内燃机的控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及内燃机的控制装置及其控制方法，该内燃机具备：进气通路和排气通路；对所述进气通路进行开关的节流阀；使废气从所述排气通路回流至所述节流阀的下游侧的所述进气通路部分即进气歧管的egr流路；以及对egr流路进行开关的egr阀。

背景技术：

为了良好地控制内燃机，高精度地计算吸入到气缸的空气量并根据气缸吸入空气量高精度地控制燃料供给量和点火时期是非常重要的。关于点火时期控制，要求不仅要考虑到内燃机的旋转速度及气缸吸入空气量，还要根据其他的要因，例如内燃机的冷却水温、爆震产生状况、燃料性状、egr(exhaustgasrecirculation：排气再循环)率来使点火时期变为输出转矩达到最大的点火时期(mbt：minimumsparkadvanceforbesttorque：最佳转矩时的最小点火提前角)等。

另外，关于egr，存在有以下方法：在使废气从排气通路回流到进气歧管的egr流路设置egr阀，利用该egr阀的开度来控制回流至进气歧管的废气量的方法(以下，称为外部egr)、以及设置使进气阀和排气阀的一方或双方的开关定时可变的可变阀正时机构，通过改变进气阀和排气阀同时打开的阀重叠期间，来控制残留在气缸内的废气量的方法(以下，称为内部egr)。近年来，为了实现低燃费化、高输出化，同时具备外部egr机构和内部egr机构这两者的内燃机不断增加。本申请中，仅记载了egr、egr率的情况指的是外部egr、外部egr率。

此外，近年来，正在实施将内燃机的输出转矩作为指标来控制内燃机的方式。由于热效率根据气缸吸入空气量和egr率而变化，因此要求基于气缸吸入空气量和egr率来推定输出转矩。因此，无论是为了控制点火时期，还是为了推定输出转矩，都要求高精度地推定egr率。

作为推定egr率的技术，例如，已知有下述专利文献1和专利文献2所记载的技术。在专利文献1的技术中采用下述结构，即：使用由空气流量传感器检测出的吸入空气量、基于进气歧管内的压力等计算得到的流入气缸的空气量即气缸流量、以及egr阀的开度，边学习egr阀的特性偏差、经年变化，边推定回流废气量。

专利文献2的技术是下述技术，即：对egr阀的开度进行反馈控制，以使设置于进气歧管的co2浓度传感器检测到的co2浓度接近目标值。专利文献2中还公开了设置湿度传感器来取代co2浓度传感器的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5642222号公报

专利文献2：日本专利特公昭58-55345号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1的技术中，虽然无需增加用于推定回流废气量的专用传感器，从而不会因元器件的增加而导致成本增加，但由于间接地对回流废气量进行推定，因此存在下述问题，即：会因为回流废气量的推定所使用的各种传感器及内燃机的特性的个体差异和经年变化等而导致产生推定误差。

专利文献2的技术中，基于进气歧管内的湿度来对回流废气量进行反馈控制，但没有考虑从大气新吸入到进气歧管内的吸入空气的湿度即大气湿度对进气歧管内的湿度的影响，从而存在会因为大气湿度的变化而导致产生回流废气量的控制误差的问题。大气的湿度会因地域、季节、气候等而发生显著的变化，因此，回流废气量的控制误差会增大到无法忽视的程度。

此外，一般的湿度传感器会存在以秒为单位的时间常数的响应延迟。因此，基于湿度传感器的输出信号计算得到的回流废气量中也会产生响应延迟，从而存在过渡运转时回流废气量的计算误差变大的问题。

因此，寻求一种能够减少内燃机的特性的个体差异和经年变化、吸入空气(大气)的湿度变化导致的回流废气量的计算误差，并且能够减少过渡运转时回流废气量的计算误差的内燃机的控制装置及其控制方法。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的内燃机的控制装置是下述内燃机的控制装置，该内燃机具备：进气通路和排气通路；对所述进气通路进行开关的节流阀；使废气从所述排气通路回流至所述节流阀的下游侧的所述进气通路部分即进气歧管的egr流路；以及对所述egr流路进行开关的egr阀，该内燃机的控制装置包括：运转状态检测部，该运转状态检测部检测所述进气歧管内的气体的压力即歧管压、所述进气歧管内的气体的温度即歧管温度、所述进气歧管内的气体的湿度即歧管湿度、被吸入到所述进气通路的吸入空气的压力即吸入空气压、所述吸入空气的温度即吸入空气温度、所述吸入空气的湿度即吸入空气湿度、所述吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述egr阀的开度；湿度检测egr率计算部，该湿度检测egr率计算部基于所述吸入空气温度、所述吸入空气湿度、所述吸入空气压、所述歧管温度、所述歧管湿度、以及所述歧管压，计算回流至所述进气歧管的所述废气即回流废气相对于所述吸入空气的比率即湿度检测egr率；开口面积学习值计算部，该开口面积学习值计算部基于所述湿度检测egr率和所述吸入空气流量，计算所述回流废气的流量即湿度检测回流流量，计算实现所述湿度检测回流流量的所述egr阀的开口面积即湿度检测开口面积，基于所述湿度检测开口面积，计算所述egr阀的开口面积的学习值；以及控制用回流废气计算部，该控制用回流废气计算部使用所述开口面积的学习值，计算与当前的所述egr阀的开度对应的所述egr阀的学习后开口面积，基于所述学习后开口面积，计算用于所述内燃机的控制的控制用的所述回流废气的流量。

本发明所涉及的内燃机的控制方法是下述内燃机的控制方法，该内燃机具备：进气通路和排气通路；对所述进气通路进行开关的节流阀；使废气从所述排气通路回流至所述节流阀的下游侧的所述进气通路部分即进气歧管的egr流路；以及对所述egr流路进行开关的egr阀，在该内燃机的控制方法中执行下述步骤，即：运转状态检测步骤，在该运转状态检测步骤中，检测所述进气歧管内的气体的压力即歧管压、所述进气歧管内的气体的温度即歧管温度、所述进气歧管内的气体的湿度即歧管湿度、吸入到所述进气通路的吸入空气的压力即吸入空气压、所述吸入空气的温度即吸入空气温度、所述吸入空气的湿度即吸入空气湿度、所述吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述egr阀的开度；湿度检测egr率计算步骤，在该湿度检测egr率计算步骤中，基于所述吸入空气温度、所述吸入空气湿度、所述吸入空气压、所述歧管温度、所述歧管湿度、以及所述歧管压，计算回流至所述进气歧管的所述废气即回流废气相对于所述吸入空气的比率即湿度检测egr率；开口面积学习值计算步骤，在该开口面积学习值计算步骤中，基于所述湿度检测egr率和所述吸入空气流量，计算所述回流废气的流量即湿度检测回流流量，计算实现所述湿度检测回流流量的所述egr阀的开口面积即湿度检测开口面积，基于所述湿度检测开口面积，计算所述egr阀的开口面积的学习值；以及控制用回流量计算步骤，在该控制用回流量计算步骤中，使用所述开口面积的学习值，计算与当前的所述egr阀的开度对应的所述egr阀的学习后开口面积，基于所述学习后开口面积，计算用于所述内燃机的控制的控制用的所述回流废气的流量。

发明效果

根据本发明的内燃机的控制装置及其控制方法，无需考虑内燃机的特性的个体差异及经年变化、吸入空气的湿度变化，能够基于吸入空气湿度和歧管湿度来高精度地检测出egr率(湿度检测egr率)。并且，基于湿度检测egr率，计算出egr阀的开口面积的学习值。因此，即使在因煤等堆积物而导致egr阀的流量特性发生了变化的情况下、或者因经年老化而导致egr阀无法动作的情况下，也都能够高精度地学习egr阀的流量特性。于是，能够基于与当前的egr阀的开度相对应的学习后开口面积，高响应性地计算出控制用的回流废气的流量。因此，能够减少因内燃机的特性的个体差异和经年变化、吸入空气的湿度变化导致的回流废气量的计算误差，并且减少过渡运转时回流废气量的计算误差，进而能够提高内燃机的控制精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的内燃机及控制装置的简要结构图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的控制装置的框图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的控制装置的硬件结构图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的进气歧管内的气体的分压状态的图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的控制装置的处理的流程图。

