JP3988035B2 - 内燃機関のegr率推定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、エンジンという)の排ガスを吸気側に還流させるEGR装置におけるEGR率を推定するEGR率推定装置に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】
筒内での燃焼温度を低下させてNOx排出量を低減するために、エンジンの排ガスをEGRガスとして吸気側に還流させるEGR装置が広く実施されている。この種のEGR装置では、EGR還流により燃焼が緩慢化する対策として、EGR率(EGRガス/新気)に応じて点火時期を進角させる処理を実施している。一方でEGRの還流は、同一トルクでも吸気管内圧力が増大することからスロットルロスを低減させる作用も奏し、MBT(Minimum advance for the Best Torque)相当の適切な点火時期では、非EGR時に比較して寧ろ燃費を向上できるという別の利点が確認されている。
【0003】
しかしながら、上記したMBTによる燃費向上を達成するには、筒内に導入されるEGR率に応じて点火時期を適切に制御する必要があり、特にEGRの実行・中止や車両の加減速等に応じてEGR率が変化する過渡状態では、EGR率の変化に追従した適切な点火時期制御が非常に困難であった。その結果、上記MBTによる燃費向上の利点が得られないばかりか、過遅角による失火や過進角によるノック等を生じて、却って燃費やドライバビリティを悪化させてしまう場合があった。
【0004】
上記問題を解消するには、筒内に導入されるEGR率を過渡状態でも正確に推定することが肝要であり、そのための対策として、本出願人は特開2001−254659号公報に記載の技術を提案している。当該公報では、EGRガスをサージタンクに還流する形式の4気筒エンジンに適用し、サージタンクから各気筒へのブランチの内容積が気筒容積の2倍に設定されるものとしている。
【0005】
EGR率の推定処理は大略的に2つのプロセスからなり、まず、EGR弁の開度やエンジンの運転状態からサージタンクに新たに導入される混合ガス(新気+EGRガス)のEGR率を求め、そのEGR率を1次フィルタによりなまし処理する。なまし処理は、新たな混合ガスがサージタンク内の混合ガスと混合する過程を模擬するためのものであり、得られたEGR率を現在のサージタンク内のEGR率と見なし、順次記憶しておく。
【0006】
一方、サージタンク内の混合ガスが筒内に導入されるのは、各気筒の行程が2巡した後、つまり8行程後であるため、各気筒の吸気毎に、記憶されている8行程前のEGR率を順次読み出して、筒内に導入されるEGR率と見なし、上記点火時期制御等に適用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術では、以下に述べる2点の問題があった。
まず、サージタンク内での混合ガスの混合速度は、エンジンの運転状態に大きく影響され、それに応じてサージタンク内への新気やEGRガスの導入量は大幅に変化する。上記公報の技術では、エンジン回転速度や負荷に応じて1次フィルタのフィルタ定数を変更して対処しているが、事前のマッチングに基づいてフィルタ定数を変更するだけでは、実状に則した混合過程の模擬、ひいては正確なEGR率の推定は困難であった。
【0008】
一方、サージタンク内のEGR率が8行程後に筒内のEGR率に反映されるには、混合ガスがブランチ内を体積変化せずに流通することが前提である。しかしながら、実際の混合ガスは、例えば車両の加速時にはサージタンク内の圧力上昇に伴ってブランチ内で圧縮され、車両の減速時にはサージタンク内の圧力低下に伴ってブランチ内で膨張する。そして、混合ガスの圧縮・膨張に応じて筒内に導入されるEGR率が変化することから、この要因もEGR率の推定誤差に繋がってしまう。
【0009】
その結果、過渡状態でのEGR率を正確に推定できず、ひいては、推定したEGR率を利用した処理、例えば点火時期や体積効率係数等の設定処理が不適切となり、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御を適切に実施できないという問題が生じた。
そこで、請求項1,2の発明の目的は、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのEGR率を常に正確に推定することができる内燃機関のEGR率推定装置を提供することにある。
【0010】
又、請求項3の発明の目的は、請求項1,2の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のEGR率を正確に推定することができる内燃機関のEGR率推定装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、機関の吸気系から新気が導入される一方、機関の排気系からEGR弁の開度に応じてEGRガスが還流され、新気とEGRガスとを内部で混合するサージタンクと、サージタンクと機関の各気筒とをそれぞれ接続するインテークマニホールドのブランチと、機関の吸気に伴ってサージタンクからの混合ガスがブランチ内を移送される毎に、サージタンク内のEGR率を算出する第1のEGR率演算手段と、吸気に伴う混合ガスの移送ストロークで予め分割されたブランチの各