧管壓力pb之比即歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)。

歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)如上所述地在理論上等于水蒸氣的摩爾數(shù)與進氣歧管12內的氣體的總摩爾數(shù)之比即水蒸氣摩爾分率χvb。從而，歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)也可以稱為水蒸氣摩爾分率χvb。

本實施方式中，歧管內水蒸氣率計算部52基于歧管溫度tb計算出進氣歧管12內的飽和水蒸氣壓力psb，將該飽和水蒸氣壓力psb與采用相對濕度的歧管濕度hrb相乘，從而計算出歧管內水蒸氣分壓pvb。

具體而言，歧管內水蒸氣率計算部52使用式(15)所示的泰登(tetens)公式，計算出進氣歧管12內的飽和水蒸氣壓力psb。

[數(shù)學式15]

歧管內水蒸氣率計算部52也可以使用根據(jù)式(15)預先設定了溫度和飽和水蒸氣壓力之間的關系的表格，計算出與歧管溫度tb對應的飽和水蒸氣壓力psb。

然后，歧管內水蒸氣率計算部52如式(16)所示地將飽和水蒸氣壓力psb與歧管濕度hrb[％rh]相乘，計算出歧管內水蒸氣分壓pvb，并將歧管內水蒸氣分壓pvb除以歧管壓力pb，由此計算出歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)。

[數(shù)學式16]

<吸入空氣中水蒸氣率計算部53>

吸入空氣中水蒸氣率計算部53如上所述地基于吸入空氣濕度hra和吸入空氣溫度ta，計算出吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓pva，并計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。

吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)如上所述地在理論上等于水蒸氣的摩爾數(shù)與吸入空氣的總摩爾數(shù)之比即水蒸氣摩爾分率χva。從而，吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)也可以稱為吸入空氣中的水蒸氣摩爾分率χva。

本實施方式中，吸入空氣中水蒸氣率計算部53基于吸入空氣溫度ta計算出吸入空氣的飽和水蒸氣壓力psa，將該飽和水蒸氣壓力psa與采用相對濕度的吸入空氣濕度hra相乘，從而計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva。

具體而言，吸入空氣中水蒸氣率計算部53使用式(17)所示的泰登(tetens)公式，計算出吸入空氣的飽和水蒸氣壓力psa。

[數(shù)學式17]

吸入空氣中水蒸氣率計算部53也可以使用預先設定了溫度和飽和水蒸氣壓力之間的關系的表格，計算出與吸入空氣溫度ta對應的飽和水蒸氣壓力psa。

然后，吸入空氣中水蒸氣率計算部53如式(18)所示地將飽和水蒸氣壓力psa與吸入空氣濕度hra[％rh]相乘，計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva，并將吸入空氣中水蒸氣分壓pva除以吸入空氣壓力pa，由此計算出吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。

[數(shù)學式18]

<egr率計算部54>

egr率計算部54如上所述地基于歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出回流到進氣歧管12內的廢氣即回流廢氣與進氣歧管12內的氣體之比即egr率regr。

egr率計算部54使用基于上述式(14)的式(19)，計算egr率regr。即，egr率計算部54從歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)減去吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出相減后分壓率，并將相減后分壓率與預先設定的換算常數(shù)kr相乘，該相乘值除以從1減去吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)得到的相減值，由此計算得到的值即為egr率regr。

[數(shù)學式19]

換算常數(shù)kr如式(19)所示，基于燃料和潮濕空氣燃燒時的化學反應式中的各分子的摩爾數(shù)而預先設定。具體而言，換算常數(shù)kr被預先設定為如下的固定值：從式(4)的燃燒化學反應式右邊(燃燒后氣體)的廢氣的總摩爾數(shù)(m+α+β)減去吸入空氣中的水蒸氣的摩爾數(shù)β，將由此得到的值(本實施例中為107+0.038)除以燃燒生成水蒸氣的摩爾數(shù)(本實施例中為14)，從而得到上述固定值。換算常數(shù)kr除了使用式(19)所示的值以外，也可以是基于實驗值等調整后的值。吸入空氣中的二氧化碳的摩爾數(shù)α與m相比非常小，因此也可以使其為零。

