JP4439345B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
また、内燃機関の回転数および気筒内酸素量に応じた、内燃機関の定常状態における最適な燃料噴射パラメータを、例えばベンチ試験によってあらかじめ設定し、燃料噴射パラメータ記憶手段に記憶する。したがって、内燃機関の定常状態において、検出した内燃機関の回転数と推定した気筒内酸素量に応じ、燃料噴射パラメータ記憶手段から、該当する燃料噴射パラメータを読み出すことによって、最適な燃料噴射パラメータを容易に決定することができる。
さらに、内燃機関が過渡状態のときには、定常状態での気筒内不活性ガス量に対する過渡状態での気筒内不活性ガス量のずれに応じて、気筒内酸素量を補正するとともに、補正した気筒内酸素量を用いて、燃料噴射パラメータ記憶手段から燃料噴射パラメータを読み出し、決定する。これにより、定常状態用の燃料噴射パラメータを記憶した燃料噴射パラメータ記憶手段を、過渡状態においても共用でき、過渡状態用の燃料噴射パラメータを記憶する別個の記憶手段が不要になるので、その記憶容量の低減や制御プログラムの簡略化などを図ることができる。
Ti = Ts(τo・s+1) ・・・(1)
ここで、τo :吸気温センサの時定数
s :ラプラス変換演算子
このような算出によって、吸気温センサ25の検出結果に基づき、その応答遅れを補償しながら、実インマニ温度Ti をリアルタイムで正しく推定することができる。
A.EGR率Ri の推定
B.気筒内酸素量mo2の推定
EGR率Riの基本式は、次式(2)で与えられる。
Ri = Fe_hat/Fi ・・・(2)
ここで、Fiは、気筒に流入する総ガス流量、Fe_hatは、気筒3aに流入するEGRガス流量の予測値(推定したEGRガス流量)であり、リーン運転とリッチ運転の間の過渡状態におけるEGR装置14の応答遅れを考慮して求められる。
式(2)中の総ガス流量Fiは、周知のスピードデンシティの式から、次式(3)で算出される。
Fi = Ne・Vd・Pi・ηv /(60×2R・Ti) ・・・(3)
ここで、Ne:エンジン回転数(rpm)
Vd:エンジンの押しのけ容積
Pi:インマニ圧
ηv:エンジンの体積効率
R :気体定数
Ti:インマニ温度
なお、上記の体積効率ηvは、例えば、実験結果に基づいてあらかじめ設定したマップから、エンジン回転数Neおよびインマニ圧Piに応じてマップ値を求めるとともに、求めたマップ値を実インマニ温度Tiに応じて補正することによって求められる。
dPi/dt = (R・Ti/Vi)・(Fe+Fa−Fi) ・・・(4)
ここで、Vi:インマニ容積
式(4)をEGRガス流量Feについて解くと、次式(5)が得られる。
Fe = (dPi/dt)・Vi/(R・Ti)−Fa+Fi ・・・(5)
また、ラプラス変換演算子sを導入し(dPi/dt=sPi)、式(5)を書き換えると、次式(6)が得られる。
Fe = s・Pi・Vi/(R・Ti)−Fa+Fi ・・・(6)
一方、EGRガス流量の予測値Fe_hatは、EGR装置14の応答の一次遅れを考慮すると、次式(7)で表される。
Fe_hat = (1/(τs+1))・Fe ・・・(7)
したがって、EGRガス流量の予測値Fe_hatは、両式(6)(7)から、次式(8)のように求められる。
Fe_hat = (s・Pi/(τs+1))(Vi/(R・Ti))
−(1/(τs+1))・Fa+(1/(τs+1))・Fi
・・・(8)
ここで、s・Pi/(τs+1)は、数値差分フィルタs/(τs+1)を用いた dPi/dtの近似値であり、時定数τは、実験結果に基づいて決定される。
また、定常状態では、次式(9)が成立するので、
Fe_hat = Fe = Fi−Fa ・・・(9)
この式(9)と式(2)から、定常状態でのEGR率Riは次式(10)によって算出される。
Ri = (Fi−Fa)/Fi ・・・(10)
次いで、上記のようにして求めた総ガス流量FiおよびEGR率Riなどに基づいて、気筒内酸素量mo2を推定する。
気筒内酸素量mO2の基本式は、次式(11)で与えられる。
mo2 = ma×φ(O2)a + me×φ(O2)e ・・・(11)
ここで、ma :各燃焼サイクルにおいて気筒に流入する空気量
me :各燃焼サイクルにおいて気筒に流入するEGRガス量
φ(O2)a :空気中の酸素濃度(定数)
φ(O2)e :EGRガス中の酸素濃度
ma = (Fi×(1−Ri)×60×2)/(Ne×ncyl) ・・・(12)
me = (Fi×Ri×60×2)/(Ne×ncyl) ・・・(13)
ここで、ncyl :エンジンの気筒数
また、EGRガス中の酸素濃度φ(O2)e は、EGR装置14の応答遅れを考慮すると、次式(14)によって算出できる。
また、φ(O2)exh は、排ガス中の酸素濃度であり、リーン運転においては、次式(15)によって算出される。
mint = (ma+me)−mo2 ・・・(16)
f(α,β)i,j = (mint/mints)-αi,j×(Ti/Tis)βi,j ・・・(17)
この補正関数f(α,β)i,jは、次式(18)に示すように、過渡状態における実際の気筒内酸素量mo2を、それと等価な定常状態での気筒内酸素量(以下「仮想気筒内酸素量」という)mo2v に変換するのに用いられる。
mo2v = mo2 ×f(α,β)i,j ・・・(18)
式(17)中のmints、Tis はそれぞれ、定常状態における気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。また、同式中のmint 、Tiはそれぞれ、前述した手法によって算出される過渡状態での実際の気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。すなわち、同式中の第1項(mint/mints)-αi,j は、気筒内不活性ガス量のずれによる燃焼への影響度合を表し、第2項(Ti/Tis)βi,jは、 インマニ温度のずれによる燃焼への影響度合を表す。また、αi,j、βi,jは、これらの影響度合を規定するための補正変数である。このため、EGR装置14が停止されていて、気筒内不活性ガス量の影響がないとみなされる運転状態では、補正変数αは値0に設定される。
