JP2019210843A - EGR control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの吸気側に還流されるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御装置に関する。 The present invention relates to an EGR control device that controls the flow rate of EGR gas recirculated to the intake side of an engine.
従来から、ディーゼルエンジンを用いたエンジンシステムにおいては、ＮＯｘの低減や燃費の向上を図るために様々な技術が用いられている。例えば特許文献１に記載のエンジンシステムでは、ディーゼルエンジンの排気側から吸気側へ排気ガスの一部を還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が搭載されている。 Conventionally, in an engine system using a diesel engine, various techniques have been used to reduce NOx and improve fuel efficiency. For example, in the engine system described in Patent Document 1, an exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates a part of exhaust gas from the exhaust side to the intake side of a diesel engine is mounted.
ＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいては、吸気側に還流される排気ガスであるＥＧＲガスが過剰になると黒煙が発生しやすくなるものの、ＮＯｘの発生を抑えるうえではより多くのＥＧＲガスを吸気側に還流させることが好ましい。
本発明は、黒煙の発生を抑えつつ、より多くのＥＧＲガスを吸気側に還流させることのできるＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。
In an engine system equipped with an EGR device, black smoke tends to be generated when the EGR gas, which is the exhaust gas recirculated to the intake side, becomes excessive. However, in order to suppress the generation of NOx, more EGR gas is supplied to the intake side. Is preferably refluxed.
An object of the present invention is to provide an EGR control device that can recirculate more EGR gas to the intake side while suppressing generation of black smoke.
上記課題を解決するＥＧＲ制御装置は、燃料の目標噴射量を演算する目標噴射量演算部と、前記目標噴射量の燃料を燃焼させたときに黒煙が発生しない空気の量である煙限界空気量を演算する煙限界空気量演算部と、エンジンが吸入する吸入作動ガス量を演算する吸入作動ガス量演算部と、ＥＧＲガスにおける既燃ガス率を演算する既燃ガス率演算部と、前記吸入作動ガス量から前記煙限界空気量を減算した過剰ガス量と前記既燃ガス率に基づく前記ＥＧＲガスにおける既燃ガス量とが等しくなるＥＧＲ率を上限値として目標ＥＧＲ率を演算する目標ＥＧＲ率演算部とを備える。 An EGR control device that solves the above problems includes a target injection amount calculation unit that calculates a target injection amount of fuel, and smoke limit air that is an amount of air that does not generate black smoke when the fuel of the target injection amount is burned. A smoke limit air amount calculating unit for calculating the amount, an intake working gas amount calculating unit for calculating an intake working gas amount sucked by the engine, a burned gas rate calculating unit for calculating a burned gas rate in EGR gas, The target EGR rate is calculated by setting the EGR rate at which the excess gas amount obtained by subtracting the smoke limit air amount from the intake working gas amount and the burned gas amount in the EGR gas based on the burned gas rate as the upper limit value. A rate calculation unit.
上記構成によれば、作動ガスに含まれる空気量が煙限界空気量を下回ることがない。その結果、黒煙の発生を抑えつつ、より多くのＥＧＲガスをエンジンの吸気側へ還流させることができる。 According to the above configuration, the amount of air contained in the working gas does not fall below the smoke limit air amount. As a result, more EGR gas can be recirculated to the intake side of the engine while suppressing the generation of black smoke.
上記構成のＥＧＲ制御装置において、前記目標ＥＧＲ率演算部は、前記エンジンの運転状態に基づくＥＧＲ率の目標値である第１ＥＧＲ率を演算する第１ＥＧＲ率演算部と、前記上限値を第２ＥＧＲ率として演算する第２ＥＧＲ率演算部とを有し、前記第１ＥＧＲ率および前記第２ＥＧＲ率の最小値を前記目標ＥＧＲ率に設定する目標ＥＧＲ率設定部とを備えてもよい。
上記構成によれば、第２ＥＧＲ率を上限値に設定しつつ、エンジンの運転状態に基づく第１ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率として演算することができる。
In the EGR control device configured as described above, the target EGR rate calculation unit includes a first EGR rate calculation unit that calculates a first EGR rate that is a target value of the EGR rate based on an operating state of the engine, and the upper limit value as a second EGR rate. And a target EGR rate setting unit that sets a minimum value of the first EGR rate and the second EGR rate as the target EGR rate.
According to the above configuration, the first EGR rate based on the operating state of the engine can be calculated as the target EGR rate while setting the second EGR rate to the upper limit value.
上記構成のＥＧＲ制御装置において、前記第１ＥＧＲ率は、前記エンジンが定常状態にあるときのＥＧＲ率の目標値であることが好ましい。
上記構成によれば、加速時などの過渡状態においても定常状態に近いＥＧＲ率でエンジンを運転することができる。その結果、燃料を燃焼させるだけの空気量を確保しつつ、黒煙の発生を抑えることができる。
In the EGR control device having the above configuration, the first EGR rate is preferably a target value of the EGR rate when the engine is in a steady state.
According to the above configuration, the engine can be operated at an EGR rate close to a steady state even in a transient state such as during acceleration. As a result, the generation of black smoke can be suppressed while ensuring the amount of air sufficient to burn the fuel.
上記構成のＥＧＲ制御装置は、前記エンジンに噴射されている燃料噴射量を演算する噴射量演算部と、エンジン回転数を取得する回転数取得部とを有し、前記煙限界空気量演算部は、前記燃料噴射量および前記エンジン回転数ごとに煙限界空気過剰率が規定された過剰率情報を保持し、前記燃料噴射量および前記エンジン回転数に応じた前記煙限界空気過剰率を前記過剰率情報のなかから選択し、前記選択した前記煙限界空気過剰率に対して前記目標噴射量と量論混合比とを乗算した値を前記煙限界空気量として演算することが好ましい。上記構成のように、目標噴射量と、燃料噴射量およびエンジン回転数に基づいて演算された煙限界空気過剰率とを用いて煙限界空気量を演算することにより黒煙の発生をより確実に抑えることができる。 The EGR control device having the above configuration includes an injection amount calculation unit that calculates the fuel injection amount injected into the engine, and a rotation speed acquisition unit that acquires the engine rotation number. The smoke limit air amount calculation unit includes: , Holding excess rate information in which a smoke limit excess air rate is defined for each of the fuel injection amount and the engine speed, and calculating the smoke limit air excess rate according to the fuel injection amount and the engine speed as the excess rate. It is preferable to select from the information and calculate the value obtained by multiplying the selected smoke limit excess air ratio by the target injection amount and the stoichiometric mixture ratio as the smoke limit air amount. As in the above configuration, the generation of black smoke is more reliably performed by calculating the smoke limit air amount using the target injection amount and the smoke limit air excess ratio calculated based on the fuel injection amount and the engine speed. Can be suppressed.