式(19)的計算基于物理量來呈現(xiàn)。對式(19)進行變形，得到式(20)。如式(20)所示，egr率計算部54從歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)減去吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，并計算出回流廢氣中包含的因燃燒而生成的水蒸氣的分壓pvegr(稱為進氣歧管內燃燒生成水蒸氣分壓pvegr)與歧管壓力pb之比即歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)。然后，egr率計算部54基于燃料與潮濕空氣燃燒時的化學反應式中的各分子的摩爾數(shù)、以及吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出廢氣中因燃燒生成的水蒸氣的摩爾分率即廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex。接著，egr率計算部54將歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)除以廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex，計算出由此得到的值作為egr率regr。

[數(shù)學式20]

詳細而言，egr率計算部54將預先設定的摩爾換算常數(shù)kr2乘以從1減去吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)后得到的相減值，計算出由此得到的相乘值作為廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex。摩爾換算常數(shù)kr2與上述換算常數(shù)kr一樣，基于燃料和潮濕空氣燃燒時的化學反應式中的各分子的摩爾數(shù)或實驗值等而預先設定。χvex的計算式通過將基于式(4)的燃燒化學反應式導出的式(11)代入基于式(4)的燃燒化學反應式導出的式(10)而導出。

這樣，通過將歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)除以廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex，求出回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)，進而求出egr率regr。

1-2-4.流程圖

基于圖5所示的流程圖，對本實施方式所涉及的控制裝置50的處理步驟(內燃機1的控制方法)進行說明。圖5的流程圖的處理通過運算處理裝置90執(zhí)行存儲在存儲裝置91中的軟件(程序)，例如每隔一定運算周期反復執(zhí)行。

步驟s01中，運轉狀態(tài)檢測部51如上所述地執(zhí)行對內燃機1的運轉狀態(tài)進行檢測的運轉狀態(tài)檢測處理(運轉狀態(tài)檢測步驟)。運轉狀態(tài)檢測部51檢測歧管壓力pb、歧管溫度tb、歧管濕度hrb、吸入空氣壓力pa、吸入空氣溫度ta、吸入空氣濕度hra等。

接著，在步驟s02中，歧管內水蒸氣率計算部52執(zhí)行歧管內水蒸氣率計算處理(歧管內水蒸氣率計算步驟)：即，如上所述，基于歧管濕度hrb和歧管溫度tb，計算出歧管內水蒸氣分壓pvb，并計算出歧管內水蒸氣分壓pvb與歧管壓力pb之比即歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)。

步驟s03中，吸入空氣中水蒸氣率計算部53執(zhí)行吸入空氣中水蒸氣率計算處理(吸入空氣中水蒸氣率計算步驟)：即，如上所述，基于吸入空氣濕度hra和吸入空氣溫度ta，計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva，并計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。

步驟s04中，egr率計算部54執(zhí)行egr率計算處理(egr率計算步驟)：即，如上所述，基于歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算egr率regr。

然后，在步驟s05中，egr率利用控制部55執(zhí)行egr率利用控制處理(egr率利用控制步驟)：即，如上所述，基于egr率regr，改變點火時期和egr閥22的開度中的一方或雙方。

2.實施方式2

接著，對實施方式2所涉及的控制裝置50進行說明。對于與上述實施方式1相同的構成部分，省略說明。本實施方式所涉及的內燃機1和控制裝置50的基本結構和處理與實施方式1相同，但不同點在于根據(jù)內燃機1的空燃比af來改變egr率regr。

2-1.過濃(rich)或過稀(lean)情況下的egr率regr計算方法的擴展

上述實施方式1所涉及的egr率regr計算方法基于的是燃料和潮濕空氣的空燃比為理論空燃比af0時進行完全燃燒的情況下的式(4)的燃燒化學反應式。下面，對于燃料和潮濕空氣的空燃比相比于理論空燃比af0過稀或過濃的情況，進行公式推導的擴展。

空氣過剩率λ如式(21)所示，是空燃比af除以理論空燃比af0得到的比率。若λ＝1，則空燃比af即為理論空燃比af0，若λ＜1，則空燃比af過濃，若λ＞1，則空燃比af過稀。

[數(shù)學式21]

<過濃的情況>

式(22)中示出了空燃比af過濃的情況下(λ＜1)的燃燒化學反應式。

[數(shù)學式22]