具体实施方式

1.实施方式1

参照附图说明实施方式1所涉及的内燃机1的控制装置50(以下，简称为控制装置50)。图1是本实施方式所涉及的内燃机1及控制装置50的简要结构图，图2是本实施方式所涉及的控制装置50的框图。内燃机1及控制装置50搭载于车辆，内燃机1成为车辆(车轮)的驱动力源。

1-1.内燃机1的结构

首先，对内燃机1的结构进行说明。内燃机1具有使空气和燃料的混合气体进行燃烧的气缸25。内燃机1具备向气缸25提供空气的进气通路23、以及排出气缸25中燃烧后的废气的排气通路17。内燃机1具备对进气通路23进行开关的节流阀6。节流阀6是利用由控制装置50控制的电动机来进行开关驱动的电子控制式节流阀。节流阀6中设有输出与节流阀6的开度相对应的电信号的节流开度传感器7。

进气通路23的最上游部设有对被吸入到进气通路23的空气进行净化的空气净化器24。在节流阀6的上游侧的进气通路23设有：空气流量传感器3，输出与从大气吸入到进气通路23的空气即吸入空气的流量相对应的电信号；吸入空气温度传感器4，输出与吸入空气的温度即吸入空气温度ta相对应的电信号；以及吸入空气湿度传感器5，输出与吸入空气的湿度即吸入空气湿度hra相对应的电信号。节流阀6的上游侧的进气通路23内的压力可视为与大气压相等。在进气通路23的外部(例如，控制装置50的内部)设有吸入空气压传感器2，输出与吸入空气(本例中为大气)的压力即吸入空气压pa相对应的电信号。

另外，吸入空气温度传感器4和吸入空气湿度传感器5可以设置为与空气流量传感器3形成为一体，也可以单独设置。或者，吸入空气温度传感器4和吸入空气湿度传感器5可以与吸入空气压传感器2一样设置在进气通路23的外部，吸入空气压传感器2可以设置在与吸入空气温度传感器4和吸入空气湿度传感器5相同的地方。无论是哪种设置方式，吸入空气压传感器2、吸入空气温度传感器4、以及吸入空气湿度传感器5均设置在被吸入到进气通路23的吸入空气所存在的位置，是吸入空气的压力实质上相同的位置。

节流阀6的下游侧的进气通路23的部分作为进气歧管12。进气歧管12的上游侧的部分作为抑制进气脉动的调压室11。内燃机1具备使废气从排气通路17回流至进气歧管12(本例中为调压室11)的egr流路21、以及对egr流路21进行开关的egr阀22。egr阀22是利用由控制装置50控制的电动机等电动致动器来进行开关驱动的电子控制式egr阀。egr阀22设有egr开度传感器27，输出与egr阀22的开度oe相对应的电信号。回流至调压室11的废气(以下，称为回流废气)和被吸入调压室11的吸入空气在调压室11内混合并均匀化。另外，egr是exhaustgasrecirculation(废气再循环)的首字母。

进气歧管12设有：歧管压传感器8，输出与进气歧管12内的气体的压力即歧管压pb相对应的电信号；歧管温度传感器9，输出与进气歧管12内的气体的温度即歧管温度tb相对应的电信号；以及歧管湿度传感器10，输出与进气歧管12内的气体的湿度即歧管湿度hrb相对应的电信号。另外，歧管温度传感器9和歧管湿度传感器10可以设置为与歧管压传感器8形成为一体，也可以单独设置。歧管温度传感器9和歧管湿度传感器10设置在进气歧管12和egr流路21的连接部的下游侧，构成为能够检测出吸入空气与回流废气充分混合后的气体的温度和湿度。

在进气歧管12的下游侧的部分设有喷射燃料的喷射器13。另外，喷射器13也可以设置为直接向气缸25内喷射燃料。

气缸25的顶部设有在空气和燃料的混合气体中点火的火花塞、以及将点火能量提供给火花塞的点火线圈16。并且，在气缸25的顶部还设有调节从进气通路23被吸入到气缸25内的吸入空气量的进气阀14、以及调节从气缸内排出至排气通路17的废气量的排气阀15。进气阀14中设置有将该进气阀14的阀开关定时设为可变的进气可变阀正时机构。排气阀15中设置有将该排气阀15的阀开关定时设为可变的排气可变阀正时机构。可变阀正时机构14、15具有电动致动器。内燃机1的曲柄轴设有曲柄角传感器20，输出与该曲柄轴的旋转角相对应的电信号。

排气通路17设有空燃比传感器18，输出与废气中的空气和燃料的比率即空燃比af(空气/燃料)相对应的电信号。并且，排气通路17还设有对废气进行净化的催化剂19。催化剂19使用在理论空燃比af0附近的净化性能较高的三元催化剂。

1-2.控制装置50的结构

接着，对控制装置50进行说明。

控制装置50是将内燃机1作为控制对象的控制装置。如图2所示，控制装置50包括运转状态检测部51、湿度检测egr率计算部52、开口面积学习值计算部53、控制用回流废气计算部54、以及回流量利用控制部55等控制部。控制装置50的各控制部51～55等由控制装置50所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置50如图3所示，具备下述部分来作为处理电路，即：cpu(centralprocessingunit：中央处理器)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90间进行数据交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部信号的输入电路92、从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93、以及运算处理装置90与外部装置进行数据通信用的通信电路94等。

作为存储装置91，具备构成为能够由运算处理装置90读取数据及写入数据的ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、构成为能够由运算处理装置90读取数据的rom(只读存储器)等。输入电路92还具备与各种传感器和开关相连接并将这些传感器和开关的输出信号输入到运算处理装置90的a/d转换器等。输出电路93具备与电负载相连接并将控制信号从运算处理装置90输出给这些电负载的驱动电路等。通信电路94经由通信线路与空调控制装置80、变速装置的控制装置81等其他的车载用电子设备等相连接，基于can(controllerareanetwork：控制器局域网络)等通信协议进行有线通信。

控制装置50所具备的各控制部51～55等的各功能通过运算处理装置90执行rom等存储装置91所存储的软件(程序)并与存储装置91、输入电路92、输出电路93、以及通信电路94等控制装置50的其他硬件进行协作来实现。另外，各控制部51～55等所使用的特性数据、判定值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储于rom等存储装置91。

本实施方式中，输入电路92连接有吸入空气压传感器2、空气流量传感器3、吸入空气温度传感器4、吸入空气湿度传感器5、节流开度传感器7、歧管压传感器8、歧管温度传感器9、歧管湿度传感器10、空燃比传感器18、曲柄角传感器20、加速位置传感器26、以及egr开度传感器27等。输出电路93连接有节流阀6(电动机)、喷射器13、进气可变阀正时机构14、排气可变阀正时机构15、点火线圈16、以及egr阀22(电动致动器)等。另外，控制装置50与未图示的各种传感器、开关、以及致动器等相连接。

作为基本控制，控制装置50基于所输入的各种传感器的输出信号等，计算燃料喷射量、点火时期等，对喷射器13和点火线圈16等进行驱动控制。控制装置50基于加速位置传感器26的输出信号等，计算驾驶员所要求的内燃机1的输出转矩，控制节流阀6等，以得到实现该要求输出转矩的吸入空气量。此时，也可以考虑使用后述的基于控制用的回流废气流量qes计算的内燃机1的输出转矩。具体而言，控制装置50计算目标节流开度，驱动控制节流阀6的电动机，以使基于节流开度传感器7的输出信号检测出的节流开度接近目标节流开度。

<运转状态检测部51>

运转状态检测部51检测内燃机1和车辆的运转状态。运转状态检测部51基于各种传感器的输出信号等来检测各种运转状态。运转状态检测部51检测歧管压pb、歧管温度tb、以及歧管湿度hrb。本实施方式中，运转状态检测部51基于歧管压传感器8的输出信号来检测歧管压pb。运转状态检测部51基于歧管温度传感器9的输出信号来检测歧管温度tb。运转状态检测部51基于歧管湿度传感器10的输出信号来检测歧管湿度hrb。

此外，运转状态检测部51还检测吸入空气压pa、吸入空气温度ta、以及吸入空气湿度hra。本实施方式中，运转状态检测部51基于吸入空气压传感器2的输出信号来检测吸入空气压pa。运转状态检测部51基于吸入空气温度传感器4的输出信号检测吸入空气温度ta。运转状态检测部51基于吸入空气湿度传感器5的输出信号检测吸入空气湿度hra。