領域毎に、内部の混合ガスのEGR率を前回値として記憶するEGR率記憶手段と、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第1のEGR率演算手段により算出されたサージタンク内のEGR率、EGR率記憶手段に記憶された各領域のEGR率の前回値、及びサージタンク内の圧力変化によるブランチ内の混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、移送後における各領域の混合ガスのEGR率、及び筒内に導入される混合ガスのEGR率をそれぞれ算出する第2のEGR率演算手段と、第2のEGR率演算手段の算出毎に、該算出された各領域の混合ガスのEGR率により記憶手段のEGR率を更新するEGR率更新手段とを備えたものである。
【0012】
従って、吸気系から導入された新気と排気系から還流されたEGRガスとがサージタンク内で混合され、混合後の混合ガスが各ブランチを経て機関の各気筒の筒内に導入される。そして、機関の吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第1のEGR率演算手段によりサージタンク内の混合ガスのEGR率が算出される。
一方、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、サージタンク内のEGR率、EGR率記憶手段に記憶されたブランチの各領域でのEGR率の前回値、及びサージタンク内の圧力変化によるブランチ内での混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、第2のEGR率演算手段により移送後の各領域のEGR率、及び筒内に導入される混合ガスのEGR率が算出されると共に、算出した各領域のEGR率によりEGR率記憶手段のEGR率が更新されて、次回の算出処理に利用される。
【0013】
第2のEGR率演算手段によるEGR率の算出は、例えば以下のように実施される。機関の吸気毎にブランチ内の混合ガスは各領域相当分だけ移送されるため、混合ガスが体積変化しないときには、サージタンクから各領域を経て筒内までのEGR率は、移送毎に順次下流側に移行するだけである。
これに対してブランチ内で混合ガスが体積変化した場合、即ち、車両の加速に伴ってサージタンク内の圧力が上昇して混合ガスが圧縮されたり、減速に伴ってサージタンク内の圧力が低下して混合ガスが膨張したりした場合には、移送前において各領域で混合ガスの位置がずれる。この位置ずれは混合ガスの体積変化に応じたものとなるため、体積変化と相関する体積変化相関値を加味することにより、混合ガスの体積変化をEGR率の算出処理に反映させることができる。よって、ブランチ内での混合ガスの移送過程がより実状に則して模擬され、機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのEGR率が正確に推定可能となる。
【0014】
請求項2の発明は、第2のEGR率演算手段が、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて体積変化相関値を設定するものである。
ブランチ内での混合ガスの体積変化は、サージタンク内の圧力の変化に起因して生じるため、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて、例えば比や偏差として体積変化相関値を設定すれば、一層実状に則した推定処理が実現可能となる。
【0015】
請求項3の発明は、第1のEGR率演算手段が、開口面積相当にリニアライズされたEGR弁の開度とEGR流速とに基づいてサージタンク内に導入されるEGR量を算出し、EGR量から求めたサージタンク内のEGR分圧、及びサージタンク内に導入される新気量に相当する新気分圧に基づき、サージタンク内のEGR率を算出するものである。
【0016】
従って、開口面積相当のEGR弁の開度とEGR流速とからEGR量が求められ、そのEGR量から求めたEGR分圧と新気分圧とからサージタンク内のEGR率が算出される。このように具体的な値に基づいて各算出処理が行われるため、サージタンク内で生起される混合過程がより実状に則して模擬されて、正確なサージタンク内のEGR分圧、ひいては正確なEGR率を算出可能となる。
【0017】
好ましくは、第1のEGR率演算手段は、ブランチへの混合ガスの移送後にサージタンク内に残存したEGR量、サージタンク内に導入されるEGR量、及び気筒容積とサージタンク容積との比に基づき、サージタンク内のEGR分圧を算出するように構成することができる。
気筒容積とサージタンク容積との比は、1気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク全体に及ぼす影響度を表すため、この比に基づいてサージタンク内のEGRガスの残存分と新たな導入分とを補正すれば、一層正確なサージタンク内のEGR分圧を算出可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したエンジンのEGR率推定装置の一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のエンジンのEGR率推定装置を示す全体構成図であり、当該エンジン1は吸気管噴射型の直列4気筒ガソリンエンジンとして構成されている。エンジン1の各気筒の筒内1aは、インテークマニホールド2のブランチ2aを介して共通のサージタンク3に連結され、サージタンク3は吸気通路4を経てエアクリーナ5に接続されている。エアクリーナ5を経て吸気通路4内に導入された吸気は、スロットル弁6の開度に応じて流量調整された後にサージタンク3内に導入され、インテークマニホールド2の各ブランチ2a内を流通して、各ブランチ2aに設けられた燃料噴射弁7から燃料を噴射された後、図示しない吸気弁の開弁に伴って各気筒の筒内1aに導入される。