這里，如式(22)右邊的最后一項所示，過濃燃燒時，假設未燃燒的汽油直接以分子的形態(tài)排出。實際上，未燃燒的汽油會在氣缸25內的燃燒溫度下分解成分子量較小的甲烷(ch4)或乙烷(c2h6)等，但由于汽油的體積濃度較小，分解所造成的影響也較小，因此這里不再考慮汽油的分解。

廢氣中的co2濃度co2_ex如式(23)所示，等于式(22)右邊的廢氣中的co2的摩爾數(shù)與總摩爾數(shù)之比(co2的摩爾分率)。未燃燒的汽油的摩爾數(shù)((1-λ)·2)相對于總摩爾數(shù)很少，因此將其近似為零。同樣地也可以求出進氣歧管12內的氣體的co2濃度co2_in、吸入空氣中的co2濃度co2_a。根據(jù)式(23)，過濃情況下的各co2濃度與式(5)的理論空燃比af0的情況相同。從而，在過濃的情況下，egr率regr與式(6)相同地成為回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)。

[數(shù)學式23]

另外，在過濃的情況下，吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率χva、進氣歧管12內的氣體中的水蒸氣的摩爾分率χvb與式(7)、式(8)的理論空燃比af0的情況同樣地用式(22)左邊或右邊的水蒸氣的摩爾分率等以式(24)來表示。

[數(shù)學式24]

根據(jù)式(24)，水蒸氣的摩爾分率χva、χvb與式(7)及式(8)的理論空燃比af0的情況相同。在過濃的情況下(λ＜1)，由于會產生未燃燒的汽油，因此作為分子的燃燒生成水蒸氣的摩爾數(shù)是理論空燃比af0的情況下的14的λ倍，而由于吸入空氣的各分子變?yōu)棣吮?，因此作為分母的廢氣的總摩爾數(shù)也是理論空燃比af0的情況下的λ倍。因此，分子和分母的λ被相互抵消，與理論空燃比af0的情況相同。從而，在過濃的情況下，egr率regr可以通過與理論空燃比af0的情況下的式(14)相同的公式計算得出。

<過稀的情況>

式(25)中示出了空燃比af過稀的情況下(λ＞1)的燃燒化學反應式。

[數(shù)學式25]

廢氣中的co2濃度co2_ex如式(26)所示，等于式(25)右邊的廢氣中的co2的摩爾數(shù)與總摩爾數(shù)之比(co2的摩爾分率)。摩爾數(shù)“7”相對于總摩爾數(shù)很少，因此將其近似為零。同樣地也可以求出進氣歧管12內的氣體的co2濃度co2_in、吸入空氣中的co2濃度co2_a。根據(jù)式(26)，各co2濃度不同于式(5)的理論空燃比af0的情況。

[數(shù)學式26]

若將式(26)的各co2濃度代入式(1)中并整理，則得到式(27)。在過稀的情況下，egr率regr也與式(6)相同地成為回流廢氣的分壓p_egr與歧管壓力pb之比(p_egr/pb)。

[數(shù)學式27]

另外，在過稀的情況下，吸入空氣中的水蒸氣的摩爾分率χva、進氣歧管12內的氣體中的水蒸氣的摩爾分率χvb與式(7)、式(8)的理論空燃比af0的情況同樣地用式(25)左邊或右邊的水蒸氣的摩爾分率等以式(28)來表示。

[數(shù)學式28]

若將式(28)同樣地代入式(9)中并整理，則得到式(29)。過稀的情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvexl是式(9)所示的理論空燃比af0的情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex除以空氣過剩率λ后得到的值。這是因為，在過稀的情況下(λ＞1)，由于燃料完全燃燒，因此作為分子的燃燒生成水蒸氣的摩爾數(shù)與理論空燃比af0的情況相同，均為14，而由于吸入空氣的各分子變?yōu)棣吮叮虼俗鳛榉帜傅膹U氣的總摩爾數(shù)變?yōu)槔碚摽杖急萢f0的情況下的λ倍。

[數(shù)學式29]

若將式(29)代入式(27)中并整理，則得到式(30)。

[數(shù)學式30]

根據(jù)式(28)，吸入空氣中的水蒸氣的摩爾數(shù)β與理論空燃比af0的情況相同，為式(11)，因此，將式(11)代入式(30)并整理后，可得到式(31)。