上記構成のＥＧＲ制御装置は、前記エンジンの状態量に関わるパラメーターの現在値をモデルを用いて推定する状態量推定部を備え、前記状態量推定部は、前記吸入作動ガス量演算部および前記既燃ガス率演算部として機能することが好ましい。 The EGR control device having the above-described configuration includes a state quantity estimation unit that estimates a current value of a parameter related to the engine state quantity using a model, and the state quantity estimation unit includes the intake working gas amount calculation unit and the existing amount calculation unit. It preferably functions as a fuel gas rate calculation unit.
上記構成によれば、吸入作動ガス量とＥＧＲガスに含まれているＥＧＲガス量、および、そのＥＧＲガスにおける既燃ガス率の精度を高めることができる。その結果、黒煙の発生を抑えつつ、より多くのＥＧＲガスをエンジンの吸気側へ還流させることができる。 According to the above configuration, it is possible to increase the accuracy of the intake working gas amount, the EGR gas amount contained in the EGR gas, and the burned gas rate in the EGR gas. As a result, more EGR gas can be recirculated to the intake side of the engine while suppressing the generation of black smoke.
図１〜図５を参照して、ＥＧＲ制御装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照してＥＧＲ制御装置が搭載されるエンジンシステムの全体構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、軽油を燃料とするディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という。）を備えている。エンジン１０のシリンダーブロック１１には６つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２においては、吸入した作動ガスに対してインジェクター１３から燃料が噴射され、作動ガスと燃料との混合気が燃焼する。こうした混合気の燃焼が所定の順番で各シリンダー１２において行われることにより、エンジン１０のクランクシャフト１０ａが駆動される。
An embodiment of an EGR control device will be described with reference to FIGS. First, an overall configuration of an engine system in which an EGR control device is mounted will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the engine system includes a
シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に作動ガスを分配するインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２から排気ガスが排出されるエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。
Connected to the
インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６は、上流側から順に図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７のコンプレッサー１８、インタークーラー１９を備えている。吸気通路１６は、インタークーラー１９の下流側であって、かつ、後述するＥＧＲ通路２５との接続部分よりも上流側に、吸気通路１６の流路断面積を変更可能なディーゼルスロットル２０（以下、単にスロットル２０という。）を備えている。
The
エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２１は、コンプレッサー１８にタービンシャフト２２を介して連結されたタービン２３を備えている。また、エキゾーストマニホールド１５には、吸気通路１６に接続されて排気ガスの一部をＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスとして吸気通路１６に導入するＥＧＲ装置２４のＥＧＲ通路２５が接続されている。ＥＧＲ通路２５は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー２６と、ＥＧＲクーラー２６の下流側にＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７とを備えている。シリンダー１２には、ＥＧＲ弁２７が開状態にあるときに排気ガスと空気との混合気体が作動ガスとして供給され、ＥＧＲ弁２７が閉状態にあるときに空気が作動ガスとして供給される。
The
ターボチャージャー１７は、タービン２３に可変ノズル２８が配設された可変容量型ターボチャージャー（ＶＮＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ）である。可変ノズル２８は、ＶＮＴアクチュエーター２９の駆動により開度が変更され、タービン２３に流入する排気ガスの流路断面積を変更する。
The
エンジンシステムは、吸入空気量センサー３１、インタークーラー出口温度センサー３２、スロットル開度センサー３３、ブースト圧センサー３４、エンジン回転数センサー３５、エンジン冷却水温度センサー３６、ＥＧＲ弁開度センサー３７、ＥＧＲ冷却水温度センサー３８、ノズル開度センサー３９、アクセル開度センサー４０を備える。
The engine system includes an intake
吸入空気量センサー３１は、コンプレッサー１８の上流を流れる空気の質量流量（単位時間あたりの流量）である吸入空気量Ｗａｉｒを観測する。インタークーラー出口温度センサー３２は、吸気通路１６におけるインタークーラー１９とスロットル２０との間を流れる空気の温度であるインタークーラー出口温度Ｔｉｃを観測する。スロットル開度センサー３３は、スロットル２０の開度であるスロットル開度θｔｈｒを観測する。ブースト圧センサー３４は、スロットル２０の下流であって、かつ、吸気通路１６とＥＧＲ通路２５との接続部分よりも上流を流れる空気の圧力であるブースト圧Ｐｂを観測する。エンジン回転数センサー３５は、クランクシャフト１０ａの回転数であるエンジン回転数Ｎｅを観測する。エンジン冷却水温度センサー３６は、エンジン１０を冷却するエンジン冷却水の温度であるエンジン冷却水温度Ｔｗｅｎｇを観測する。ＥＧＲ弁開度センサー３７は、ＥＧＲ弁２７の開度であるＥＧＲ弁開度θｅｇｒを観測する。ＥＧＲ冷却水温度センサー３８は、ＥＧＲクーラー２６に流入するＥＧＲ冷却水の温度であるＥＧＲ冷却水温度Ｔｗｅｇｒを観測する。ノズル開度センサー３９は、可変ノズル２８の開度であるノズル開度θｔｂｎを観測する。アクセル開度センサー４０は、運転者が操作するアクセルペダル４１の踏み込み量であるアクセル開度ＡＣＣを観測する。
The intake
上記各種センサー３１〜４０は、エンジン１０の状態量（運転状態）に関わるパラメーターの値を観測する観測部として機能可能であり、センサー群４５（図２参照）を構成する。各種センサー３１〜４０の出力した信号は、エンジンシステムを統括制御するエンジン制御装置であって、ＥＧＲ制御装置としての機能を有するＥＣＵ５０に入力される。
The
図２〜図５を参照してＥＣＵ５０の構成について詳しく説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ５０は、プロセッサ、メモリー、入力インターフェース、および、出力インターフェース等がバスを介して互いに接続された１以上のマイクロコンピューターを中心に構成される。ＥＣＵ５０は、入力インターフェースを介して各種センサー３１〜４０の観測値を取得部として取得し、その取得した観測値やメモリーに格納された各種データや各種制御プログラムに基づき各種処理を実行する。ＥＣＵ５０は、出力インターフェースを介してインジェクター１３、スロットル２０、ＥＧＲ弁２７、可変ノズル２８といった制御対象６０に対して制御信号を出力する。ＥＣＵ５０は、プログラムの実行により機能する各種機能部として、制御対象６０に対する制御指示値を演算する制御演算部５１と、エンジン１０の状態量に関わる各種パラメーターの現在値を推定する状態量推定部５２とを備える。