【0019】
一方、各気筒の筒内1aは、エキゾーストマニホールド8を介して排気通路9が接続されている。排気通路9と上記サージタンク3とはEGR通路10により接続され、このEGR通路10にはEGR弁11が設けられている。吸気と共に筒内1aに導入された噴射燃料は、各気筒の点火プラグ12により所定タイミングで点火され、燃焼後の排ガスは図示しない排気弁の開弁に伴って筒内から排出され、エキゾーストマニホールド8、排気通路9、図示しない触媒を経て外部に排出される一方、排ガスの一部はEGRガスとして、EGR弁11の開度に応じてEGR通路10からサージタンク3内に還流される。
【0020】
ここで、周知のようにEGRガスは、サージタンク3に還流させる場合の他に各ブランチ2aに還流させる場合もあるが、双方の手法には利害得失がある。サージタンク3への還流は、各ブランチ2aへの還流のようにブランチ2a同士を連通させて慣性過給を減衰させることがないため、エンジン出力の点で有利な反面、筒内1aに導入される混合ガス(新気+EGRガス)のEGR率を推定するときに、サージタンク3内でのガス混合や各ブランチ2a内でのガス移送を考慮する必要が生じ、EGR率の推定が複雑になる傾向がある。
【0021】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたECU(電子制御ユニット)21が設置されている。ECU21の入力側には、エンジン回転速度Neを検出する回転速度センサ22、サージタンク3内の吸気負圧Pbを検出する吸気圧センサ23等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁7、EGR弁11、点火プラグ12等の各種デバイス類が接続されている。
【0022】
そして、ECU21は各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量、EGR率、点火時期等の目標値を設定し、目標値に基づいて燃料噴射弁7、EGR弁11、点火プラグ12を制御する。上記点火時期や燃料噴射量の設定は、予め設定されたEGR時と非EGR時とのマップを現在のEGR率により補間して行われるため、各気筒の筒内1aに導入される混合ガスのEGR率(以下、筒内EGR率RC(n)という)を推定する必要がある。そこで、次に、筒内EGR率RC(n)の推定処理を詳述する。
【0023】
図2はエンジン1の吸気系を模式的に示した説明図であり、サージタンク3内には吸気通路4からの新気とEGR通路10からのEGRガスとが導入され、これらの新気とEGRガスの混合によりサージタンク3内の混合ガスはEGR率(以下、タンク内EGR率RS(n)という)を変化させた後、点火順序(#1−#3−#4−#2)に従って各ブランチ2aを移送されて対応する気筒の筒内1aに導入される。
【0024】
EGR率の推定処理は、以下の仮定に基づいて実施される。
1)各ブランチ2a内の容積は、気筒容積(排気量)の2倍に設定されているものとする。
2)サージタンク3内の混合ガスに対して、新たに導入された新気とEGRガスはエンジン1の1行程間に均一に混合するものとする。
3)各ブランチ2a内の混合ガスは、サージタンク3側からの圧力変化(後述する加減速に起因する)に応じて圧縮・膨張しながら、対応する気筒の吸気行程毎に下流側に移送されるものとする。
【0025】
従って、サージタンク3内の混合ガスは、気筒容積分、即ち、ブランチ長の半分のストロークで移送されるため、サージタンク3側からの圧力変化がない定常時には、図2に示すように、ブランチ上流と下流とで混合ガスのEGR率(以下、ブランチ上流EGR率RU(n)、ブランチ下流EGR率RL(n)という)が異なり、そのEGR率の混合ガスが順次筒内1aに導入されることになる。
【0026】
一方、筒内EGR率RC(n)は、大略的に2つのプロセスを経て推定される。即ち、まず、サージタンク3内に導入された混合ガスの混合過程を模擬して、タンク内EGR率RS(n)を推定し、その後、ブランチ2a内での混合ガスの移送過程を模擬して、筒内EGR率RC(n)を推定している。以上の推定処理は、ECU21により図3に示す制御フローに従ってエンジン1の1行程毎に実行され、以下に順次説明する。
【0027】
《タンク内EGR率RS(n)の推定》
まず、EGR開口面積演算部31にはEGR弁11の開度Sがステップ数(例えば、弁リフト量と相関する)として入力され、EGR開度Sを開口面積相当にリニアライズしたマップに基づき、EGR開度Sから開口面積と相関するEGR開度S’が求められる。一方、EGR流速演算部32にはエンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbが入力され、これらの情報に基づきマップからEGR流速Qが算出される。