[數(shù)學式31]

若將式(13)代入式(31)中，則得到式(32)。因此，在過稀的情況下，通過將式(14)所示的理論空燃比af0的情況下的egr率regr與空氣過剩率λ相乘，可以計算出egr率regr。

[數(shù)學式32]

將以上的推導結果匯總在式(33)中。當內燃機1的空燃比af為理論空燃比(af＝af0)或者過濃(af<af0)的情況下，根據(jù)式(14)，基于歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，可以計算出egr率regr。在內燃機1的空燃比af過稀(af>af0)的情況下，如式(32)所示，通過將根據(jù)式(14)計算出egr率regr進一步與空氣過剩率λ相乘，可以計算出egr率regr。

[數(shù)學式33]

1)理論空燃比或過濃的情況

2)過稀的情況

2-2.egr率計算部54的結構

因此，本實施方式的egr率計算部54構成為根據(jù)內燃機1的空燃比af來改變egr率regr。

與實施方式1的式(19)或式(20)相同，egr率計算部54基于歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出內燃機1的空燃比af假定為理論空燃比的情況下的egr率regr0。如式(34)所示，egr率計算部54在空燃比af比理論空燃比af0要稀的情況下，將假定為理論空燃比af0時的egr率regr0與將空燃比af除以理論空燃比af0后得到的空氣過剩率λ相乘，計算出由此得到的值作為最終的egr率regr。另一方面，egr率計算部54在空燃比af比理論空燃比af0要濃的情況下，將假定為理論空燃比af0時的egr率regr0直接計算為最終的egr率regr。

[數(shù)學式34]

1)過稀的情況

2)理論空燃比或過濃的情況

regr＝regr0

用物理量來進行表達。與實施方式1的式(20)相同，如式(35)所示，egr率計算部54基于燃料與潮濕空氣在理論空燃比af0下燃燒時的化學反應式中各分子的摩爾數(shù)和吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出內燃機1的空燃比af假定為理論空燃比時的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex0。egr率計算部54從歧管內水蒸氣分壓率(pvb/pb)減去吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)，計算出歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)。

[數(shù)學式35]

如式(36)所示，egr率計算部54在空燃比af比理論空燃比af0要稀的情況下，將假定為理論空燃比af0時的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex0除以空氣過剩率λ，計算出由此得到的值作為過稀情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvexl。接著，egr率計算部54將歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)除以過稀情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvexl，計算出由此得到的值作為egr率regr。另一方面，egr率計算部54在空燃比af比理論空燃比af0要濃的情況下，將假定為理論空燃比af0時的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex0直接作為過濃情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex0。接著，egr率計算部54將歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率(pvegr/pb)除以過濃情況下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率χvex0，計算出由此得到的值作為egr率regr。

[數(shù)學式36]

1)過稀的情況

2)理論空燃比或過濃的情況

egr率計算部54基于空燃比傳感器18檢測出的空燃比af，判定空燃比af是過濃還是過稀還是理論空燃比，并且計算出空氣過剩率λ。具體而言，egr率計算部54在空燃比af的檢測值小于預先設定的理論空燃比af0的設定值(例如14.7)時(af＜af0)判定為過濃，在空燃比af的檢測值大于理論空燃比af0的設定值時(af>af0)判定為過稀，在空燃比af的檢測值等于理論空燃比af0的設定值時(af＝af0)判定為理論空燃比。egr率計算部54將空燃比af的檢測值除以預先設定的理論空燃比af0的設定值，計算出空氣過剩率λ(＝af/af0)。

或者，egr率計算部54也可以構成為基于計算燃料噴射量時使用的燃料修正系數(shù)kaf，判定空燃比af是過濃還是過稀還是理論空燃比，并且計算出空氣過剩率λ。例如，燃料修正系數(shù)kaf是與為了達到理論空燃比af0而計算出的基本燃料噴射量相乘的修正系數(shù)。egr率計算部54在kaf＝1的情況下判定為理論空燃比af0，在kaf>1的情況下判定為過濃，在kaf<1的情況下判定為過稀。egr率計算部54計算出燃料修正系數(shù)kaf的倒數(shù)作為空氣過剩率λ(＝1/kaf)。

