CN108571391B - 内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置及其控制方法，利用不易受到内燃机本体的个体差异、历时变化的影响的方法来学习EGR阀的流量特性的个体差异、历时变化的影响，能够提高回流废气的流量的推定精度。本发明的内燃机的控制装置(50)具有：根据歧管内氧气浓度φo2_in计算出氧气浓度检测EGR率Regr的氧气浓度检测EGR率计算部(52)；根据氧气浓度检测EGR率Regr及吸入空气流量Qa计算出氧气浓度检测回流流量Qeox、且计算出EGR阀的开口面积的学习值ΔSegrL的开口面积学习值计算部(53)；以及根据学习后开口面积SegrL计算出控制用的回流废气的流量Qes的控制用回流废气计算部(60)。

Description

内燃机的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置以及控制方法，该内燃机包括进气通路和排气通路、对所述进气通路进行开闭的节流阀、供废气从所述排气通路向所述节流阀的下游侧的所述进气通路部分即进气歧管回流的EGR流路、以及对EGR流路进行开闭的EGR阀。
背景技术
为了良好地控制内燃机，高精度地计算被吸入至气缸的空气量、并根据气缸吸入空气量来高精度地对燃料供应量及点火时期进行控制十分重要。关于点火时期控制，要求不仅根据内燃机的转速及气缸吸入空气量，还根据其他因素、例如内燃机的冷却水温度、爆震发生状况、燃料性状、EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)率，使点火时期变化为输出转矩成为最大的点火时期(MBT：Minimum Spark Advance for Best Torque最佳转矩时的最小点火提前角)等。
另外，关于EGR，存在如下方法，即：在供废气从排气通路向进气歧管回流的EGR流路中设置EGR阀，根据该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)；以及设置使进气阀与排气阀中的一方或双方的开闭正时可变的可变阀正时机构，通过使进气阀与排气阀同时打开的阀重叠期间变化，从而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，以内燃机的输出转矩为指标来对内燃机进行控制。由于热效率根据气缸吸入空气量及EGR率变化，因此要求基于气缸吸入空气量及EGR率来推定输出转矩。由此，不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所记载的技术。专利文献1的技术中，使用EGR阀的流量特性来推定与EGR阀的开口面积相对应的回流废气的流量QACT，并使用EGR阀的流量特性来推定与EGR阀的开口面积的指令值相对应的回流废气的流量QCMD。构成为基于回流废气的流量QACT、QCMD来推定EGR率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7-279774号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1的技术中，由于EGR阀的流量特性的个体差异、以及因煤等堆积物造成的EGR阀的流量特性的历时变化等，导致存在回流废气的流量的推定精度恶化、EGR率的推定精度恶化的问题。
为了提高推定精度，考虑学习EGR阀的流量特性的变动。此时，为了提高学习精度，优选使用尽可能不容易受到内燃机主体的个体差异、历时变化的影响的方法。
因此，寻求一种内燃机的控制装置及其控制方法，能够用不容易受到内燃机主体的个体差异、历时变化的影响的方法来学习EGR阀的流量特性的个体差异、历时变化的影响，并能提高回流废气的流量的推定精度。
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中，该内燃机具有：进气通路及排气通路；对所述进气通路进行开闭的节流阀；供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流路进行开闭的EGR阀，该内燃机的控制装置具有：运行状态检测部，该运行状态检测部检测出所述进气歧管内的气体的氧气浓度即歧管内氧气浓度、被吸入至所述进气通路的吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述EGR阀的开度；氧气浓度检测EGR率计算部，该氧气浓度检测EGR率计算部根据所述歧管内氧气浓度计算出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氧气浓度检测EGR率；开口面积学习值计算部，该开口面积学习值计算部根据所述氧气浓度检测EGR率及所述吸入空气流量计算出所述回流废气的流量即氧气浓度检测回流流量，且计算出实现所述氧气浓度检测回流流量的所述EGR阀的开口面积即氧气浓度检测开口面积，并且根据所述氧气浓度检测开口面积计算出所述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利用所述开口面积的学习值计算出与当前的所述EGR阀的开度相对应的所述EGR阀的学习后开口面积，且根据所述学习后