【0028】
得られたEGR開口面積S及びEGR流速QはEGR量演算部33に入力され、次式(1)に従って1行程間にサージタンク3内に導入されるEGR量ΔPr(n)が算出される。尚、EGR量ΔPr(n)の単位は、サージタンク3の分圧相当で表現される。
ΔPr(n)=S×Q ………(1)
EGR量ΔPr(n)はEGR分圧演算部34に入力され、次式(2)に従ってサージタンク3内のEGR分圧Pr(n)が算出される。
Pr(n)=Pr(n-1)×(1−Vcyl/Vst)+ΔPr(n)×Vcyl/Vst ………(2)
ここに、Vcylは気筒容積、Vstはサージタンク容積であり、その比Vcyl/Vstは、1気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク3全体に及ぼす影響度を表す。よって、式(2)の前半は、前回処理時(1行程前)のEGRガス分圧Pr(n-1) が気筒容積分だけ流出した後の残存分に相当し、式(2)の後半は、新たな流入分に相当し、これらの分圧の加算により現在のサージタンク3内のEGR分圧Pr(n)が求められる。
【0029】
EGR分圧Pr(n)はタンク内EGR率演算部35に入力され、次式(3)に従ってタンク内EGR率RS(n)が算出される(第1のEGR率演算手段)。
尚、吸気負圧Pbとしては1行程間の平均値が適用される。
【0030】
《筒内EGR率RC(n)の推定》
一方、算出されたタンク内EGR率RS(n)は、4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)、4行程前のブランチ下流EGR率RL(n-4)、今回の吸気負圧Pb(n)、4行程前の吸気負圧Pb(n-4)と共に、ブランチ上流EGR率演算部36、ブランチ下流EGR率演算部37、筒内EGR率演算部38の処理に利用され、各EGR率演算部36〜38によりブランチ上流EGR率RU(n)、ブランチ下流EGR率RL(n)、筒内EGR率RC(n)が算出される(第2のEGR率演算手段)。
【0031】
ここで、本実施形態では、ブランチ2a内での混合ガスの圧縮・膨張を加味した上で上記各EGR率RU(n),RL(n),RC(n)を算出している。混合ガスの圧縮・膨張は、スロットル弁6の開閉に伴うサージタンク3内の圧力変化により発生するため、吸気負圧Pbの変化量(例えば、Pb(n)−Pb(n-4)の偏差)に基づいて定常、加速、減速を判定し、対応する算出処理を各EGR率演算部36〜38で実施しており、以下に順次説明する。
【0032】
〈定常時〉
定常時の混合ガスは、ブランチ2a内で圧縮・膨張することなく移送される。従って、このときの推定処理としては、例えば特開2000−254659号公報の従来技術と同様に、8行程前のタンク内EGR率RS(n-8)を筒内EGR率RC(n)と推定できる。但し、本実施形態では、加減速時の推定処理において4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)及びブランチ上流EGR率RL(n-4)を必要とすることから、次式に従って各値が算出された上で、ブランチ上流EGR率RU(n)及びブランチ上流EGR率RL(n)が前回値としてECU21に記憶されると共に(EGR率記憶手段)、その記憶値は算出の度に更新される(EGR率更新手段)。
RC(n)=RL(n-4)………(4)
RL(n)=RU(n-4)………(5)
RU(n)=RS(n) ………(6)
〈加速時〉
図4は加速時におけるサージタンク3内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内1aでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁6が開操作された瞬間の加速初期には、混合ガスは慣性により未だ圧縮されておらず、サージタンク3内には今回のタンク内EGR率RS(n)の混合ガスが存在し、ブランチ上流には4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスが存在し、ブランチ下流には4行程前のブランチ上流EGR率RL(n-4)の混合ガスが存在している。
【0033】
その直後、新気及びEGRガスの導入量の増加に伴ってサージタンク3内の圧力が増加し、吸気弁により閉鎖された筒内1aとの間で、ブランチ内の混合ガスが圧縮される。このときの混合ガスは、今回と各気筒が1巡する4行程前との吸気負圧の比Pb(n-4)/Pb(n)(体積変化相関値)に従って下流側に向けて圧縮され、結果として、サージタンク3内の混合ガスの一部がブランチ上流に侵入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がブランチ下流に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【0034】
このときの筒内1aには、加速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの全て、及び加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、上記した比Pb(n-4)/Pb(n)に従って圧縮された状態で導入され、筒内EGR率RC(n)は次式(7)で表すことができる。