或者，egr率計算部54也可以構成為基于空燃比的控制模式，判定空燃比af是過濃還是過稀還是理論空燃比，并且設定空氣過剩率λ?？杖急鹊目刂颇Ｊ接欣碚摽杖急瓤刂颇Ｊ?、過濃控制模式、過稀控制模式。理論空燃比控制模式下，為了提高三元催化劑的凈化性能，進行反饋控制，以使空燃比傳感器18檢測出的空燃比af在理論空燃比af0附近。過濃控制模式在高負載運轉時等進行設定，將空燃比af控制得較濃。過稀控制模式在提高燃料消耗效率等時進行設定，將空燃比af控制得較稀。egr率計算部54在空燃比的控制模式為理論空燃比控制模式的情況下判定為理論空燃比，在過濃控制模式的情況下判定為過濃，在過稀控制模式下判定為過稀。egr率計算部54如上所述地基于空燃比傳感器18檢測出的空燃比af的檢測值或者燃料修正系數(shù)kaf，計算出空氣過剩率λ。

3.實施方式3

接著，對實施方式3所涉及的控制裝置50進行說明。對于與上述實施方式1、2相同的構成部分，省略說明。本實施方式所涉及的內燃機1和控制裝置50的基本結構和處理與實施方式1或實施方式2相同，但內燃機1不具備吸入空氣濕度傳感器5，且吸入空氣壓力pa、吸入空氣溫度ta、吸入空氣濕度hra的檢測方法不同。

在上述實施方式1、2中，說明了運轉狀態(tài)檢測部51基于吸入空氣壓力傳感器2的輸出信號檢測吸入空氣壓力pa，基于吸入空氣溫度傳感器4的輸出信號檢測吸入空氣溫度ta，基于吸入空氣濕度傳感器5的輸出信號檢測吸入空氣濕度hra的情況。

但在本實施方式中，運轉狀態(tài)檢測部51構成為將使egr流路21開閉的egr閥22關閉從而廢氣不會回流到進氣歧管12的狀態(tài)下檢測出的歧管壓力pb、歧管濕度hrb、歧管溫度tb分別作為吸入空氣壓力pa、吸入空氣濕度hra、吸入空氣溫度ta。

本實施方式中，運轉狀態(tài)檢測部51在egr閥22關閉的狀態(tài)持續(xù)了預先設定的判定期間的情況下，判定為吸入空氣檢測條件成立。判定期間設定為從egr閥22關閉后到進氣歧管12內的回流廢氣充分減少的期間。判定期間可以隨著空氣吸入量的變大而變短。運轉狀態(tài)檢測部51在吸入空氣檢測條件成立的情況下，基于歧管壓力傳感器8的輸出信號檢測出吸入空氣壓力pa，基于歧管溫度傳感器9的輸出信號檢測出吸入空氣溫度ta，基于歧管濕度傳感器10的輸出信號檢測出吸入空氣濕度hra。在egr閥22關閉的狀態(tài)下，廢氣不會回流到進氣歧管12內，進氣歧管12內只有吸入空氣。因此，使用在該狀態(tài)下檢測出的進氣歧管12內的氣體的壓力、濕度、溫度，可以計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva、吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。

吸入空氣中水蒸氣率計算部53與上述實施方式1同樣地基于吸入空氣檢測條件成立時檢測出的吸入空氣濕度hra和吸入空氣溫度ta，計算出吸入空氣中包含的水蒸氣的分壓即吸入空氣中水蒸氣分壓pva，并計算出吸入空氣中水蒸氣分壓pva與吸入空氣壓力pa之比即吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)。吸入空氣中水蒸氣率計算部53在吸入空氣檢測條件未成立的情況下，保持吸入空氣檢測條件成立時計算出的吸入空氣中水蒸氣分壓率(pva/pa)并輸出。大氣的濕度變化相比于因egr率變化引起的進氣歧管12內的濕度變化較為緩和，因此即使使用所保持的值，也能抑制egr率出現(xiàn)大的推算誤差。

[其它實施方式]