The configuration of the
As shown in FIG. 2, the ECU 50 is mainly configured by one or more microcomputers in which a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like are connected to each other via a bus. The
制御演算部５１は、エンジン１０の状態量に関わる各種パラメーターの目標値を演算する。制御演算部５１は、演算した各種パラメーターの目標値と状態量推定部５２の推定した各種パラメーターの現在値との偏差に基づくフィードバック制御により各制御対象６０の制御指示値を演算する。制御演算部５１については状態量推定部５２について説明したあとに詳しく説明する。制御演算部５１は、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔや目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔを演算し、その目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔに基づいてスロットル２０、ＥＧＲ弁２７、および、可変ノズル２８の制御指示値を演算する。
The
図３に示すように、状態量推定部５２は、エンジン１０の状態量に関わる各種パラメーターの値を演算する各種のモデル６１〜６８を備えている。
インタークーラー体積モデル（Ｉｃ）６１は、インタークーラー１９の出口における空気の圧力であるインタークーラー出口圧力Ｐｉｃを演算する。スロットルモデル６２（Ｔｈｒ）は、スロットル２０から噴出する空気の質量流量であるスロットル流量Ｗｔｈｒを演算する。インテークマニホールド体積モデル（Ｉｍ）６３は、インテークマニホールド１４における作動ガスの圧力である吸気圧力Ｐｉｍ、該作動ガスの温度である吸気温度Ｔｉｍ、該作動ガスの密度である吸気密度ρｉｍを演算する。また、インテークマニホールド体積モデル６３は、インテークマニホールド１４における作動ガスとＥＧＲガスとの重量比であってエンジン１０が吸入する作動ガスにおけるＥＧＲガスの割合を示す吸気ＥＧＲ率ηｉｍを演算する。シリンダーモデル（Ｃｙｌ）６４は、エンジン１０が吸入する作動ガスの質量流量である吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを演算する。また、シリンダーモデル６４は、エンジン１０からエキゾーストマニホールド１５に排出される排気ガスの質量流量であるエンジン排出量Ｗｅｎｇ、該排気ガスの温度であるエンジン排出温度Ｔｅｎｇを演算する。
As shown in FIG. 3, the state
The intercooler volume model (Ic) 61 calculates an intercooler outlet pressure Pic that is the pressure of air at the outlet of the
エキゾーストマニホールド体積モデル（Ｅｍ）６５は、エキゾーストマニホールド１５における排気ガスの圧力である排気圧力Ｐｅｍ、該排気ガスの温度である排気温度Ｔｅｍ、該排気ガスの密度である排気密度ρｅｍを演算する。タービンモデル（Ｔｂｎ）６６は、タービン２３を通過する排気ガスの質量流量であるタービン流量Ｗｔｂｎを演算する。排気管モデル（Ｅｐ）６７は、タービン２３から流出する排気ガスの圧力であるタービン出口圧力Ｐｅｐを演算する。ＥＧＲモデル（ＥＧＲ）６８は、インテークマニホールド１４に流入するＥＧＲガスの質量流量であるＥＧＲ量Ｗｅｇｒ、該ＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを演算する。
The exhaust manifold volume model (Em) 65 calculates an exhaust pressure Pem that is an exhaust gas pressure in the
以下、各モデル６１〜６８の演算方法の一例について説明する。なお、以下において、各種パラメーターについて、流量に関する初期値は０であり、圧力に関する初期値は大気圧を示す所定圧力であり、温度に関する初期値は大気温度を示す所定温度である。
Hereinafter, an example of a calculation method for each of the
インタークーラー体積モデル６１は、吸入空気量センサー３１の観測した吸入空気量Ｗａｉｒとインタークーラー出口温度センサー３２の観測したインタークーラー出口温度Ｔｉｃとを入力値に有し、以下の条件でインタークーラー出口圧力Ｐｉｃを演算する。
The
・吸入空気量Ｗａｉｒの空気がインタークーラー１９に流入する。
・インタークーラー１９における空気の温度は、インタークーラー出口温度センサー３２の観測したインタークーラー出口温度Ｔｉｃである。
・スロットル流量Ｗｔｈｒの空気がインタークーラー１９から流出する。
-Air of the intake air amount Wair flows into the
The air temperature in the
-Air of throttle flow rate Wthr flows out of the
インタークーラー体積モデル６１は、吸入空気量Ｗａｉｒを流入量、スロットル流量Ｗｔｈｒを流出量とする積算量をインタークーラー１９を流れているインタークーラー空気量Ｗｉｃとして演算する。インタークーラー体積モデル６１は、空気の気体定数Ｒａｉｒ、インタークーラー出口温度Ｔｉｃ、インタークーラー１９の容積Ｖｉｃ、および、インタークーラー空気量Ｗｉｃを質量保存則に基づく演算式に代入することによりインタークーラー出口圧力Ｐｉｃを演算する。
The
なお、容積Ｖの容器において、気体定数Ｒの気体が温度Ｔである場合の質量保存則に基づく圧力Ｐの演算式は、単位時間あたりの流出入量をΔＷとすると、式（１）のように代表される。 It should be noted that, in a container having a volume V, the calculation formula of the pressure P based on the law of conservation of mass when the gas having the gas constant R is the temperature T, Represented by
スロットルモデル６２は、スロットル開度センサー３３の観測したスロットル開度θｔｈｒとブースト圧センサー３４の観測したブースト圧Ｐｂとを入力値に有し、以下の条件のもとでスロットル流量Ｗｔｈｒを演算する。
・スロットル２０には、インタークーラー出口圧力Ｐｉｃおよびインタークーラー出口温度Ｔｉｃにある空気が流入する。
・スロットル２０では、スロットル開度θｔｈｒに応じた有効開口面積Ａｔｈｒにある開口から空気から噴出する。
・スロットル２０の背圧がブースト圧Ｐｂである。
The
The air at the intercooler outlet pressure Pic and the intercooler outlet temperature Tic flows into the throttle 20.
In the throttle 20, the air is ejected from the air through an opening having an effective opening area Athr corresponding to the throttle opening θthr.
-The back pressure of the throttle 20 is the boost pressure Pb.
スロットルモデル６２は、スロットル開度θｔｈｒを所定の演算式に代入することによりスロットル２０の有効開口面積Ａｔｈｒを演算する。スロットルモデル６２は、有効開口面積Ａｔｈｒ、インタークーラー出口圧力Ｐｉｃ、インタークーラー出口温度Ｔｉｃ、気体定数Ｒａｉｒ、空気の比熱比γａｉｒ、および、ブースト圧Ｐｂをベルヌーイの定理に基づく演算式に代入することによりスロットル流量Ｗｔｈｒを演算する。
The
なお、有効開口面積Ａにある出口圧力Ｐ２のノズルに対して気体定数Ｒ、比熱比γの気体が入口圧力Ｐ１、入口温度Ｔ１で流入する場合のベルヌーイの定理に基づく流量Ｗの演算式は、式（２）に代表される。 An equation for calculating the flow rate W based on Bernoulli's theorem when a gas having a gas constant R and a specific heat ratio γ flows into the nozzle having the outlet pressure P2 in the effective opening area A at the inlet pressure P1 and inlet temperature T1 It is represented by the formula (2).