本实施方式中，吸入空气湿度传感器5和歧管湿度传感器10使用检测相对湿度的类型的湿度传感器，例如，使用根据湿敏材料的电阻值进行检测的电阻式湿度传感器、根据感应元件的静电电容进行检测的静电电容式湿度传感器等。因此，运转状态检测部51检测相对湿度作为歧管湿度hrb和吸入空气湿度hra。湿度传感器5、10中存在数秒左右的时间常数的响应延迟。

此外，运转状态检测部51基于节流开度传感器7的输出信号来检测节流开度，基于egr开度传感器27的输出信号来检测egr阀22的开度oe。运转状态检测部51基于空燃比传感器18的输出信号来检测废气的空燃比af，基于曲柄角传感器20的输出信号来检测内燃机1的旋转速度ne，基于加速位置传感器26的输出信号来检测油门开度。

运转状态检测部51基于空气流量传感器3的输出信号检测吸入空气流量qa。运转状态检测部51如式(1)所示那样，基于吸入空气流量qa[g/s]，计算在一个冲程期间(例如，btdc5degca间的期间)吸入到进气通路23(进气歧管12)的吸入空气量qa[g/stroke(冲程)]，并对吸入空气量qa进行模拟进气歧管12(调压室)的延迟的一次延迟滤波处理，从而计算出在一个冲程期间吸入到气缸25的气缸吸入空气量qac[g/stroke]。运转状态检测部51例如将吸入空气流量qa与一个冲程周期δt相乘，从而计算出吸入空气量qa。

【数学式1】

此处，kcca为预先设定的滤波增益。(n)表示本次的运算周期的值，(n-1)表示上一次的运算周期的值。

此外，运转状态检测部51用标准大气状态的空气密度ρ0和气缸容积vc相乘后得到的值去除气缸吸入空气量qac，计算出吸入空气的填充效率ec。填充效率ec是气缸吸入空气量qac相对于填满气缸容积vc的标准大气状态的空气质量(ρ0×vc)的比率。另外，标准大气状态为1atm、25℃。

【数学式2】

运转状态检测部51检测egr阀22的排气通路17侧的废气的温度tex。本实施方式中，运转状态检测部51使用预先设定了内燃机1的旋转速度ne、填充效率ec及废气的温度tex的关系的废气温度特性数据，计算出与当前的内燃机1的旋转速度ne和填充效率ec相对应的废气的温度tex。另外，也可以构成为在排气通路17设有温度传感器，运转状态检测部51基于温度传感器的输出信号来检测废气的温度tex。另外，各特性数据使用数据映射、数据表格、多项式、数学式等。

运转状态检测部51检测egr阀22的排气通路17侧的废气的压力pex。本实施方式中，运转状态检测部51使用预先设定了内燃机1的旋转速度ne、填充效率ec及废气的压力pex的关系的废气压力特性数据，计算出与当前的内燃机1的旋转速度ne和填充效率ec相对应的废气的压力pex。

<湿度检测egr率计算部52>

湿度检测egr率计算部52基于吸入空气温度ta、吸入空气湿度hra、吸入空气压pa、歧管温度tb、歧管湿度hrb、以及歧管压pb，计算回流至进气歧管12的废气相对于吸入空气的比率即湿度检测egr率regr。湿度检测egr率计算部52的详细内容将在后文中叙述。

<开口面积学习值计算部53>

开口面积学习值计算部53具备湿度检测回流流量计算部56，基于湿度检测egr率regr和吸入空气流量qa计算回流废气的流量即湿度检测回流流量qeh。本实施方式中，由湿度检测egr率计算部52计算出的湿度检测egr率regr如后述的式(11)所示那样，设为回流废气相对于吸入空气和回流废气之和的比率即绝对egr率。因此，湿度检测回流流量计算部56如式(3)所示那样，将绝对egr率regr变换成回流废气相对于吸入空气的比率即相对egr率regrr，然后将吸入空气流量qa与相对egr率regrr相乘，从而计算出湿度检测回流流量qeh。

【数学式3】

开口面积学习值计算部53包括：湿度检测开口面积计算部57，计算实现湿度检测回流流量qeh的egr阀22的开口面积即湿度检测开口面积segrh；以及学习值计算部58，基于湿度检测开口面积segrh计算egr阀22的开口面积的学习值δsegrl。

本实施方式中，湿度检测开口面积计算部57基于废气的温度tex来计算egr阀22的排气通路17侧的废气的音速ae。此外，湿度检测开口面积计算部57基于废气的温度tex和废气的压力pex来计算egr阀22的排气通路17侧的废气的密度ρe。接着，湿度检测开口面积计算部57基于歧管压pb、废气的压力pex、废气的音速ae、废气的密度ρe、以及湿度检测回流流量qeh来计算出湿度检测开口面积segrh。

具体而言，湿度检测开口面积计算部57构成为：使用将egr阀22附近的流动认为是节流阀前后的流动的压缩性流体的流体力学的理论式即节流孔的流量计算式，来计算出实现湿度检测回流流量qeh的湿度检测开口面积segrh。利用能量守恒定律、等熵流动的关系式、音速的关系式以及状态方程式，如式(4)所示那样导出流过作为节流阀的egr阀22的回流废气的流量qe[g/s]的理论式。

【数学式4】

这里，κ是回流废气的比热比，使用预先设定的值。r是回流废气的气体常数，使用预先设定的值。segr是egr阀22的开口面积。σe是根据egr阀22的上下游(前后)的压力比pb/pex进行变化的无量纲流量常数。

湿度检测开口面积计算部57使用式(4)的第2式，基于废气的温度tex来计算废气的音速ae。湿度检测开口面积计算部57使用式(4)的第3式，基于废气的温度tex和废气的压力pex，来计算废气的密度ρe。

此外，湿度检测开口面积计算部57使用流量常数特性数据，来计算对应于当前的废气的压力pex与歧管压pb的压力比pb/pex的无量纲流量常数σe，其中，流量常数特性数据中，基于式(4)的第4式预先设定了废气的压力pex和歧管压pb的压力比pb/pex与无量纲流量常数σe的关系。

接着，湿度检测开口面积计算部57如针对开口面积segr对式(4)的第1式进行整理后得到的式(5)所示那样，将湿度检测回流流量qeh除以废气的音速ae、密度ρe和无量纲流量常数σe，从而计算出湿度检测开口面积segrh。

【数学式5】

学习值计算部58使用预先设定了egr阀22的基础开口面积segrb与egr阀22的开度oe的关系的基础开口特性数据，来计算与当前的egr阀22的开度oe相对应的基础开口面积segrb。接着，学习值计算部58基于基础开口面积segrb与湿度检测开口面积segrh的比较结果来计算开口面积的学习值δsegrl。

本实施方式中，学习值计算部58如式(6)所示那样，计算湿度检测开口面积segrh与基础开口面积segrb之间开口面积的偏差δsegrh，并计算对开口面积的偏差δsegrh进行了平均化处理(本例中为一次延迟滤波处理)后得到的值作为开口面积的学习值δsegrl，然后存储到非易失性的ram等存储装置91。

【数学式6】

这里，(n)表示本次的运算周期的值，(n-1)表示上一次的运算周期的值。ks表示一次延迟滤波处理的滤波增益，预先设定为与时间常数相对应的值。另外，例如也可以进行移动平均处理等平均化处理来代替一次延迟滤波处理。并且，也可以使用开口面积的比率等来代替开口面积的偏差δsegrh。

利用平均化处理，能够减少歧管湿度传感器10的响应延迟、因湿度检测egr率regr是进气歧管12内混合后的egr率而产生的与通过egr阀22的回流废气的流量的响应偏差、以及其他外部干扰因素等的影响，能够提高开口面积的学习值δsegrl的稳定性和精度。

或者，学习值计算部58也可以构成为基于湿度检测开口面积segrh和后述的学习后开口面积segrl的比较结果，使开口面积的学习值δsegrl增加或减少。例如，学习值计算部58在湿度检测开口面积segrh比学习后开口面积segrl要大的情况下使开口面积的学习值δsegrl增加，在湿度检测开口面积segrh比学习后开口面积segrl要小的情况下使开口面积的学习值δsegrl减少。