最后，對本發(fā)明的其它實施方式進行說明。以下所說明的各實施方式的結構不限于單獨使用的情況，只要不發(fā)生矛盾，也可以與其它實施方式的結構組合起來使用。

(1)在上述各實施方式中，考慮了內燃機1的燃料使用汽油的情況，并舉例說明了汽油的平均分子式及空氣的組成假定為式(4)、式(22)、式(25)的情況。但本發(fā)明的實施方式不限于此。即，汽油的平均分子式和空氣的組成可以使用更嚴密的值，化學反應式及化學反應式中各分子的摩爾數(shù)可以變更，用于計算egr率regr的換算常數(shù)kr及摩爾換算常數(shù)kr2的設定值等也可以變更。另外，內燃機1的燃料也可以使用汽油以外的燃料，例如輕油、酒精、天然氣等，可以根據(jù)燃料的種類來變更燃料的平均分子式，并且變更化學反應式及化學反應式中各分子的摩爾數(shù)，用于計算egr率regr的換算常數(shù)kr及摩爾換算常數(shù)kr2的設定值等也可以變更。

(2)在上述各實施方式中，舉例說明了運轉狀態(tài)檢測部51基于吸入空氣溫度傳感器4的輸出信號檢測吸入空氣溫度ta，基于吸入空氣濕度傳感器5的輸出信號檢測吸入空氣濕度hra的情況。但本發(fā)明的實施方式不限于此。即，運轉狀態(tài)檢測部51也可以從空調控制裝置60獲取吸入空氣濕度hra和吸入空氣溫度ta的信息?？照{控制裝置60是對車廂內的空氣進行調節(jié)的空調的控制裝置，經由通信線與內燃機1的控制裝置50連接?？照{控制裝置60具備對空調吸入的大氣的濕度進行檢測的濕度傳感器、以及對大氣的溫度進行檢測的溫度傳感器，基于這些濕度傳感器和溫度傳感器的輸出信號，檢測出大氣濕度和大氣溫度，并將大氣濕度和大氣溫度的信息發(fā)送到控制裝置50。

(3)在上述各實施方式中，舉例說明了egr率利用控制部55如上所述地基于egr率regr，改變點火時期和egr閥22的開度中的一方或雙方的情況。但本發(fā)明的實施方式不限于此。即，egr率利用控制部55也可以在點火時期及egr閥22的開度的控制以外的控制上使用egr率regr，例如吸入空氣量的控制、可變氣門正時機構中改變進氣閥14和排氣閥15中的一方或雙方的氣門開閉正時的控制、內燃機1的輸出轉矩的推算等。

另外，本發(fā)明在其發(fā)明范圍內可對實施方式進行適當變形、省略。

工業(yè)上的實用性

本發(fā)明適合用于內燃機的控制裝置及其控制方法，該內燃機具備進氣通路和排氣通路、使所述進氣通路開閉的節(jié)流閥、以及使廢氣從所述排氣通路回流到所述節(jié)流閥下游側的所述進氣通路部分即進氣歧管的egr流路。

標號說明

1內燃機

2吸入空氣壓力傳感器

3空氣流量傳感器

4吸入空氣溫度傳感器

5吸入空氣濕度傳感器

6節(jié)流閥

8歧管壓力傳感器

9歧管溫度傳感器

10歧管濕度傳感器

12進氣歧管

17排氣通路

21egr流路

23進氣通路

50內燃機的控制裝置

51運轉狀態(tài)檢測部

52歧管內水蒸氣率計算部

53吸入空氣中水蒸氣率計算部

54egr率計算部

55egr率利用控制部

60空調控制裝置

af空燃比

af0理論空燃比

kr換算常數(shù)

pa吸入空氣壓力

ta吸入空氣溫度

hra吸入空氣濕度

pb歧管壓力

tb歧管溫度

hrb歧管濕度

kr2摩爾換算常數(shù)

psa吸入空氣的飽和水蒸氣壓力

psb進氣歧管內的飽和水蒸氣壓力

pva吸入空氣中水蒸氣分壓

pvb歧管內水蒸氣分壓

pvegr進氣歧管內燃燒生成水蒸氣分壓

pva/pa吸入空氣中水蒸氣分壓率

pvb/pb歧管內水蒸氣分壓率

pvegr/pb歧管內燃燒生成水蒸氣分壓率

regregr率

regr0理論空燃比時的egr率

χva吸入空氣中水蒸氣率

χvb歧管內水蒸氣率

χvex廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率

χvex0理論空燃比下的廢氣中燃燒生成水蒸氣摩爾分率

λ空氣過剩率