インテークマニホールド体積モデル６３は、以下の条件のもとで吸気密度ρｉｍ、吸気圧力Ｐｉｍ、および、吸気温度Ｔｉｍを演算する。
・インテークマニホールド１４には、インタークーラー出口温度Ｔｉｃにあるスロットル流量Ｗｔｈｒの空気とＥＧＲ温度ＴｅｇｒにあるＥＧＲ量ＷｅｇｒのＥＧＲガスとが流入する。
・インテークマニホールド１４からは、シリンダーモデル６４の演算する吸入作動ガス量Ｗｃｙｌの分の作動ガスが流出する。
The intake
The
-From the
インテークマニホールド体積モデル６３は、スロットル流量ＷｔｈｒおよびＥＧＲ量Ｗｅｇｒを流入量、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを流出量とする積算量をインテークマニホールド１４における作動ガス量Ｍｉｍとして演算する。インテークマニホールド体積モデル６３は、作動ガス量Ｍｉｍをインテークマニホールド１４の容積Ｖｉｍで除算することにより吸気密度ρｉｍを演算する。
The intake
インテークマニホールド体積モデル６３は、インテークマニホールド１４における作動ガスとＥＧＲガスとの重量比であってエンジン１０が吸入する作動ガスにおけるＥＧＲガスの割合を示す吸気ＥＧＲ率ηｉｍを演算する。インテークマニホールド体積モデル６３は、スロットル流量Ｗｔｈｒの空気とＥＧＲ量ＷｅｇｒのＥＧＲガスとが混合しているものとして吸気ＥＧＲ率ηｉｍを演算する。また、インテークマニホールド体積モデル６３は、空気およびＥＧＲガスの各々の気体定数や比熱比（定積比熱と定圧比熱）、ならびに、吸気ＥＧＲ率ηｉｍに基づき、例えば加重平均などの演算方法により、インテークマニホールド１４における作動ガスの気体定数Ｒｉｍや比熱比γｉｍを演算する。
The intake
インテークマニホールド体積モデル６３は、スロットル流量Ｗｔｈｒ、インタークーラー出口温度Ｔｉｃ、ＥＧＲ量Ｗｅｇｒ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌ、および、吸気温度Ｔｉｍなどをエネルギー保存則に基づく演算式に代入することにより吸気圧力Ｐｉｍを演算する。
The intake
なお、容積Ｖの容器に対し、気体定数Ｒ、比熱比γの気体が流量Ｗｉｎ、温度Ｔｉｎで流入し、流量Ｗｏｕｔ、温度Ｔｏｕｔで流出するとき、エネルギー保存則に基づく容器の圧力Ｐの演算式は、式（３）に代表される。 In addition, when a gas having a gas constant R and a specific heat ratio γ flows in at a flow rate Win and temperature Tin and flows out at a flow rate Wout and temperature Tout, a calculation formula for the pressure P of the container based on the law of conservation of energy. Is represented by equation (3).
インテークマニホールド体積モデル６３は、インテークマニホールド１４における作動ガスの気体定数Ｒｉｍ、吸気圧力Ｐｉｍ、および、吸気密度ρｉｍを状態方程式に基づく演算式に代入することにより吸気温度Ｔｉｍを演算する。
The intake
シリンダーモデル６４は、エンジン回転数センサー３５の観測したエンジン回転数Ｎｅとエンジン冷却水温度センサー３６の観測したエンジン冷却水温度Ｔｗｅｎｇとを入力値に有し、エンジン排出量Ｗｅｎｇとエンジン排出温度Ｔｅｎｇとを演算する。
The
シリンダーモデル６４は、エンジン排出量Ｗｅｎｇとエンジン排出温度Ｔｅｎｇとを演算するにあたり、エンジン１０が吸入した作動ガスの質量流量である吸入作動ガス量Ｗｃｙｌとエンジン１０に噴射されている燃料の質量流量である燃料噴射量Ｗｆｕｅｌとを演算する。シリンダーモデル６４は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを演算する作動ガス量演算部として、吸気圧力Ｐｉｍ、吸気温度Ｔｉｍ、気体定数Ｒｉｍ、エンジン回転数Ｎｅ、および、エンジン１０の排気量Ｄを状態方程式に基づく演算式に代入することより吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを演算する。シリンダーモデル６４は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌ、吸気ＥＧＲ率ηｉｍ、および、エンジン回転数Ｎｅに基づいて基本噴射量Ｗｆｂｓｅを演算するとともに、エンジン冷却水温度センサー３６の観測したエンジン冷却水温度Ｔｗｅｎｇに基づいて補正噴射量Ｗｆｃｏｒを演算する。シリンダーモデル６４は、エンジン冷却水温度Ｔｗｅｎｇがエンジン１０の暖機の完了を示す暖機完了温度Ｔｗｅｎｇ１よりも低い場合に基本噴射量Ｗｆｂｓｅを増量する補正噴射量Ｗｆｃｏｒを演算する。シリンダーモデル６４は、基本噴射量Ｗｆｂｓｅと補正噴射量Ｗｆｃｏｒとの加算値を燃料噴射量Ｗｆｕｅｌとして演算する。
The
シリンダーモデル６４は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌと燃料噴射量Ｗｆｕｅｌとの加算値をエンジン排出量Ｗｅｎｇとして演算する。また、シリンダーモデル６４は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌ、吸気ＥＧＲ率ηｉｍ、および、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌに基づく温度上昇値ΔＴｃｙｌに対して吸気温度Ｔｉｍを加算することによりエンジン排出温度Ｔｅｎｇを演算する。なお、エンジン排出温度Ｔｅｎｇは、エンジン冷却水温度Ｔｗｅｎｇに基づいてエンジン冷却水による温度低下が考慮されてもよい。
The
エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、以下の条件のもとで排気密度ρｅｍ、排気圧力Ｐｅｍ、および、排気温度Ｔｅｍを演算する。
・エンジン排出量Ｗｅｎｇの排気ガスがエキゾーストマニホールド１５に流入する。
・排気温度Ｔｅｍにある排気ガスがエキゾーストマニホールド１５からＥＧＲ量Ｗｅｇｒおよびタービン流量Ｗｔｂｎの分だけ流出する。
The exhaust
-Exhaust gas of the engine discharge amount Weng flows into the
The exhaust gas at the exhaust temperature Tem flows out from the
エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、エンジン排出量Ｗｅｎｇを流入量、ＥＧＲ量Ｗｅｇｒおよびタービン流量Ｗｔｂｎを流出量とする積算量をエキゾーストマニホールド１５における排気ガス量Ｍｅｍとして演算する。そして、エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、排気ガス量Ｍｅｍをエキゾーストマニホールドの容積Ｖｅｍで除算することにより排気密度ρｅｍを演算する。
The exhaust
エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、排気ガスの比熱比γｅｘｈ、排気ガスの気体定数Ｒｅｘｈ、容積Ｖｅｍ、エンジン排出量Ｗｅｎｇ、エンジン排出温度Ｔｅｎｇ、ＥＧＲ量Ｗｅｇｒ、タービン流量Ｗｔｂｎ、排気温度Ｔｅｍをエネルギー保存則に基づく演算式に代入することで排気圧力Ｐｅｍを演算する。