开口面积计算出所述内燃机的控制中所使用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中，该内燃机具有：进气通路及排气通路；对所述进气通路进行开闭的节流阀；供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流路进行开闭的EGR阀，该内燃机的控制方法执行如下步骤：运行状态检测步骤，该运行状态检测步骤中检测出所述进气歧管内的气体的氧气浓度即歧管内氧气浓度、被吸入至所述进气通路的吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述EGR阀的开度；氧气浓度检测EGR率计算步骤，该氧气浓度检测EGR率计算步骤中根据所述歧管内氧气浓度计算出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氧气浓度检测EGR率；开口面积学习值计算步骤，该开口面积学习值计算步骤中据所述氧气浓度检测EGR率及所述吸入空气流量计算出所述回流废气的流量即氧气浓度检测回流流量，且计算出实现所述氧气浓度检测回流流量的所述EGR阀的开口面积即氧气浓度检测开口面积，并且根据所述氧气浓度检测开口面积计算出所述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利用所述开口面积的学习值计算出与当前的所述EGR阀的开度相对应的所述EGR阀的学习后开口面积，且根据所述学习后开口面积计算出所述内燃机的控制中所使用的控制用的所述回流废气的流量。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置及控制方法，在不易受到内燃机本体的个体差异、历时变化的影响的基础上，根据歧管内氧气浓度的检测值来计算EGR率(氧气浓度检测EGR率)，因此能够提高EGR率的检测精度。另一方面，歧管内氧气浓度是在进气歧管内混合吸入空气和回流废气且平均化后的气体的氧气浓度，因此，氧气浓度检测EGR率成为响应比通过EGR阀的回流废气的流量要延迟的信息。因而，很难根据氧气浓度检测EGR率直接计算出没有响应延迟且精度良好的回流废气的流量。因而，通过根据氧气浓度检测EGR率等来计算不要求响应性的EGR阀的开口面积的学习值，且根据EGR阀的学习后开口面积来计算控制用的回流废气的流量，能够计算出无响应延迟的学习后的回流废气的流量。因此，利用不易受到内燃机本体的个体差异、历时变化的影响的方法来学习EGR阀的流量特性的个体差异、历时变化的影响，能够提高控制用的回流废气的流量的推定精度。
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是示出本发明的实施方式1所涉及的进气歧管内的气体的分压状态的图。
图5是示出本发明的实施方式1所涉及的废气氧气浓度特性数据的示例的图。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的废气氧气浓度特性数据的示例的图。
图7是示出本发明的实施方式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
参照附图对实施方式1所涉及的内燃机1的控制装置50(下面简称为控制装置50)进行说明。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搭载在车辆中，内燃机1作为车辆(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具有供空气与燃料的混合气体燃烧的气缸25。内燃机1具备将空气提供给气缸25的进气通路23、以及将在气缸25中进行了燃烧的废气排出的排气通路17。内燃机1具备对进气通路23进行开闭的节流阀6。节流阀6采用由电动机进行开闭驱动的电子控制式节流阀，该电动机由控制装置50进行控制。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。
在进气通路23的最上游部，设有对吸入到进气通路23中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中设有气流传感器3与吸入空气温度传感器4，上述气流传感器3输出与从大气被吸入至进气通路23的空气即吸入空气的流量相对应的电信号，上述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。节流阀6的上游侧的进气通路23内压力可以视为与大气压相等。在进气通路23的外部(例如，控制装置50的内部)设置有吸入空气压力传感器2，该吸入空气压力传感器2输出与吸入空气(本示例中为大气)的压力即吸入空气压力Pa相对应的电信号。
另外，吸入空气温度传感器4可以与气流传感器3一体化，也可以分开。或者，吸入空气温度传感器4可以与吸入空气压力传感器2同样地设置在进气通路23的外部，吸入空气压力传感器2也可以设置在与吸入空气温度传感器4相同的部位。总之，将吸入空气压力传感器2与吸入空气温度传感器4设置在被吸入至进气通路23的吸入空气存在的部位、以及吸入空气的压力在实质上相同的部位。