此外，学习值计算部58也可以构成为在egr阀22的开度oe的每一个动作点对开口面积的学习值δsegrl进行计算。例如，学习值计算部58在预先将egr阀22的开度oe分割成多个区间而得到的每一个开度区间，将开口面积的学习值δsegrl存储到非易失性的ram等存储装置91，从存储装置91读取对应于当前的egr阀22的开度oe的开度区间的学习值δsegrl，利用开口面积的偏差δsegrh进行更新。即，设有数量与开度区间的数量相同的开口面积学习值δsegrl。

学习值计算部58在判定为是egr率的变化较小的稳定状态的情况下，许可使用了式(6)的开口面积的学习值δsegrl的更新，在判定为是egr率的变化较大的过渡状态的情况下，禁止使用了式(6)的开口面积的学习值δsegrl的更新，保持开口面积的学习值δsegrl。例如，学习值计算部58将egr阀22的开度oe的变化量在预先设定的egr判定值以下、且节流阀6的开度的变化量在预先设定的节流判定值以下的期间经过了预先设定的判定期间的情况判定为是稳定状态，将除此以外的情况判定为是过渡状态。

通过设计这种学习许可条件，能够减少歧管湿度传感器10的响应延迟、以及因湿度检测egr率regr是进气歧管12内混合后的egr率而产生的与通过egr阀22的回流废气的流量的响应偏差等的影响，能够提高开口面积的学习值δsegrl的精度。

<控制用回流废气计算部54>

控制用回流废气计算部54包括：学习后开口面积计算部59，使用开口面积的学习值δsegrl计算对应于当前的egr阀22的开度oe的egr阀22的学习后开口面积segrl；以及控制用回流流量计算部60，基于学习后开口面积segrl来计算用于内燃机1的控制的控制用的回流废气的流量qes。

由于不直接使用因湿度传感器的响应延迟而导致响应发生延迟的湿度检测回流流量qeh，而使用基于湿度检测回流流量qeh计算得到的开口面积的学习值δsegrl，因此，能够抑制控制用的回流废气的流量qes产生因湿度传感器而出现响应延迟的情况，并且能够提高控制用的回流废气的流量qes的计算精度。

本实施方式中，学习后开口面积计算部59利用开口面积的学习值δsegrl对基础开口面积segrb进行修正，从而计算出学习后开口面积segrl。接着，控制用回流流量计算部60基于学习后开口面积segrl、歧管压pb、废气的压力pex、废气的音速ae、以及废气的密度ρe来计算控制用的回流废气的流量qes。

学习后开口面积计算部59如式(7)所示那样，计算对应于当前的egr阀22的开度oe的基础开口面积segrb与开口面积的学习值δsegrl相加后得到的值作为学习后开口面积segrl。学习后开口面积计算部59与学习值计算部58同样地，使用上述的基础开口特性数据来计算对应于当前的egr阀22的开度oe的基础开口面积segrb。另外，也可以使用学习值计算部58计算出的基础开口面积segrb。

【数学式7】

segrl＝segrb+δsegrl…(7)

在开口面积学习值计算部53构成为在egr阀22的开度oe的每一个动作点计算开口面积的学习值δsegrl的情况下，学习后开口面积计算部59使用对应于当前的egr阀22的开度oe的开口面积的学习值δsegrl，来计算控制用的回流废气的流量qes。具体而言，学习后开口面积计算部59从存储装置91读取出对应于当前的egr阀22的开度oe的开度区间的学习值δsegrl，并计算读取到的学习值δsegrl与基础开口面积segrb相加后得到的值作为学习后开口面积segrl。

控制用回流流量计算部60与开口面积学习值计算部53同样地使用式(4)的节流孔的流量计算式，计算由学习后开口面积segrl实现的控制用的回流废气的流量qes。控制用回流流量计算部60与湿度检测开口面积计算部57同样地使用式(4)的第2式，基于废气的温度tex来计算废气的音速ae。并且，控制用回流流量计算部60与湿度检测开口面积计算部57同样地使用式(4)的第3式，基于废气的温度tex和废气的压力pex，来计算废气的密度ρe。控制用回流流量计算部60还与湿度检测开口面积计算部57同样地使用上述的流量常数特性数据，计算对应于当前的废气的压力pex和歧管压pb的压力比pb/pex的无量纲流量常数σe。另外，也可以使用湿度检测开口面积计算部57计算出的废气的音速ae、废气的密度ρe、以及无量纲流量常数σe。

接着，控制用回流流量计算部60使用相当于式(4)的第1式的式(8)，计算学习后开口面积segrl与废气的音速ae、密度ρe、以及无量纲流量常数σe相乘后的值作为控制用的回流废气的流量qes。

【数学式8】

qes＝ae·ρe·segrl·σe

控制用回流废气计算部54具备基于控制用的回流废气的流量qes计算控制用的egr率regrs的控制用egr率计算部61。控制用egr率计算部61如式(9)所示那样，基于控制用的回流废气的流量qes[g/s]，计算在一个冲程期间(例如，btdc5degca间的期间)回流至进气歧管12的回流废气量qes[g/stroke]，并对回流废气量qes进行模拟了进气歧管12(调压室)的延迟的一次延迟滤波处理，从而计算出在一个冲程期间吸入到气缸25的回流废气量即气缸吸入回流废气量qesc[g/stroke]。控制用egr率计算部61例如将控制用的回流废气流量qes与一个冲程周期δt相乘，从而计算出回流废气量qes。

【数学式9】

这里，kcca是预先设定的滤波增益，可使用与式(1)相同的值。

控制用egr率计算部61基于气缸吸入空气量qac和气缸吸入回流废气量qesc来计算控制用的egr率regrs。本实施方式中，控制用egr率计算部61如式(10)所示那样，计算气缸吸入回流废气量qesc除以气缸吸入空气量qac后得到的相对egr率作为控制用的egr率regrs。另外，也可以计算绝对egr率。

【数学式10】

<回流量利用控制部55>

回流量利用控制部55利用控制用回流废气计算部54计算得到的控制用的回流废气流量qes进行内燃机1的控制。本实施方式中，回流量利用控制部55构成为基于控制用的回流废气流量qes执行点火时期的变更、egr阀22的开度oe的变更、以及内燃机1的输出转矩的计算中的至少一个以上。

例如，回流量利用控制部55基于内燃机1的旋转速度ne、填充效率ec、以及控制用的egr率regrs计算点火时期。回流量利用控制部55基于内燃机1的旋转速度ne和填充效率ec等的运转状态，计算目标egr率，并使egr阀22的开度oe增加或减少，以使控制用的egr率regrs接近目标egr率。由于控制用的回流废气流量qes的计算精度的提高，从而能够使点火时期的设定精度、egr率的控制精度提高，能够使内燃机1的燃烧状态、输出转矩、热效率、以及nox产生量等的控制精度提高。

此外，回流量利用控制部55基于内燃机1的旋转速度ne、填充效率ec、以及控制用的egr率regrs计算热效率。接着，回流量利用控制部55将提供给气缸25的燃料的发热量与热效率相乘从而计算出图示平均有效压，基于图示平均有效压计算内燃机1的输出转矩。回流量利用控制部55基于内燃机1的输出转矩来改变点火时期、吸入空气量、回流废气量，或者将内燃机1的输出转矩传递给变速装置的控制装置81等的其他控制装置，将其利用于车辆整体的转矩控制。

1-2-1.湿度检测egr率计算部52的详细说明

接着，对湿度检测egr率计算部52详细进行说明。

1-2-1-1.湿度检测egr率regr的计算方法的理论推导

首先，对湿度检测egr率regr的计算方法的理论推导进行说明。本实施方式中，湿度检测egr率regr设为绝对egr率，是回流至进气歧管12内的废气(回流废气)相对于进气歧管12内的气体的比率。另外，以下，也将湿度检测egr率regr简称为egr率regr。egr率regr可使用式(11)，基于co2浓度来计算。

【数学式11】

这里，co2_in是进气歧管12内的气体的co2浓度[vol％]，co2_ex是排气通路17内的废气的co2浓度[vol％]，co2_a是吸入空气中的co2浓度[vol％]。通常，吸入空气(大气)中的co2浓度为0.038[vol％]左右。