The exhaust
そして、エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、排気圧力Ｐｅｍ、気体定数Ｒｅｘｈ、および、排気密度ρｅｍを状態方程式に基づく演算式に代入することにより排気温度Ｔｅｍを演算する。
Then, the exhaust
タービンモデル６６は、ノズル開度センサー３９の観測したノズル開度θｔｂｎを入力値に有し、以下の条件のもとでタービン流量Ｗｔｂｎを演算する。
・タービン２３では、ノズル開度θｔｂｎに応じた有効開口面積Ａｔｂｎにある開口から排気ガスが噴出する。
・排気圧力Ｐｅｍおよび排気温度Ｔｅｍにある排気ガスがタービン２３に流入する。
・排気管モデル６７の演算するタービン出口圧力Ｐｅｐがタービン２３の背圧である。
The
In the
The exhaust gas at the exhaust pressure Pem and the exhaust temperature Tem flows into the
The turbine outlet pressure Pep calculated by the
タービンモデル６６は、ノズル開度センサー３９の観測したノズル開度θｔｂｎを所定の演算式に代入することにより可変ノズル２８の有効開口面積Ａｔｂｎを演算する。タービンモデル６６は、有効開口面積Ａｔｂｎ、排気圧力Ｐｅｍ、排気温度Ｔｅｍ、気体定数Ｒｅｘｈ、比熱比γｅｘｈ、および、タービン出口圧力Ｐｅｐを上記式（１）に代入することによりタービン流量Ｗｔｂｎを演算する。
The
排気管モデル６７は、タービン２３よりも下流側の排気通路２１における排気ガスの圧力損失値を演算する演算式にタービン流量Ｗｔｂｎを代入することによりタービン出口圧力Ｐｅｐを演算する。なお、流量Ｗの圧力損失値ΔＰを演算する演算式は、例えば、実験結果等に基づく係数をαとするとΔＰ＝α×Ｗ×Ｗで示される。
The
ＥＧＲモデル６８は、ＥＧＲ弁開度センサー３７の観測したＥＧＲ弁開度θｅｇｒとＥＧＲ冷却水温度センサー３８の観測したＥＧＲ冷却水温度Ｔｗｅｇｒを入力値に有し、以下の条件のもとでＥＧＲ量ＷｅｇｒおよびＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを演算する。
The
・ＥＧＲ弁２７では、ＥＧＲ弁開度θｅｇｒに応じた有効開口面積Ａｅｇｒにある開口からＥＧＲガスが噴出する。
・ＥＧＲ弁２７には、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲ弁２７までの圧力損失値を排気圧力Ｐｅｍから減算したＥＧＲ入口圧力ＰｅｇｒのＥＧＲガスが流入する。
・ＥＧＲ弁２７には、ＥＧＲクーラー２６によって排気温度ＴｅｍからＥＧＲ温度Ｔｅｇｒまで冷却されたＥＧＲガスが流入する。
・ＥＧＲ弁２７の背圧が吸気圧力Ｐｉｍである。
In the
EGR gas of EGR inlet pressure Pegr obtained by subtracting the pressure loss value up to the
EGR gas cooled by the EGR cooler 26 from the exhaust temperature Tem to the EGR temperature Tegr flows into the
The back pressure of the
ＥＧＲモデル６８は、ＥＧＲ弁開度θｅｇｒを所定の演算式に代入することによりＥＧＲ弁２７の有効開口面積Ａｅｇｒを演算する。ＥＧＲモデル６８は、エキゾーストマニホールド１５からＥＧＲ弁２７までのＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲガスの圧力損失を演算するモデルにＥＧＲ量Ｗｅｇｒを代入することにより圧力損失値ΔＰｅｇｒを演算する。ＥＧＲモデル６８は、排気圧力Ｐｅｍから圧力損失値ΔＰｅｇｒを減算することによりＥＧＲ入口圧力Ｐｅｇｒを演算する。ＥＧＲモデル６８は、ＥＧＲクーラー２６における熱交換を示すモデルに対して、ＥＧＲ量Ｗｅｇｒ、排気温度Ｔｅｍ、ＥＧＲクーラー２６におけるＥＧＲ冷却水流量Ｗｗｅｇｒ、および、ＥＧＲ冷却水温度Ｔｗｅｇｒを代入することによりＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを演算する。ＥＧＲモデル６８は、有効開口面積Ａｅｇｒ、ＥＧＲ入口圧力Ｐｅｇｒ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、気体定数Ｒｅｘｈ、比熱比γｅｘｈ、および、吸気圧力Ｐｉｍを上記式（１）に代入することでＥＧＲ量Ｗｅｇｒを演算する。
The
また、インテークマニホールド体積モデル６３は、インテークマニホールド１４における作動ガス量Ｍｉｍに含まれる既燃ガスの割合である吸気既燃ガス率Ｚｉｍを演算する。インテークマニホールド１４は、次の条件のもとで吸気既燃ガス率Ｚｉｍを演算する。
・吸気既燃ガス率Ｚｉｍの初期値は０である。
・インテークマニホールド１４には、スロットル流量Ｗｔｈｒの空気（既燃ガス率０）と、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒおよび後述する排気既燃ガス率ＺｅｍにあるＥＧＲ量ＷｅｇｒのＥＧＲガスとが流入する。
・インテークマニホールド１４からは、吸気既燃ガス率Ｚｉｍにある吸入作動ガス量Ｗｃｙｌの分の作動ガスが流出する。
Further, the intake
-The initial value of the intake burnt gas ratio Zim is zero.
The
-From the
インテークマニホールド体積モデル６３は、上述したスロットル流量Ｗｔｈｒ、ＥＧＲ量Ｗｅｇｒ、排気既燃ガス率Ｚｅｍ、および、吸気既燃ガス率Ｚｉｍの他、吸気密度ρｉｍやインテークマニホールド１４の容積Ｖｉｍを式（４）に代入することで吸気既燃ガス率Ｚｉｍの微分値ΔＺｉｍを演算する。そしてインテークマニホールド体積モデル６３は、その微分値ΔＺｉｍを積算することにより吸気既燃ガス率Ｚｉｍを演算する。
The intake
図４に示すように、シリンダーモデル６４は、シリンダー１２における既燃ガス率であるシリンダー既燃ガス率Ｚｃｙｌを演算する。シリンダーモデル６４は、次の条件のもとでシリンダー既燃ガス率Ｚｃｙｌを演算する。
・シリンダー１２は、吸気既燃ガス率Ｚｉｍにある吸入作動ガス量Ｗｃｙｌの作動ガスを吸入している。
・燃料噴射量Ｗｆｕｅｌの分の燃料が燃焼した場合に燃焼する燃料空気量は、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌの分の燃料が量論混合比ＡＦＲｓｔのもとで燃焼した場合に必要な空気量である。
・燃料噴射量Ｗｆｕｅｌの分の燃料が燃焼した場合に生成される既燃ガス量は、燃焼空気量に燃料噴射量Ｗｆｕｅｌを加算した量である。
As shown in FIG. 4, the
The
The amount of fuel air that is burned when the fuel corresponding to the fuel injection amount Wfuel burns is the amount of air that is required when the fuel corresponding to the fuel injection amount Wfuel is burned under the stoichiometric mixture ratio AFRst.