f(α,β)i,j = mo2v/mo2 ・・・(19)
一方、式(17)中の気筒内不活性ガス量mint は式(16)によって随時、算出され、定常状態での気筒内不活性ガス量mintsは、オフセット前の番地jから既知であるとともに、Ti/Tis は、実インマニ温度Ti をオフセットしていないことから、値1に等しい。したがって、次式(20)が成立し、この式(20)と式(19)から、補正変数αを算出することができる。
f(α,β)i,j = (mint/mints)-αi,j ・・・(20)
∫dQ/dθ = ∫[1/(κ−1){κPdV+VdP}] ・・・(21)
ここで、κは、比熱比である。
酸素量推定手段、回転数検出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、
インジェクタ制御手段、燃料噴射パラメータ設定手段、燃料噴射
パラメータ記憶手段、過渡状態判別手段、気筒内酸素量補正手段、
負荷検出手段、燃焼状態検出手段、燃料噴射パラメータ補正手段、
補正燃料噴射パラメータ記憶手段、および吸入空気量補正手段)
3 エンジン
3a 気筒
4 吸気管(吸気系)
6 インジェクタ
7 スロットル弁(吸気空気量制御手段、吸気空気量補正手段)
14 EGR装置
21 筒内圧センサ(燃焼状態検出手段)
22 クランク角センサ(回転数検出手段)
27 エアーフローセンサ(吸気空気量検出手段)
29 酸素濃度センサ(酸素濃度検出手段)
30 アクセル開度センサ(アクセル踏込み量検出手段)
Fa 吸入空気量
Fe_hat EGRガス流量の予測値(推定したEGRガス流量)
mo2 気筒内酸素量
Ne エンジン回転数(内燃機関の回転数)
Q* 燃料噴射パラメータ
De 噴射時間
TMe 噴射タイミング
Pe 噴射圧力
mo2v 仮想気筒内酸素量(補正された気筒内酸素量)
AP アクセル開度(アクセルペダルの踏込み量)
mo2c しきい値(所定値)
ΔP6 定点差圧(燃焼状態)
dP/dθ 最大圧力上昇率(燃焼状態)
ΔP4 定点差圧(燃焼状態)
ΔPp ピーク差圧(燃焼状態)
λ 排ガスの酸素濃度
Claims (7)
- 吸気系を介して気筒に空気を吸入し、インジェクタから噴射された燃料を前記気筒内に供給するとともに、内燃機関から排出された排ガスの一部をEGR装置により前記吸気系にEGRガスとして還流する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の回転数および前記気筒内に存在する気筒内酸素量に応じて、前記内燃機関が定常状態のときの燃料噴射パラメータをあらかじめ設定する燃料噴射パラメータ設定手段と、
当該設定された燃料噴射パラメータを記憶する燃料噴射パラメータ記憶手段と、
前記吸気系を介して前記気筒に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記EGR装置によるEGRガスの還流の応答遅れに応じて、EGRガスの流量を推定するEGRガス流量推定手段と、
前記検出された吸入空気量、および前記推定されたEGRガス流量に基づいて、前記気筒内酸素量を推定する気筒内酸素量推定手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関が過渡状態で運転されているか否かを判別する過渡状態判別手段と、
前記内燃機関が過渡状態のときに、前記定常状態での気筒内不活性ガス量に対する前記過渡状態での気筒内不活性ガス量のずれに応じて、前記気筒内酸素量を補正する気筒内酸素量補正手段と、
前記燃料噴射パラメータを、前記内燃機関が定常状態のときには、前記検出された内燃機関の回転数、および前記推定された気筒内酸素量に応じ、前記内燃機関が過渡状態のときには、前記検出された内燃機関の回転数、および前記補正された気筒内酸素量に応じ、前記燃料噴射パラメータ記憶手段から読み出すことによって決定する燃料噴射パラメータ決定手段と、
当該決定された燃料噴射パラメータに基づいて、前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射パラメータは、前記インジェクタの噴射時間、噴射タイミングおよび噴射圧力の少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒内酸素量補正手段は、
前記内燃機関の前記過渡状態における気筒内酸素量をそれと等価な前記定常状態における前記気筒内酸素量に変換するための補正関数を算出する補正関数算出手段を有し、
当該算出された補正関数を用いて、前記気筒内酸素量を補正することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル踏込み量検出手段と、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記検出された内燃機関の負荷が所定値よりも大きいときには、前記内燃機関の回転数および前記気筒内酸素量に代えて、前記内燃機関の回転数および前記検出されたアクセルペダルの踏込み量に基づいて、前記燃料噴射パラメータを決定することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の燃焼状態に応じて、前記燃料噴射パラメータを補正する燃料噴射パラメータ補正手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正された燃料噴射パラメータを記憶する補正燃料噴射パラメータ記憶手段をさらに備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記補正燃料噴射パラメータ記憶手段から補正燃料噴射パラメータを読み出すことによって、燃料噴射パラメータを決定することを特徴とする、請求項5に記載の内燃機関の制御装置。 - 排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
当該検出された酸素濃度に応じて、前記吸入空気量を補正する吸入空気量補正手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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