以下，着眼于燃烧化学反应式中各分子的摩尔数以及各气体的分压，导出它们与co2浓度及egr率regr的关系式。内燃机1的燃料使用例如汽油的情况下的碳化氢的燃烧化学反应式由式(12)来表示。

【数学式12】

假设汽油的平均分子式为c7h14，假设空气的组成为“氧(o2)：氮(n2)＝21:79”，汽油与空气在理论空燃比af0下完全燃烧时的燃烧化学反应式由式(13)来表示。这里，燃烧所生成的二氧化碳(co2)的摩尔数和水蒸气(h2o)的摩尔数均为14。

【数学式13】

2·c7h14+21·o2+79·n2→14·co2+14·h2o+79·n2…(13)

但是，实际的吸入空气中还包含二氧化碳(co2)和水蒸气(h2o)，若将它们的摩尔数分别假设为α和β，则燃烧化学反应式由式(14)来表示。另外，式(14)是没有考虑回流废气的纯粹的燃烧化学反应式。

【数学式14】

在以下的摩尔数的解析中，式(14)的左边的汽油的摩尔数相对于整体摩尔数而言较少，因此将其近似为零。由此，式(14)的左边的燃烧前的气体变为与吸入空气相等。式(14)的左边的吸入空气的总摩尔数为(100+α+β)，右边的废气的总摩尔数为(107+α+β)，严格来说左边与右边的摩尔数不同，但此处假设左边的总摩尔数和右边的总摩尔数相同，均为(m+α+β)。

图4示出使废气回流至进气歧管12的情况下进气歧管12内的气体的分压状态。进气歧管12内的气体是从大气吸入的吸入空气和通过egr流路21回流的回流废气的混合气体，将歧管压中吸入空气的分压设为p_new，回流废气的分压设为p_egr。

吸入空气如式(14)的左边所示那样，由氮气(n2)、氧气(o2)、二氧化碳(co2)、水蒸气(h2o)构成。严格来说吸入空气中还包含其他的物质，但由于含有量非常少，因此忽略。这里，将吸入空气中包含的水蒸气的分压设为pvn。

回流废气如式(14)的右边所示那样，由氮气(n2)、二氧化碳(co2)、水蒸气(h2o)构成。严格来说回流废气中还包含其他的物质，但由于含有量非常少，因此忽略。这里，关于二氧化碳(co2)和水蒸气(h2o)，存在有通过燃烧生成的部分和吸入空气中已包含的部分。因此，将通过燃烧生成的水蒸气的分压设为pve，将已包含在吸入空气中的水蒸气的分压设为pvr。

若用图4中所示的吸入空气的分压p_new和回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率、以及式(14)的左边的吸入空气中或右边的废气中的co2的摩尔分数来表示，则计算egr率regr的式(11)中的各co2浓度如式(15)所示。具体而言，进气歧管12内的气体的co2浓度co2_in如图4所示那样，是进气歧管12内的吸入空气的co2浓度和回流废气中所包含的燃烧生成co2浓度及吸入空气含有co2浓度的总和。进气歧管12内的吸入空气的co2浓度是吸入空气的分压p_new相对于歧管压pb的比率(p＿new/pb)与式(14)的左边的吸入空气中的co2的摩尔分数(α/(m+α+β))相乘而得到的。回流废气中所包含的燃烧生成co2浓度和吸入空气含有co2浓度是回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)与式(14)的右边的废气中的co2的摩尔分数((14+α)/(m+α+β))相乘而得到的。废气的co2浓度co2_ex成为式(14)的右边的废气中的co2的摩尔分数((14+α)/(m+α+β))。吸入空气中的co2浓度co2_a成为式(14)的左边的吸入空气中的co2的摩尔分数(α/(m+α+β))。

【数学式15】

若将式(15)的各co2浓度代入式(11)，并进行整理，则egr率regr如式(16)所示那样，成为回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)。

【数学式16】

接着，着眼于各气体的水蒸气的摩尔分数来导出关系式。使用式(14)的左边的吸入空气中的水蒸气的摩尔分数(β/(m+α+β))，将吸入空气中的水蒸气的摩尔分数χva表示为式(17)所示那样。

【数学式17】

进气歧管12内的气体中的水蒸气的摩尔分数χvb如图4和式(18)所示那样，成为进气歧管12内的吸入空气所包含的水蒸气的摩尔分数(式(18)的右边第一项)和回流废气所包含的燃烧生成水蒸气及吸入空气含有水蒸气的摩尔分数(式(18)的右边第二项)之和。进气歧管12内的吸入空气的水蒸气的摩尔分数如式(18)的右边第一项所示那样，是吸入空气的分压p_new相对于歧管压pb的比率(p＿new/pb)与式(14)的左边的吸入空气中的水蒸气的摩尔分数(β/(m+α+β))相乘而得到。回流废气中所包含的燃烧生成水蒸气及吸入空气含有水蒸气的摩尔分数如式(18)的右边第二项所示那样，是回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)与式(14)的右边的废气中的水蒸气的摩尔分数((14+β)/(m+α+β))相乘而得到。因此，使用这些水蒸气的摩尔分数，将进气歧管12内的水蒸气的摩尔分数χvb表示为式(18)所示那样。

【数学式18】

由于式(18)的右边的整理后的第一项(β/(m+α+β))与式(17)的吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva相等，因此，若将式(17)代入式(18)进行整理，则得到式(19)。如式(19)所示那样，从进气歧管12内的水蒸气摩尔分数χvb减去吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva后得到的相减摩尔分数(χvb－χva)是回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)与根据式(14)的右边求得的废气中通过燃烧生成的水蒸气的摩尔分数即废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex(＝14/(m+α+β))相乘而得到的。另外，相减摩尔分数(χvb－χva)与回流废气中包含的通过燃烧生成的水蒸气的摩尔分数χvegr(称为进气歧管12内的燃烧生成水蒸气摩尔分数χvegr)相等。因此，式(19)示出进气歧管12内的燃烧生成水蒸气摩尔分数χvegr与下述乘法运算值相等，即：回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)和废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex相乘而得到的乘法运算值。

【数学式19】

根据式(15)的导出结果，式(19)中的(p＿egr/pb)与egr率regr相等，因此，若将式(15)代入式(19)进行整理，则得到式(20)。因此，egr率regr是进气歧管12内的燃烧生成水蒸气摩尔分数χvegr除以废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex而得到的，其中，进气歧管12内的燃烧生成水蒸气摩尔分数χvegr通过从进气歧管12内的水蒸气摩尔分数χvb减去吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva来计算得到。即，通过将进气歧管12内的燃烧生成水蒸气摩尔分数χvegr除以废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex，从而求出进气歧管12内的气体中的回流废气整体的摩尔分数，示出该回流废气的摩尔分数与回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)相等，与egr率regr相等。

【数学式20】

若关于β对式(17)进行整理，则吸入空气中的水蒸气的摩尔数β可由式(21)来表示。

【数学式21】

若将式(21)代入式(20)，并进行整理，则得到式(22)。这里，m＝107，吸入空气中的co2的摩尔数α设为标称值0.038。

【数学式22】

因此，根据式(22)的导出结果可知，基于进气歧管12内的水蒸气摩尔分数χvb和吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva，能够计算出egr率regr。

如式(23)所示那样，进气歧管12内的水蒸气摩尔分数χvb理论上与进气歧管12内的气体所包含的水蒸气的分压即歧管内水蒸气分压pvb相对于歧管压pb的比率(pvb/pb)相等。并且，吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva理论上与吸入空气中所包含的水蒸气的分压即吸入空气中水蒸气分压pva相对于吸入空气压pa的比率(pva/pa)相等。

【数学式23】

因此，如将式(23)代入式(22)后得到的式(24)所示那样，可知通过检测歧管内水蒸气分压pvb相对于歧管压pb的比率即歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)、以及吸入空气中水蒸气分压pva相对于吸入空气压pa的比率即吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，能够计算出egr率regr。

【数学式24】

1-2-1-2.湿度检测egr率计算部52的结构

湿度检测egr率计算部52基于吸入空气温度ta、吸入空气湿度hra、吸入空气压pa、歧管温度tb、歧管湿度hrb、以及歧管压pb来计算湿度检测egr率regr。本实施方式中，湿度检测egr率计算部52如图2所示那样，包括歧管内水蒸气率计算部70、吸入空气中水蒸气率计算部71、以及最终egr率计算部72。