The amount of burned gas generated when fuel corresponding to the fuel injection amount Wfuel burns is an amount obtained by adding the fuel injection amount Wfuel to the amount of combustion air.
シリンダーモデル６４は、上述した燃料噴射量Ｗｆｕｅｌ、量論混合比ＡＦＲｓｔ、吸気既燃ガス率Ｚｉｍ、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌ、および、エンジン排出量Ｗｅｎｇを式（５）に代入することによりシリンダー既燃ガス率Ｚｃｙｌを演算する。
The
エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、ＥＧＲガスにおける既燃ガス率を演算する既燃ガス率演算部として、エキゾーストマニホールド１５における既燃ガスの割合である排気既燃ガス率Ｚｅｍを演算する。エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、次の条件のもとで排気既燃ガス率Ｚｅｍを演算する。
・排気既燃ガス率Ｚｅｍの初期値が０である。
・エキゾーストマニホールド１５には、シリンダー既燃ガス率Ｚｃｙｌにあるエンジン排出量Ｗｅｎｇの排気ガスが流入する。
・排気既燃ガス率Ｚｅｍにある排気ガスがエキゾーストマニホールド１５からＥＧＲ量Ｗｅｇｒおよびタービン流量Ｗｔｂｎの分だけ流出する。
The exhaust
-The initial value of the exhaust burned gas rate Zem is zero.
-Exhaust gas of the engine discharge amount Weng at the cylinder burned gas rate Zcyl flows into the
Exhaust gas at the exhaust burned gas rate Zem flows out from the
エキゾーストマニホールド体積モデル６５は、上述したシリンダー既燃ガス率Ｚｃｙｌ、排気既燃ガス率Ｚｅｍ、および、エンジン排出量Ｗｅｎｇに加えて排気密度ρｅｍやエキゾーストマニホールド１５の容積Ｖｅｍを用いて排気既燃ガス率Ｚｅｍの微分値ΔＺｅｍを演算する。そしてエキゾーストマニホールド体積モデル６５は、その微分値ΔＺｅｍを積算することにより排気既燃ガス率Ｚｅｍを演算する。
The exhaust
状態量推定部５２は、各モデル６１〜６８で演算されたエンジン１０の状態量に関する各種パラメーターの現在値のうちで予め定められたパラメーターの現在値を選択的に制御演算部５１に出力する。また、状態量推定部５２は、センサーの取得した各種パラメーターの観測値の一部（本実施形態ではブースト圧Ｐｂとインタークーラー出口温度Ｔｉｃ）を当該パラメーターの現在値として選択的に制御演算部５１に出力する。
The state
図５を参照して、制御演算部５１による目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔの設定方法について詳しく説明する。制御演算部５１は、エンジン１０の状態量に関わる各種パラメーターの目標値を演算する。制御演算部５１は、演算した各種パラメーターの目標値が実現されるように各制御対象６０の制御指示値を演算する。
With reference to FIG. 5, a method of setting the target EGR rate ηegr_t by the
図５に示すように、制御演算部５１は、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔの演算に関するプログラムの実行により機能する各種機能部として、目標噴射量演算部７１、第１ＥＧＲ率演算部７３、煙限界過剰率演算部７５、第２ＥＧＲ率演算部７７、および、目標ＥＧＲ率設定部７８を有している。
As shown in FIG. 5, the
目標噴射量演算部７１は、たとえばアクセル開度ＡＣＣおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいて、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌの目標値である目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔを演算する。目標噴射量演算部７１は、たとえば、アクセル開度ＡＣＣおよびエンジン回転数Ｎｅごとに目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔが規定された噴射量マップ７２をメモリーの所定領域に保持している。目標噴射量演算部７１は、アクセル開度ＡＣＣおよびエンジン回転数Ｎｅに応じた値を噴射量マップ７２から選択することにより目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔを演算する。
The target injection
第１ＥＧＲ率演算部７３は、エンジン１０の運転状態が定常状態にあるときのＥＧＲ率の目標値である第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１を演算する。第１ＥＧＲ率演算部７３は、たとえば、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔおよびエンジン回転数Ｎｅごとに第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１が規定されたＥＧＲ率マップ７４を保持しており、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔおよびエンジン回転数Ｎｅに応じた値をＥＧＲ率マップ７４から選択することにより第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１を演算する。なお、上記第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１は、換言すれば、黒煙およびＮＯｘの発生が抑えられるようにＥＧＲガス量をコントロールしやすい状況（定常状態）におけるＥＧＲ率であり、加速時などの過渡状態においては黒煙が発生してしまうＥＧＲ率である。なお、エンジン１０が定常状態にあるとき、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌと目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔとの差異は微差である。そのため、第１ＥＧＲ率演算部７３は、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔに替えて燃料噴射量Ｗｆｕｅｌを用いて第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１を演算してもよい。
The first EGR
煙限界過剰率演算部７５は、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔのもとで黒煙が発生しない空気過剰率の限界値である煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍを演算する。煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、エンジン１０の運転状態がエンジン１０の出力を優先させる運転状態にあるほど小さくなる値である。そのため、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔが増加する過渡状態での煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、前回値と等しい値、あるいは、前回値よりも小さい値となる。すなわち、過渡状態の煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔに対応する値よりも今現在の燃料噴射量Ｗｆｕｅｌに対応する値のほうが煙の発生を抑えることができる。
The smoke limit excess
煙限界過剰率演算部７５は、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌおよびエンジン回転数Ｎｅごとに煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが規定された過剰率情報である煙限界マップ７６をメモリーの所定領域に保持している。煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、１以上の値であって、エンジン１０の任意の運転状態において黒煙が発生するかしないかについて予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて規定される値である。煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、エンジン１０の出力を優先させる値に設定され、また、低負荷状態などについては排気ガスの性状を優先させる値に設定される。すなわち、煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌが同じであればエンジン回転数Ｎｅに対して単調減少する値（微分値≧０）であり、また、エンジン回転数Ｎｅが同じであれば燃料噴射量Ｗｆｕｅｌに対して単調減少する値（微分値≧０）である。
The smoke limit excess
第２ＥＧＲ率演算部７７は、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔの上限値である第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を演算する。第２ＥＧＲ率演算部７７は、煙限界過剰率演算部７５が演算した煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍ、ならびに、状態量推定部５２が推定した吸入作動ガス量Ｗｃｙｌおよび排気既燃ガス率Ｚｅｍを下記の式に代入することにより第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を演算する。なお、第２ＥＧＲ率演算部７７は、目標噴射量のもとで黒煙が発生しない空気の量である煙限界空気量を演算する煙限界空気量演算部としての機能を有している（下記の式における分子の第２項目）。
The second EGR
すなわち、第２ＥＧＲ率演算部７７は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌから目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔに対して煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍを具現化する煙限界空気量（＝λｃｙｌ＿ｌｉｍ×Ｗｆｕｅｌ＿ｔ×ＡＦＲｓｔ）を減算したガス量と、ＥＧＲガスにおける既燃ガス量（＝ηｅｇｒ２×Ｗｃｙｌ×Ｚｅｍ）とが等しくなるように第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を演算する。換言すれば、第２ＥＧＲ率演算部７７は、ＥＧＲガスにおける既燃ガス量（＝ηｅｇｒ２×Ｗｃｙｌ×Ｚｅｍ）と煙限界空気量（＝λｃｙｌ＿ｌｉｍ×Ｗｆｕｅｌ＿ｔ×ＡＦＲｓｔ）との加算値が吸入作動ガス量ＷｃｙｌとなるＥＧＲ率を第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２として演算する。