RC(n)=RL(n-4)×Pb(n-4)/Pb(n)+RU(n-4)×{1−Pb(n-4)/Pb(n)}………(7)
つまり、筒内1aに導入される混合ガスは、移送前(圧縮後)にはブランチ下流に存在していたものであり、移送前のブランチ下流において、ブランチ下流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率(換言すれば、筒内EGR率RC(n)に対する影響度)は式(4)の前半で表される一方、ブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスの占有率(筒内EGR率RC(n)に対する影響度)は式(4)の後半で表されるため、これらに基づいて筒内EGR率RC(n)が算出される。
【0035】
又、このときのブランチ下流には、加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部(上記筒内に導入された残存分)、及び加速初期においてサージタンク3内に存在していた混合ガスが、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って圧縮された状態で移送され、ブランチ下流EGR率RL(n)は次式(8)で表すことができる。
RL(n)=RU(n-4)×{2×Pb(n-4)/Pb(n)−1}+RS(n)×{2−2×Pb(n-4)/Pb(n)}………(8)
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前(圧縮後)にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスの占有率は式(8)の前半で表される一方、タンク内EGR率RS(n)の混合ガスの占有率は式(8)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流EGR率RL(n)が算出される。
【0036】
更に、このときのブランチ上流には、加速初期においてサージタンク3内に存在していた混合ガスのみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、ブランチ上流EGR率RU(n)は次式(9)で表すことができる。
RU(n)=RS(n) ………(9)
〈減速時〉
図5は減速時におけるサージタンク内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内1aでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁6が閉操作された瞬間の減速初期には、混合ガスは慣性により未だ膨張していないため、各部位での混合ガスのEGR率は上記した加速初期と同様となる。
【0037】
その直後、新気及びEGRガスの導入量の減少に伴ってサージタンク3内の圧力が低下し、吸気弁により閉鎖された筒内1aとの間で、ブランチ内の混合ガスが膨張する。このときの混合ガスは、今回と各気筒が1巡する4行程前との吸気負圧の比Pb(n-4)/Pb(n)に従って上流側に向けて膨張し、結果として、ブランチ下流の混合ガスの一部がブランチ上流に進入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がサージタンク3内に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【0038】
このときの筒内1aには、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部のみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、筒内EGR率RC(n)は次式(10)で表すことができる。
RC(n)=RL(n-4) ………(10)
又、このときのブランチ下流には、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部(上記筒内1aに導入された残存分)、及び減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って膨張した状態で移送され、ブランチ下流EGR率RL(n)は次式(11)で表すことができる。
RL(n)=RL(n-4)×{Pb(n-4)/Pb(n)−1}+RU(n)×{2−Pb(n-4)/Pb(n)}………(11)
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前(膨張後)にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ下流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率は式(11)の前半で表される一方、ブランチ上流EGR率RU(n)の混合ガスの占有率は式(11)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流EGR率RL(n)が算出される。
【0039】
更に、このときのブランチ上流には、減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部(上記ブランチ下流に移送された残存分)、及びサージタンク3内に存在していた混合ガスが、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って膨張した状態で移送され、ブランチ上流EGR率RU(n)は次式(12)で表すことができる。