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波动的气室11。内燃机1包括供废气从排气通路17向进气歧管12(本示例中为气室11)回流的EGR流路21、以及对EGR流路21进行开闭的EGR阀22。本实施方式中，EGR流路21与催化剂19的下游侧的排气通路17的部分相连接。另外，EGR流路21也可以与催化剂19的上游侧的排气通路17的部分相连接。EGR阀22采用由电动机等电动致动器进行开闭驱动的电子控制式EGR阀，该电动机等电动致动器由控制装置50进行控制。EGR阀22设置有EGR开度传感器27，该EGR开度传感器27输出与EGR阀22的开度Oe相对应的电信号。回流至气室11的废气(以下称为回流废气)与被吸入至气室11的吸入空气在气室11内被混合并被均匀化。另外，EGR是Exhaust Gas Recirculation(废气再循环)的首字母缩写。
进气歧管12中设有输出与进气歧管12内的气体的压力即歧管压力Pb相对应的电信号的歧管压力传感器8、输出与进气歧管12内的气体的温度即歧管温度Tb相对应的电信号的歧管温度传感器9、以及输出与进气歧管12内的气体的氧气浓度即歧管内氧气浓度φo2_in相对应的电信号的歧管氧气浓度传感器10。另外，设由歧管氧气浓度传感器10所检测出的氧气浓度为体积浓度。
另外，歧管温度传感器9和歧管氧气浓度传感器10可以与歧管压力传感器8一体化，也可以分开。歧管温度传感器9和歧管氧气浓度传感器10构成为与进气歧管12和EGR流路21的连接部相比设置在更下游侧，从而能检测充分混合吸入空气和回流废气后而得到的气体的温度与氧气浓度。
进气歧管12下游侧的部分设置有喷射燃料的喷射器13。另外，喷射器13可以设置为直接向气缸25内喷射燃料。
气缸25的顶部设置有对空气与燃料的混合气体进行点火的火花塞、以及向火花塞提供点火能量的点火线圈16。此外，在气缸25的顶部设置有调节从进气通路23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到排气通路17的废气量的排气阀15。进气阀14设有使其阀开闭正时可变的进气可变阀正时机构。排气阀15设有使其阀开闭正时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的曲柄轴上设置有输出与其旋转角相对应的电信号的曲柄角传感器20。
排气通路17中设置有输出与废气中的空气和燃料的比率即空燃比AF(Air/Fuel)相对应的电信号的空燃比传感器18。此外，排气通路17中设置有净化废气的催化剂19。催化剂19使用在理论空燃比AF0附近净化性能变得较高的三元催化剂。
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是以内燃机1为控制对象的控制装置。如图2所示，控制装置50包括运行状态检测部51、氧气浓度检测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等利用控制装置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，作为处理电路，包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90进行数据交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部的信号的输入电路92、从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93、以及用于供运算处理装置90与外部装置进行数据通信的通信电路94等。
作为运算处理装置90，可以具备DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)、IC(Integrated Circuit：集成电路)等。或者，作为运算处理装置90，可以具备同种或不同种的多个，并可以分担地执行各处理。作为存储装置91，包括构成为能从运算处理装置90读取并写入数据的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、构成为能从运算处理装置90读取数据的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等。输入电路92与各种传感器、开关相连接，并具备将这些传感器、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与电负载相连接，并具备将控制信号从运算处理装置90输出到这些电负载的驱动电路等。通信电路94经由通信线与变速装置的控制装置81等其他车载用电子设备等相连接，并基于CAN(Controller AreaNetwork：控制器局域网)等通信协议进行有线通信。
然后，运算处理装置90执行存储在ROM等存储装置91中的软件(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的其它硬件进行协作，由此来实现控制装置50所具备的各控制部51～55等的各功能。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)的一部分存储在ROM等存储装置91中。