歧管内水蒸气率计算部70基于运转状态检测部51检测到的歧管湿度hrb和歧管温度tb，计算进气歧管12内的气体所包含的水蒸气的分压即歧管内水蒸气分压pvb，并计算歧管内水蒸气分压pvb相对于歧管压pb的比率即歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)。吸入空气中水蒸气率计算部71基于运转状态检测部51检测到的吸入空气湿度hra和吸入空气温度ta，计算吸入空气中所包含的水蒸气的分压即吸入空气中水蒸气分压pva，并计算吸入空气中水蒸气分压pva相对于吸入空气压pa的比率即吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)。

接着，最终egr率计算部72基于歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算回流至进气歧管12内的废气即回流废气相对于进气歧管12内的气体的比率即湿度检测egr率regr。

根据该结构，基于进气歧管12的气体和吸入空气的压力、温度及湿度的检测值计算歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，从而能够基于两个水蒸气分压率来高精度地计算湿度检测egr率regr。下面进行详细说明。

<歧管内水蒸气率计算部70>

歧管内水蒸气率计算部70如上所述，基于歧管湿度hrb和歧管温度tb，计算进气歧管12内的气体所包含的水蒸气的分压即歧管内水蒸气分压pvb，并计算歧管内水蒸气分压pvb相对于歧管压pb的比率即歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)。

另外，歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)如上所述，理论上等于进气歧管12内的水蒸气的摩尔数相对于进气歧管12内的气体的总摩尔数的比率即水蒸气摩尔分数χvb。因此，也可以将歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)称为水蒸气摩尔分数χvb。

本实施方式中，歧管内水蒸气率计算部70基于歧管温度tb计算进气歧管12内的饱和水蒸气压psb，并将该饱和水蒸气压psb与采用相对湿度的歧管湿度hrb相乘，从而计算出歧管内水蒸气分压pvb。

具体而言，歧管内水蒸气率计算部70使用式(25)所示的特滕斯公式，计算出进气歧管12内的饱和水蒸气压psb。

【数学式25】

另外，歧管内水蒸气率计算部70也可以构成为使用按照式(25)预先设定了温度和饱和水蒸气压的关系的特性数据，来计算对应于歧管温度tb的饱和水蒸气压psb。

接着，歧管内水蒸气率计算部70如式(26)所示那样，将歧管湿度hrb[％rh]与饱和水蒸气压psb相乘，计算歧管内水蒸气分压pvb，然后将歧管内水蒸气分压pvb除以歧管压pb，从而计算出歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)。

【数学式26】

<吸入空气中水蒸气率计算部71>

吸入空气中水蒸气率计算部71如上所述，基于吸入空气湿度hra和吸入空气温度ta，计算吸入空气中所包含的水蒸气的分压即吸入空气中水蒸气分压pva，并计算吸入空气中水蒸气分压pva相对于吸入空气压pa的比率即吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)。

另外，吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)如上所述，理论上等于水蒸气的摩尔数相对于吸入空气的总摩尔数的比率即水蒸气摩尔分数χva。因此，也可以将吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)称为吸入空气中的水蒸气摩尔分数χva。

本实施方式中，吸入空气中水蒸气率计算部71基于吸入空气温度ta计算吸入空气的饱和水蒸气压psa，并将该饱和水蒸气压psa与采用相对湿度的吸入空气湿度hra相乘，从而计算出吸入空气中水蒸气分压pva。

具体而言，吸入空气中水蒸气率计算部71使用式(27)所示的特滕斯公式，计算出吸入空气的饱和水蒸气压psa。

【数学式27】

另外，吸入空气中水蒸气率计算部71也可以构成为使用预先设定了温度和饱和水蒸气压的关系的特性数据，来计算对应于吸入空气温度ta的饱和水蒸气压psa。

接着，吸入空气中水蒸气率计算部71如式(28)所示那样，将饱和水蒸气压psa和吸入空气湿度hra[％rh]相乘，计算吸入空气中水蒸气分压pva，并将吸入空气中水蒸气分压pva除以吸入空气压pa从而计算出吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)。

【数学式28】

<最终egr率计算部72>

最终egr率计算部72如上所述，基于歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算回流至进气歧管12内的废气即回流废气相对于进气歧管12内的气体的比率即湿度检测egr率regr。

最终egr率计算部72使用基于上述式(24)的式(29)来计算湿度检测egr率regr。即，最终egr率计算部72构成为计算从歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)减去吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)后得到的相减分压率，将相减分压率与预先设定的换算常数kr相乘，然后将该乘法运算值除以从1减去吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)后得到的减法运算值，计算该除法运算得到的值作为湿度检测egr率regr。

【数学式29】

换算常数kr如式(29)所示那样，基于燃料和潮湿空气燃烧时的化学反应式中各分子的摩尔数来预先进行设定。具体而言，换算常数kr预先设定为通过下述方式得到的固定值，即：将式(14)的燃烧化学反应式的右边(燃烧后气体)的废气的总摩尔数(m+α+β)减去吸入空气中的水蒸气的摩尔数β，然后将由此得到的值(本例中为107+0.038)除以燃烧生成水蒸气的摩尔数(本例中为14)而得到固定值。换算常数kr除了式(29)所示的值以外，还可以是基于实验值等调整后的值。另外，由于吸入空气中的二氧化碳的摩尔数α与m相比足够小，因此也可以将其设为零。

根据物理量来表示式(29)的计算。若对式(29)进行变形，则得到式(30)。如式(30)所示那样，最终egr率计算部72从歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)减去吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算出回流废气中所包含的通过燃烧生成的水蒸气的分压pvegr(称为进气歧管内燃烧生成水蒸气分压pvegr)相对于歧管压pb的比率即歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)。最终egr率计算部72还基于燃料和潮湿空气进行燃烧时的化学反应式中各分子的摩尔数、以及吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算废气中通过燃烧生成的水蒸气的摩尔分数即废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex。然后，最终egr率计算部72计算歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)除以废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex后得到的值作为湿度检测egr率regr。

【数学式30】

详细而言，最终egr率计算部72将从1减去吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)后得到的减法运算值与预先设定摩尔换算常数kr2相乘，计算该乘法运算后得到的值作为废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex。摩尔换算常数kr2与上述的换算常数kr同样，可基于燃料和潮湿空气燃烧时的化学反应式中各分子的摩尔数或者实验值等来预先进行设定。另外，χvex的计算式通过将基于式(14)的燃烧化学反应式导出的式(21)代入基于式(14)的燃烧化学反应式导出的式(20)来导出。

由此，通过将歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)除以废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex，从而求得回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)，求得湿度检测egr率regr。

1-2-2.流程图

基于图5所示的流程图说明本实施方式所涉及的控制装置50的处理步骤(内燃机1的控制方法)。通过由运算处理装置90执行存储于存储装置91的软件(程序)，从而例如每隔固定的运算周期反复执行图5的流程图的处理。

在步骤s01中，运转状态检测部51如上所述，执行检测内燃机1的运转状态的运转状态检测处理(运转状态检测步骤)。运转状态检测部51检测歧管压pb、歧管温度tb、歧管湿度hrb、吸入空气压pa、吸入空气温度ta、吸入空气湿度hra、吸入空气流量qa、以及egr阀22的开度oe。

接着，步骤s02中，湿度检测egr率计算部52如上所述，执行基于吸入空气温度ta、吸入空气湿度hra、吸入空气压pa、歧管温度tb、歧管湿度hrb、以及歧管压pb来计算湿度检测egr率regr的湿度检测egr率计算处理(湿度检测egr率计算步骤)。另外，在步骤s02中，依次执行由歧管内水蒸气率计算部70执行的歧管内水蒸气率计算处理(歧管内水蒸气率计算步骤)、由吸入空气中水蒸气率计算部71执行的吸入空气中水蒸气率计算处理(吸入空气中水蒸气率计算步骤)、由最终egr率计算部72执行的最终egr率计算处理(最终egr率计算步骤)。

步骤s03中，开口面积学习值计算部53如上所述，执行开口面积学习值计算处理(开口面积学习值计算步骤)，即：基于湿度检测egr率regr和吸入空气流量qa，计算湿度检测回流流量qeh，计算实现湿度检测回流流量qeh的egr阀22的开口面积即湿度检测开口面积segrh，基于湿度检测开口面积segrh，计算egr阀22的开口面积的学习值δsegrl。