RU(n)=RU(n-4)×{2×Pb(n-4)/Pb(n)−2}+RS(n)×{3−2×Pb(n-4)/Pb(n)}………(12)
つまり、ブランチ上流に移送される混合ガスは、移送前(膨張後)にはサージタンク3内に存在していたものであり、移送前のサージタンク3内において、ブランチ上流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率は式(12)の前半で表される一方、タンク内EGR率RS(n)の混合ガスの占有率は式(12)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ上流EGR率RU(n-4)が算出される。
【0040】
以上の手順に従って、図3の各EGR率演算部35〜38では1行程毎に各EGR率RS(n),RU(n),RL(n),RC(n)が順次算出されると共に、EGR率RU(n),RL(n)が前回値として記憶・更新され、当該気筒の次回の推定処理では4行程前のEGR率RU(n-4),RL(n-4)として用いられる。そして、得られた筒内EGR率RC(n)が点火時期SAや体積効率係数の設定に適用される。
【0041】
図6は点火時期SAを設定する処理手順を示す制御フローであり、まず、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbに基づき、EGR時点火時期演算部41でマップからEGR時の点火時期SAwが算出される一方、非EGR時点火時期演算部42ではマップから非EGR時の点火時期SAw/oが算出される。又、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbに基づき、目標EGR演算部43でマップから目標EGR率RSTDが算出される一方、クリップ値演算部44ではマップから後述するリタード量OFSの上限を制限するクリップ値CPが算出される。
【0042】
得られた点火時期SAw,SAw/o、目標EGR率RSTD、及び上記した筒内EGR率RC(n)は補間処理部45に入力され、次式(13)に従って現在の筒内EGR率RC(n)に対応する点火時期SAが直線補完により算出される。
SA=SAw/o+(SAw−SAw/o)×RC(n)/RSTD ………(13)
又、筒内EGR率RC(n)及び目標EGR率RSTDはリタード量演算部46に入力され、その比RC(n)/RSTDに基づきマップからリタード量OFSが算出されると共に、リタード量OFSの上限が上記クリップ値CP以下に制限される。そして、減算部47では上記点火時期SAからリタード量OFSが減算され、減算後の点火時期SAが点火時期制御において目標値として用いられる。
【0043】
一方、体積効率係数も上記点火時期SAと同様の手順で算出され、詳細は説明しないが、EGR時のマップ及び非EGR時のマップから求めた体積効率係数を補間処理し、得られた現在の体積効率係数に基づき新気量を求めて燃料噴射制御に適用しており、この補間処理では、上記した比RC(n)/RSTD、つまり、推定した筒内EGR率RC(n)が利用される。
【0044】
以上のように本実施形態のエンジン1のEGR率推定装置では、従来技術で考慮しなかったブランチ2a内での混合ガスの圧縮・膨張を、式(7)〜(12)に基づいて筒内EGR率RC(n)の算出処理に反映させている。その結果、ブランチ2a内での混合ガスの移送過程をより実状に則して模擬でき、もって、エンジン1の運転状態に関わらず、筒内に導入されるEGR率RC(n)を常に正確に推定することができる。
【0045】
しかも、式(7)〜(12)では、吸気負圧の比Pb(n-4)/Pb(n)、つまり混合ガスが圧縮・膨張する直接的な要因であるサージタンク3内の圧力変化を適用しているため、一層実状に則した推定処理を実現できる。
一方、本実施形態のエンジン1のEGR率推定装置では、EGR開度Sを開口面積相当にリニアライズしたEGR開度S’とEGR流速Qとに基づき、式(1)に従ってサージタンク3内に導入されるEGR量ΔPr(n)を求め、そのEGR量ΔPr(n)に基づき式(2)に従って、サージタンク3内のEGRガスの残存分と新たな流入分とからEGR分圧Pr(n)を算出している。このように具体的な値に基づいて各算出処理を実施しているため、サージタンク3内で生起される混合過程をより実状に則して模擬することができる。
【0046】
しかも、式(2)で用いられる比Vcyl/Vstは、特開2000−254659号公報の従来技術でサージタンク3内のEGR率をなまし処理する1次フィルタのフィルタ定数に相当するが、事前のマッチングに基づくフィルタ定数に対して、比Vcyl/Vstはより現実的なエンジン1の仕様(気筒容積Vcyl、サージタンク容積Vst)に基づいて設定される。これらの要因により、サージタンク3内のEGR分圧Pr(n)、ひいてはタンク内EGR率RS(n)を正確に推定でき、結果として、このタンク内EGR率RS(n)に基づく上記EGR率RC(n)の推定処理をより的確に実施することができる。
【0047】