That is, the second EGR
目標ＥＧＲ率設定部７８は、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔを演算する。目標ＥＧＲ率設定部７８は、第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１および第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２の最小値（＝Ｍｉｎ（ηｅｇｒ１，ηｅｇｒ２））を目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔとして演算する。制御演算部５１は、演算した目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔが具現化されるようにスロットル２０、ＥＧＲ弁２７、および、可変ノズル２８の制御指示値を演算する。
The target EGR
上記実施形態のＥＣＵ５０によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）ＥＣＵ５０は、作動ガスが含むＥＧＲガスの既燃ガス量と目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔに対して煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍを適用した空気量との加算値が吸入作動ガス量ＷｃｙｌとなるＥＧＲ率を第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２として演算する。そしてＥＣＵ５０は、第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を上限値として目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔを設定する。こうした構成によれば、シリンダー１２における空気過剰率λｃｙｌが煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍを下回ることがなく、作動ガスに含まれる空気量が煙限界空気量を下回ることがない。その結果、黒煙の発生を抑えつつ、より多くのＥＧＲガスをエンジン１０の吸気側に還流することができる。
According to the
(1) The
（２）ＥＣＵ５０は、上記第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２に加えてエンジン１０の運転状態に基づく第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１を演算し、第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１と第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２との最小値を目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔに設定する。こうした構成によれば、第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１が第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を超えない限り、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔとして第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１が演算される。その結果、黒煙の発生を抑えつつ、エンジン１０の運転状態に適したＥＧＲ率を設定することができる。
(2) The
（３）第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１がエンジン１０の運転状態が定常状態にあるときのＥＧＲ率の目標値であることにより、加速時などの過渡状態における排気ガスの性状を定常状態に近づけることができる。
(3) Since the first EGR rate ηegr1 is the target value of the EGR rate when the operating state of the
（４）ＥＣＵ５０は、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌおよびエンジン回転数Ｎｅに応じた煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍを煙限界マップ７６から選択し、その選択し煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍに基づいて第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を演算する。こうした構成によれば、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌが同じであってもエンジン回転数Ｎｅに応じて煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが演算されることで黒煙の発生をより確実に抑えることができる。
(4) The
（５）ＥＣＵ５０は、エンジン１０の状態量に関わるパラ−メータの現在値を演算する状態量推定部５２を備えている。そして、状態量推定部５２は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを演算する作動ガス量演算部として、また、排気既燃ガス率Ｚｅｍを演算する既燃ガス率演算部としてエキゾーストマニホールド体積モデル６５を有している。その結果、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔを演算するうえで吸入作動ガス量Ｗｃｙｌや排気既燃ガス率Ｚｅｍだけでなく他のパラメーターの精度も高められる。その結果、黒煙の発生をさらに確実に抑えることができる。
(5) The
（６）状態量推定部５２は、ＥＧＲ弁２７、可変ノズル２８、および、スロットル２０の全てを制御対象６０としている。こうした３つのバルブがＥＣＵ５０によって制御されることによって、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌや吸気ＥＧＲ率ηｉｍなど、エンジン１０が吸入する作動ガスについての精度を高めることができる。その結果、エンジン１０の吸排気について高い精度のもとで制御することができる。
(6) The state
（７）煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔではなく今現在の燃料噴射量Ｗｆｕｅｌに基づいて設定される。そのため、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔが増加する過渡状態での煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍは、目標噴射量Ｗｆｕｅｌ＿ｔそのものに対応する値、若しくは、それ以上の値に設定される。その結果、黒煙の発生をより確実に抑えつつ、より多くのＥＧＲガスをエンジン１０の吸気側に還流することができる。
(7) The smoke limit excess air ratio λcyl_lim is set based on the current fuel injection amount Wfuel instead of the target injection amount Wfuel_t. Therefore, the smoke limit excess air ratio λcyl_lim in the transient state in which the target injection amount Wfuel_t increases is set to a value corresponding to the target injection amount Wfuel_t itself or a value larger than that. As a result, more EGR gas can be recirculated to the intake side of the
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・燃料噴射量Ｗｆｕｅｌは、状態量推定部５２が演算する構成に限らず、例えばセンサーなどを用いて計測した値を用いてもよい。
・ＥＣＵ５０は、その制御対象が目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔであればよく、バルブの制御などは他の制御装置が行ってもよい。
In addition, the said embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
The fuel injection amount Wfuel is not limited to the configuration calculated by the state
-ECU50 should just be the target EGR rate (eta) egr_t, and other control apparatuses may perform control of a valve, etc.
・ＥＣＵ５０は、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌおよび排気既燃ガス率Ｚｅｍを状態量推定部５２を用いて演算しなくともよい。たとえば、ＥＣＵ５０は、吸入空気量Ｗａｉｒに対して、吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを検出するセンサーの検出値を加算することにより吸入作動ガス量Ｗｃｙｌを演算してもよい。
The
・過剰率情報は、燃料噴射量Ｗｆｕｅｌおよびエンジン回転数Ｎｅごとに煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが規定されている構成に限らず、たとえばアクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅごとに煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが規定されている構成であってもよい。すなわち、過剰率情報は、その時々のドライバーの要求トルクごとに煙限界空気過剰率λｃｙｌ＿ｌｉｍが規定されている構成であればよい。 The excess ratio information is not limited to the configuration in which the smoke limit excess air ratio λcyl_lim is defined for each fuel injection amount Wfuel and engine speed Ne, for example, the smoke limit air excess ratio for each accelerator opening ACC and engine speed Ne. The configuration may be such that λcyl_lim is defined. That is, the excess rate information may be a configuration in which the smoke limit excess air rate λcyl_lim is defined for each torque required by the driver at that time.