在步骤s04中，控制用回流废气计算部54如上所述，执行控制用回流废气计算处理(控制用回流废气计算步骤)，即：使用开口面积的学习值δsegrl，计算对应于当前的egr阀22的开度oe的egr阀22的学习后开口面积segrl，基于学习后开口面积segrl，计算用于内燃机1的控制的控制用的回流废气的流量qes。

在步骤s05中，回流量利用控制部55如上所述，执行回流量利用控制处理(回流量利用控制步骤)，利用控制用的回流废气流量qes进行内燃机1的控制。

2.实施方式2

接着，对实施方式2所涉及的控制装置50进行说明。省略与上述实施方式1相同的结构部分的说明。本实施方式所涉及的内燃机1和控制装置50的基本结构和处理与实施方式1相同，不同点在于湿度检测egr率计算部52根据内燃机1的空燃比af来使湿度检测egr率regr改变。

2-1.浓混合气或稀混合气的情况下的湿度检测egr率regr计算方法的扩展

上述的实施方式1所涉及的湿度检测egr率regr的计算方法是基于燃料和潮湿空气的空燃比在理论空燃比af0下完全燃烧的情况下的式(14)的燃烧化学反应式而得到的。以下，对于相比于理论空燃比af0，燃料和潮湿空气的空燃比是稀混合气空燃比的情况或浓混合气空燃比的情况，对数学式导出进行扩展。

过量空气系数λ如式(31)所示那样，是空燃比af除以理论空燃比af0后得到的比率。若λ＝1，则空燃比af为理论空燃比af0，若λ＜1，则空燃比af为浓混合气空燃比，若λ＞1，则空燃比af为稀混合气空燃比。

【数学式31】

<浓混合气的情况>

式(32)示出空燃比af为浓混合气空燃比的情况下(λ＜1)的燃烧化学反应式。

【数学式32】

这里，如式(32)的右边的最终项所示那样，假设在浓混合气燃烧时，未燃烧的汽油直接以分子形式排出。实际上，可以想到未燃烧的汽油会因气缸25内的燃烧温度而分解成分子量较小的甲烷(ch4)和乙烷(c2h6)等，但由于考虑到汽油的体积浓度较小，因分解而造成的影响也较小，因此这里不考虑汽油的分解。

废气的co2浓度co2_ex如式(33)所示那样，等于式(32)右边的废气中的co2的摩尔数相对于总摩尔数的比率(co2的摩尔分数)。未燃烧汽油的摩尔数((1－λ)·2)相对于总摩尔数较小，因此近似为零。同样地，还求得进气歧管12内的气体的co2浓度co2_in、吸入空气中的co2浓度co2_a。根据式(33)，浓混合气的情况下的各co2浓度与式(15)的理论空燃比af0的情况相同。因此，在浓混合气的情况下，egr率regr与式(16)同样地成为回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)。

【数学式33】

并且，浓混合气的情况下的吸入空气中的水蒸气的摩尔分数χva、以及进气歧管12内的气体中的水蒸气的摩尔分数χvb与式(17)、式(18)的理论空燃比af0的情况相同，可使用式(32)的左边或右边的水蒸气的摩尔分数等，由式(34)来表示。

【数学式34】

根据式(34)，水蒸气的摩尔分数χva、χvb与式(17)和式(18)的理论空燃比af0的情况相同。这是因为在浓混合气的情况下(λ＜1)，由于产生了未燃烧汽油，因此分子的燃烧生成水蒸气的摩尔数与理论空燃比af0的情况下的14相比增大到λ倍，但分母的废气的总摩尔数也因为吸入空气的各分子增大到λ倍而与理论空燃比af0的情况相比增大到λ倍。因此，分子与分母的λ相抵消，从而与理论空燃比af0的情况相同。由此，在浓混合气的情况下，egr率regr可以通过与理论空燃比af0的情况下的式(34)相同的数学式来计算。

<稀混合气的情况>

式(35)示出空燃比af为稀混合气空燃比的情况下(λ＞1)的燃烧化学反应式。

【数学式35】

废气的co2浓度co2_ex如式(36)所示那样，等于式(35)右边的废气中的co2的摩尔数相对于总摩尔数的比率(co2的摩尔分数)。摩尔数“7”相对于总摩尔数较小，因此近似为零。同样地，还求得进气歧管12内的气体的co2浓度co2_in、吸入空气中的co2浓度co2_a。根据式(36)，各co2浓度与式(15)的理论空燃比af0的情况不同。

【数学式36】

接着，若将式(36)的各co2浓度代入式(11)并进行整理，则得到式(37)。在稀混合气的情况下，egr率regr也与式(16)同样地成为回流废气的分压p_egr相对于歧管压pb的比率(p＿egr/pb)。

【数学式37】

并且，稀混合气的情况下的吸入空气中的水蒸气的摩尔分数χva、以及进气歧管12内的气体中的水蒸气的摩尔分数χvb与式(17)、式(18)的理论空燃比af0的情况相同，可使用式(35)的左边或右边的水蒸气的摩尔分数等，由式(38)来表示。

【数学式38】

于是，若与式(19)同样地对式(38)进行整理，则得到式(39)。稀混合气情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvexl成为式(19)所示的理论空燃比af0的情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex除以过量空气系数λ后得到的值。这是因为在稀混合气的情况下(λ＞1)，由于燃料完全燃烧，因此分子的燃烧生成水蒸气的摩尔数为14，与理论空燃比af0的情况相同，而分母的废气的总摩尔数却因为吸入空气的各分子增大到λ倍而与理论空燃比af0的相比增大到λ倍。

【数学式39】

若将式(37)代入式(39)，并进行整理，则得到式(40)。

【数学式40】

吸入空气中的水蒸气的摩尔数β从式(38)成为与理论空燃比af0的情况相同的式(21)，因此若将式(21)代入式(40)进行整理，则得到式(41)。

【数学式41】

接着，若将式(23)代入式(41)，则得到式(42)。因此，在稀混合气的情况下，能够通过将式(24)所示的理论空燃比af0的情况下的egr率regr与过量空气系数λ相乘，来计算出egr率regr。

【数学式42】

将上述导出结果汇总到式(43)。在内燃机1的空燃比af为理论空燃比(af＝af0)或为浓混合气空燃比(af＜af0)的情况下，可以按照式(24)，基于歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)计算出egr率regr。在内燃机1的空燃比af为稀混合气空燃比(af＞af0)的情况下，如式(42)所示那样，可以通过将按照式(24)计算得到的egr率regr进一步与过量空气系数λ相乘来计算出egr率regr。

【数学式43】1)理论空燃比的情况或者浓混合气空燃比的情况

2)稀混合气空燃比的情况(43)

2-2.最终egr率计算部72的结构

本实施方式所涉及的最终egr率计算部72构成为根据内燃机1的空燃比af使湿度检测egr率regr改变。

最终egr率计算部72与实施方式1的式(29)或式(30)同样地基于歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算出内燃机1的空燃比af假设为理论空燃比的情况下的湿度检测egr率regr0。如式(44)所示那样，最终egr率计算部72在空燃比af与理论空燃比af0相比为稀混合气空燃比的情况下，将假设为理论空燃比af0的情况下的湿度检测egr率regr0与空燃比af除以理论空燃比af0后得到的过量空气系数λ相乘，计算乘法运算后得到的值作为最终的湿度检测egr率regr。另一方面，最终egr率计算部72在空燃比af与理论空燃比af0相比为浓混合气空燃比的情况下，计算假设为理论空燃比af0的情况下的湿度检测egr率regr0，将其直接作为最终的湿度检测egr率regr。

【数学式44】1)稀混合气空燃比的情况

2)理论空燃比的情况或者浓混合气空燃比的情况

regr＝regr0

根据物理量来表示。最终egr率计算部72与实施方式1的式(40)同样地，如式(45)所示那样，基于燃料与潮湿空气以理论空燃比af0燃烧时的化学反应式中各分子的摩尔数和吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，计算内燃机1的空燃比af假设为理论空燃比的情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex0。最终egr率计算部72从歧管内水蒸气分压率(pvb/pb)减去吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)，从而计算出歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)。