そして、以上のように筒内EGR率RC(n)が正確に推定されることから、この筒内EGR率RC(n)を利用した処理、例えば上記点火時期SAや体積効率係数の設定処理を適切に実施して、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御の精度を大幅に向上することができる。よって、例えば点火時期制御では、エンジン1の過渡運転時でもMBT相当の適切な点火時期SAを実現でき、失火やノックの防止により燃費及びドライバビリティを大幅に向上させることができる。
【0048】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、吸気管噴射型の直列4気筒ガソリンエンジン1用のEGR率推定装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用したり、気筒配列や気筒数の異なるエンジンに適用したりしてもよい。
【0049】
又、上記実施形態では、ブランチ2aを上流と下流に分割して個別にEGR率RU(n),RL(n)を算出したが、上記説明から明らかなようにブランチ2aの分割数は、ブランチ2aの容積と気筒容積との比に基づいて決定され、例えばブランチ2aの容積が気筒容積の3倍のときには、ブランチ2aを上流、中流、下流の3領域に分割して個別にEGR率を算出することになる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1,2の発明の内燃機関のEGR率推定装置によれば、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのEGR率を常に正確に推定することができる。
【0051】
請求項3の発明の内燃機関のEGR率推定装置によれば、請求項1,2の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のEGR率を正確に推定でき、ひいては筒内に導入される混合ガスのEGR率を一層正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のエンジンのEGR率推定装置を示す全体構成図である。
【図2】エンジンの吸気系を模式的に示した説明図である。
【図3】筒内EGR率RC(n)を推定するときの制御フローを示す説明図である。
【図4】加速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図5】減速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図6】点火時期SAを設定するときの制御フローを示す説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
1a 筒内
2 インテークマニホールド
2a ブランチ
3 サージタンク
11 EGR弁
21 ECU(第1のEGR率演算手段、第2のEGR率演算手段、EGR率記憶手段、EGR率更新手段)
Claims (3)
- 機関の吸気系から新気が導入される一方、該機関の排気系からEGR弁の開度に応じてEGRガスが還流され、該新気とEGRガスとを内部で混合するサージタンクと、
上記サージタンクと上記機関の各気筒とをそれぞれ接続するインテークマニホールドのブランチと、
上記機関の吸気に伴って上記サージタンクからの混合ガスが上記ブランチ内を移送される毎に、上記サージタンク内のEGR率を算出する第1のEGR率演算手段と、
上記吸気に伴う混合ガスの移送ストロークで予め分割された上記ブランチの各領域毎に、内部の混合ガスのEGR率を前回値として記憶するEGR率記憶手段と、
上記吸気に伴う混合ガスの移送毎に、上記第1のEGR率演算手段により算出されたサージタンク内のEGR率、上記EGR率記憶手段に記憶された各領域のEGR率の前回値、及び上記サージタンク内の圧力変化による上記ブランチ内の混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、移送後における各領域の混合ガスのEGR率、及び筒内に導入される混合ガスのEGR率をそれぞれ算出する第2のEGR率演算手段と、
上記第2のEGR率演算手段の算出毎に、該算出された各領域の混合ガスのEGR率により上記記憶手段のEGR率を更新するEGR率更新手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関のEGR率推定装置。 - 上記第2のEGR率演算手段は、上記サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて体積変化相関値を設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のEGR率推定装置。
- 上記第1のEGR率演算手段は、開口面積相当にリニアライズされた上記EGR弁の開度とEGR流速とに基づいて上記サージタンク内に導入されるEGR量を算出し、該EGR量から求めた上記サージタンク内のEGR分圧、及び上記サージタンク内に導入される新気量に相当する新気分圧に基づき、該サージタンク内のEGR率を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関のEGR率推定装置。
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