・第１ＥＧＲ率ηｅｇｒ１は、エンジン１０が定常状態にあるときのＥＧＲ率の目標値に限らず、たとえば複数の運転モードを有している場合などにはその選択している運転モードに適用されるＥＧＲ率であってもよい。
The first EGR rate ηegr1 is not limited to the target value of the EGR rate when the
・ＥＧＲ制御装置は、第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を上限値として目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔを演算する構成であればよい。そのため、ＥＧＲ制御装置は、第２ＥＧＲ率ηｅｇｒ２を目標ＥＧＲ率ηｅｇｒ＿ｔとして演算する構成であってもよい。 -The EGR control apparatus should just be the structure which calculates target EGR rate (eta) egr_t by making 2nd EGR rate (eta) egr2 into an upper limit. Therefore, the EGR control device may be configured to calculate the second EGR rate ηegr2 as the target EGR rate ηegr_t.
・状態量推定部５２は、ＥＣＵ５０の制御するエンジン１０の構成、たとえばＥＧＲ装置２４の有無やターボチャージャー１７の有無などに応じて適宜変更可能である。
・エンジン１０は、可変容量型のターボチャージャー１７ではなく固定容量型のターボチャージャーを搭載していてもよい。こうした構成の場合、状態量推定部５２は、タービン２３の有効開口面積Ａｔｂｎを固定値としてタービン流量Ｗｔｂｎを演算する。
The state
The
・状態量推定部５２においては、例えばブースト圧Ｐｂなどを観測ベクトルのパラメーターとしてカルマンフィルター理論を適用し、各種パラメーターの値を補正してもよい。こうした構成によれば、各種状態量の精度を高めることができる。
In the state
・ＥＣＵ５０は、状態量推定部５２を備えていなくともよく、センサー群４５を構成するセンサーの検出値を現在値として、また、それらの検出値から演算される値を現在値として取り扱ってもよい。
The
・エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよいし、ガスエンジンであってもよい。
The
１０…エンジン、１０ａ…クランクシャフト、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…スロットル、２１…排気通路、２２…タービンシャフト、２３…タービン、２４…ＥＧＲ装置、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、２８…可変ノズル、２９…ＶＮＴアクチュエーター、３１…吸入空気量センサー、３２…インタークーラー出口温度センサー、３３…スロットル開度センサー、３４…ブースト圧センサー、３５…エンジン回転数センサー、３６…エンジン冷却水温度センサー、３７…ＥＧＲ弁開度センサー、３８…ＥＧＲ冷却水温度センサー、３９…ノズル開度センサー、４０…アクセル開度センサー、４１…アクセルペダル、４５…センサー群、５０…ＥＣＵ、５１…制御演算部、５２…状態量推定部、６０…制御対象、６１…インタークーラー体積モデル、６２…スロットルモデル、６３…インテークマニホールド体積モデル、６４…シリンダーモデル、６５…エキゾーストマニホールド体積モデル、６６…タービンモデル、６７…排気管モデル、６８…ＥＧＲモデル、７１…目標噴射量演算部、７２…噴射量マップ、７３…第１ＥＧＲ率演算部、７４…ＥＧＲ率マップ、７５…煙限界過剰率演算部、７６…煙限界マップ、７７…第２ＥＧＲ率演算部、７８…目標ＥＧＲ率設定部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記目標噴射量の燃料を燃焼させたときに黒煙が発生しない空気の量である煙限界空気量を演算する煙限界空気量演算部と、
エンジンが吸入する吸入作動ガス量を演算する吸入作動ガス量演算部と、
ＥＧＲガスにおける既燃ガス率を演算する既燃ガス率演算部と、
前記吸入作動ガス量から前記煙限界空気量を減算したガス量と前記既燃ガス率に基づく前記ＥＧＲガスにおける既燃ガス量とが等しくなるＥＧＲ率を上限値として目標ＥＧＲ率を演算する目標ＥＧＲ率演算部とを備える
ＥＧＲ制御装置。 A target injection amount calculation unit for calculating a target injection amount of fuel;
A smoke limit air amount calculation unit that calculates a smoke limit air amount that is an amount of air that does not generate black smoke when the target injection amount of fuel is burned;
An intake working gas amount calculating section for calculating an intake working gas amount sucked by the engine;
A burned gas rate calculating unit for calculating a burned gas rate in EGR gas;
A target EGR rate that calculates a target EGR rate with an EGR rate at which the amount of burned gas in the EGR gas based on the burned gas rate equal to the amount of gas obtained by subtracting the smoke limit air amount from the intake working gas amount is the upper limit value An EGR control device comprising a rate calculation unit.
前記エンジンの運転状態に基づくＥＧＲ率の目標値である第１ＥＧＲ率を演算する第１ＥＧＲ率演算部と、
前記上限値を第２ＥＧＲ率として演算する第２ＥＧＲ率演算部とを有し、
前記第１ＥＧＲ率および前記第２ＥＧＲ率の最小値を前記目標ＥＧＲ率に設定する目標ＥＧＲ率設定部と
を備える請求項１に記載のＥＧＲ制御装置。 The target EGR rate calculator is
A first EGR rate calculation unit that calculates a first EGR rate that is a target value of the EGR rate based on the operating state of the engine;
A second EGR rate calculation unit that calculates the upper limit value as a second EGR rate;
The EGR control apparatus according to claim 1, further comprising: a target EGR rate setting unit that sets a minimum value of the first EGR rate and the second EGR rate as the target EGR rate.
請求項２のＥＧＲ制御装置。 The EGR control device according to claim 2, wherein the first EGR rate is a target value of an EGR rate when the engine is in a steady state.
エンジン回転数を取得する回転数取得部とを有し、
前記煙限界空気量演算部は、
前記燃料噴射量および前記エンジン回転数ごとに煙限界空気過剰率が規定された過剰率情報を保持し、前記燃料噴射量および前記エンジン回転数に応じた前記煙限界空気過剰率を前記過剰率情報のなかから選択し、前記選択した前記煙限界空気過剰率に対して前記目標噴射量と量論混合比とを乗算した値を前記煙限界空気量として演算する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲ制御装置。 An injection amount calculation unit for calculating a fuel injection amount injected into the engine;
A rotation speed acquisition unit for acquiring the engine rotation speed;
The smoke limit air amount calculation unit,
Excess ratio information in which a smoke limit excess air ratio is defined for each of the fuel injection amount and the engine speed is retained, and the smoke limit air excess ratio corresponding to the fuel injection amount and the engine speed is the excess ratio information. 4. The value obtained by multiplying the selected smoke limit excess air ratio by the target injection amount and the stoichiometric mixture ratio is calculated as the smoke limit air amount. The EGR control device according to Item.
前記状態量推定部は、前記吸入作動ガス量演算部および前記既燃ガス率演算部として機能する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲ制御装置。 A state quantity estimating unit for estimating a current value of a parameter related to the state quantity of the engine using a model;
The EGR control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the state quantity estimation unit functions as the intake working gas amount calculation unit and the burned gas rate calculation unit.
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