【数学式45】

最终egr率计算部72如式(46)所示那样，在空燃比af与理论空燃比af0相比为稀混合气空燃比的情况下，将假设为理论空燃比af0的情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex0除以过量空气系数λ，计算该除法运算后得到的值作为稀混合气情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvexl。然后，最终egr率计算部72计算歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)除以稀混合气情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvexl后得到的值作为湿度检测egr率regr。另一方面，最终egr率计算部72在空燃比af与理论空燃比af0相比为浓混合气空燃比的情况下，将假设为理论空燃比af0的情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex0直接设为浓混合气情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex0。然后，最终egr率计算部72计算歧管内燃烧生成水蒸气分压率(pvegr/pb)除以浓混合气情况下的废气中燃烧生成水蒸气摩尔分数χvex0后得到的值作为湿度检测egr率regr。

【数学式46】1)稀混合气空燃比的情况

2)理论空燃比的情况或者浓混合气空燃比的情况

最终egr率计算部72基于由空燃比传感器18检测出的空燃比af，判定空燃比af是浓混合气空燃比、稀混合气空燃比、还是理论空燃比，并计算过量空气系数λ。具体而言，最终egr率计算部72在空燃比af的检测值比预先设定的理论空燃比af0的设定值(例如，14.7)要小的情况下(af＜af0)判定为浓混合气，在空燃比af的检测值比理论空燃比af0的设定值要大的情况下(af＞af0)判定为稀混合气，在空燃比af的检测值等于理论空燃比af0的设定值的情况下(af＝af0)，判定为是理论空燃比。此外，最终egr率计算部72将空燃比af的检测值除以预先设定的理论空燃比af0的设定值，从而计算出过量空气系数λ(＝af/af0)。

或者，最终egr率计算部72也可以构成为基于计算燃料喷射量时使用的燃料修正系数kaf，判定空燃比af是浓混合气空燃比、稀混合气空燃比、或理论空燃比，并且计算过量空气系数λ。例如，燃料修正系数kaf设为为了获得理论空燃比af0而计算得到的与基本燃料喷射量相乘的修正系数。最终egr率计算部72将kaf＝1的情况判定为理论空燃比af0，将kaf＞1的情况判定为浓混合气，将kaf＜1的情况判定为稀混合气。最终egr率计算部72计算燃料修正系数kaf的倒数作为过量空气系数λ(＝1/kaf)。

或者，最终egr率计算部72也可以构成为基于空燃比的控制模式，判定空燃比af是浓混合气空燃比、稀混合气空燃比、或理论空燃比，并且设定过量空气系数λ。空燃比的控制模式有理论空燃比控制模式、浓混合气控制模式、稀混合气控制模式。理论空燃比控制模式中，为了提高三元催化剂的净化性能，将空燃比传感器18检测到的空燃比af反馈控制在理论空燃比af0附近。浓混合气控制模式在高负载运转时等情况下进行设定，将空燃比af控制为浓混合气空燃比。稀混合气控制模式为了提高燃料里程等而设定，将空燃比af控制为稀混合气空燃比。最终egr率计算部72将空燃比的控制模式为理论空燃比控制模式的情况判定为是理论空燃比，将浓混合气控制模式的情况判定为是浓混合气空燃比，将稀混合气控制模式的情况判定为是稀混合气空燃比。最终egr率计算部72如上所述，基于空燃比传感器18的空燃比af的检测值或燃料修正系数kaf来计算过量空气系数λ。

3.实施方式3

接着，对实施方式3所涉及的控制装置50进行说明。省略与上述实施方式1、2相同的结构部分的说明。本实施方式所涉及的内燃机1和控制装置50的基本结构和处理与实施方式1或实施方式2相同，不同点在于，内燃机1中不具备吸入空气湿度传感器5，吸入空气压pa、吸入空气温度ta、吸入空气湿度hra的检测方法不同。

上述实施方式1、2中，对运转状态检测部51构成为基于吸入空气压传感器2的输出信号检测吸入空气压pa，基于吸入空气温度传感器4的输出信号检测吸入空气温度ta，基于吸入空气湿度传感器5的输出信号检测吸入空气湿度hra的情况进行了说明。

但在本实施方式中，运转状态检测部51构成为将对egr流路21进行开关的egr阀22关闭、且废气没有回流至进气歧管12的状态下检测到歧管压pb、歧管湿度hrb、以及歧管温度tb分别作为吸入空气压pa、吸入空气湿度hra、以及吸入空气温度ta来检测。

本实施方式中，运转状态检测部51在egr阀22关闭的状态持续了预先设定的判定期间的情况下，判定为吸入空气检测条件已成立。判定期间设定为关闭egr阀22后到进气歧管12内的回流废气充分减少为止的期间。可以随着吸入空气量变大而缩短判定期间。运转状态检测部51在吸入空气检测条件成立的情况下，基于歧管压传感器8的输出信号检测吸入空气压pa，基于歧管温度传感器9的输出信号检测吸入空气温度ta，基于歧管湿度传感器10的输出信号检测吸入空气湿度hra。在egr阀22关闭的状态下，没有废气回流到进气歧管12内，进气歧管12内只有吸入空气。因此，能够使用在该状态下检测到的进气歧管12内的气体的压力、湿度、温度，来计算吸入空气中水蒸气分压pva、吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)。

吸入空气中水蒸气率计算部71与上述实施方式1同样地，基于吸入空气检测条件成立的情况下检测到的吸入空气湿度hra和吸入空气温度ta，计算吸入空气中所包含的水蒸气的分压即吸入空气中水蒸气分压pva，并计算吸入空气中水蒸气分压pva相对于吸入空气压pa的比率即吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)。另外，吸入空气中水蒸气率计算部71在吸入空气检测条件不成立的情况下，保持吸入空气检测条件成立的情况下计算得到的吸入空气中水蒸气分压率(pva/pa)并输出。由于大气湿度的变化与egr率的变化引起的进气歧管12内的湿度变化相比较为平缓，因此，即使使用保持的值也能够抑制产生较大的egr率的推定误差。

〔其他的实施方式〕

最后，对本发明的其他的实施方式进行说明。另外，以下说明的各实施方式的结构不并限于分别单独进行应用，只要不发生矛盾，就能够与其他的实施方式的结构进行组合来应用。

(1)在上述的各实施方式中，考虑了使用汽油作为内燃机1的燃料的情况，并且以假设汽油的平均分子式和空气的组成为式(14)、式(32)、式(35)那样的情况作为示例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，可以基于汽油的平均分子式和空气的组成，使用严密的值，改变化学反应式、以及化学反应式中各分子的摩尔数，改变湿度检测egr率regr的计算中使用的换算常数kr和摩尔换算常数kr2的设定值等。此外，也可以使用汽油以外的燃料，例如，轻油、酒精、或天然气等作为内燃机1的燃料，根据燃料的种类改变燃料的平均分子式，并且改变化学反应式和化学反应式中各分子的摩尔数，从而改变湿度检测egr率regr的计算中使用的换算常数kr和摩尔换算常数kr2的设定值等。

(2)在上述的各实施方式中，说明了运转状态检测部51构成为基于吸入空气温度传感器4的输出信号检测吸入空气温度ta，基于吸入空气湿度传感器5的输出信号检测吸入空气湿度hra的情况作为示例。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，运转状态检测部51也可以构成为从空调控制装置80获取吸入空气湿度hra和吸入空气温度ta的信息。空调控制装置80是进行车厢内的空气调节的空调的控制装置，经由通信线路与内燃机1的控制装置50相连。空调控制装置80具备检测空调吸入的大气的湿度的湿度传感器、检测大气的温度的温度传感器，基于这些湿度传感器和温度传感器的输出信号，检测大气湿度和大气温度，并将大气湿度和大气温度的信息发送给控制装置50。

(3)在上述的各实施方式中，说明了回流量利用控制部55如上述那样构成为基于控制用的回流废气流量qes执行点火时期的变更、egr阀22的开度oe的变更、以及内燃机1的输出转矩的计算中的至少一个以上的情况作为示例。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，回流量利用控制部55还可以构成为将控制用的回流废气流路qes用于除此以外的其他控制，例如，吸入空气量的控制、改变可变阀正时机构中进气阀14和排气阀15中的一方或双方的阀开关定时的控制等。

另外，本发明在其发明的范围内，能对实施方式进行适当的变形、省略。