本实施方式中，输入电路92连接有吸入空气压力传感器2、气流传感器3、吸入空气温度传感器4、节流开度传感器7、歧管压力传感器8、歧管温度传感器9、歧管氧气浓度传感器10、空燃比传感器18、曲柄角传感器20、油门位置传感器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还连接有未图示的各种传感器、开关及致动器等。
作为基本的控制，控制装置50基于所输入的各种传感器的输出信号等来计算燃料喷射量、点火时期等，并对喷射器13及点火线圈16等进行驱动控制。控制装置50基于油门位置传感器26的输出信号等来计算驾驶员所要求的内燃机1的输出转矩，并对节流阀6等进行控制，以使得成为实现该要求输出转矩的吸入空气量。此时，可以考虑后述的、基于控制用回流废气流量Qes来进行计算的内燃机1的输出转矩。具体而言，控制装置50计算目标节流开度，并对节流阀6的电动机进行驱动控制，以使得基于节流开度传感器7的输出信号所检测到的节流开度接近目标节流开度。
＜运行状态检测部51＞
运行状态检测部51对内燃机1及车辆的运行状态进行检测。运行状态检测部51基于各种传感器的输出信号等来检测各种运行状态。运行状态检测部51检测歧管压力Pb、歧管温度Tb、以及歧管内氧气浓度φo2_in。本实施方式中，运行状态检测部51基于歧管压力传感器8的输出信号来检测歧管压力Pb。运行状态检测部51基于歧管温度传感器9的输出信号来检测歧管温度Tb。运行状态检测部51基于歧管氧气浓度传感器10的输出信号来检测歧管内氧气浓度φo2_in。
此外，运行状态检测部51检测吸入空气压力Pa、吸入空气温度Ta。本实施方式中，运行状态检测部51基于吸入空气压力传感器2的输出信号来检测吸入空气压力Pa。运行状态检测部51基于吸入空气温度传感器4的输出信号来检测吸入空气温度Ta。
另外，运行状态检测部51根据节流开度传感器7的输出信号检测出节流开度，根据EGR开度传感器27的输出信号检测出EGR22的开度Oe。运行状态检测部51根据空燃比传感器18的输出信号检测出废气的空燃比AF，根据曲柄角传感器20的输出信号检测出内燃机1的转速Ne，根据油门位置传感器26的输出信号检测出油门开度。
此处，根据构成EGR阀的电动机的种类，在能够根据电动机的通电控制输出状态来推定EGR阀的开度的情况下，可以不设置EGR开度传感器27，将该开度推定值作为EGR阀22的开度Oe。
运行状态检测部51根据气流传感器3的输出信号来检测吸入空气流量Qa。运行状态检测部51如式(1)所示，根据吸入空气流量Qa[g/s]，计算出一个冲程期间(例如BTDC5degCA间的期间)被吸入进气通路23(进气歧管12)的进气空气量QA[g/stroke]，对进气空气量QA进行模拟了进气歧管12(气室)的延迟的一次延迟滤波处理，计算出在一个冲程期间被吸入气缸25的气缸进气空气量QAc[g/stroke]。运行状态检测部51例如对吸入空气流量Qa乘以一个冲程周期ΔT，计算出吸入空气量QA。
[数学式1]
Figure BDA0001484837640000101
此处，KCCA是预先设定的滤波增益。(n)表示为本次的运算周期的值，(n-1)表示为上一次的运算周期的值。
另外，运行状态检测部51将气缸吸入空气量QAc除以将标准大气状态的空气密闭ρ0和气缸容积Vc相乘后的值，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与充满气缸容积Vc的标准大气状态的空气质量(ρ0×Vc)的的比率。标准大气状态为1atm，25℃。
[数学式2]
Figure BDA0001484837640000102
运行状态检测部51检测出EGR阀22的排气通路17侧的废气的温度Tex。在本实施方式中，运行状态检测部51利用预先设定了内燃机1的转速Ne与填充效率Ec与废气的温度Tex之间的关系的废气温度特性数据，计算出与当前的内燃机1的转速Ne及填充效率Ec相对应的废气的温度Tex。在排气通路17中设置有温度传感器，运行状态检测部51可以构成为根据温度传感器的输出信号来检测出废气的温度Tex。另外，各个特性数据中使用数据映射、数据表格、多项式、数学式等。
运行状态检测部51检测出EGR阀22的排气通路17侧的废气的压力Pex。在本实施方式中，运行状态检测部51利用预先设定了内燃机1的转速Ne与填充效率Ec与废气的压力Pex之间的关系的废气压力特性数据，计算出与当前的内燃机1的转速Ne及填充效率Ec相对应的废气的压力Pex。
<氧气浓度检测EGR率计算部52>
氧气浓度检测EGR率计算部52根据歧管内氧气浓度φo2_in，计算出回流至进气歧管12的废气相对于吸入空气的比率、即氧气浓度检测EGR率Regr。氧气浓度检测EGR率计算部52的细节将在下文阐述。
<开口面积学习值计算部53>
开口面积学习值计算部53具有氧气浓度检测回流流量计算部56，该氧气浓度检测回流流量计算部56根据氧气浓度检测EGR率Regr以及吸入空气流量Qa，计算出回流废气的流量、即氧气浓度检测回流流量Qeox。在本实施方式中，由氧气浓度检测EGR率计算部52计算出的氧气浓度检测EGR率Regr如后述的式(11)那样，被设为回流废气相对于吸入空气及回流废气的总和的比率、即绝对EGR率。因而，氧气浓度检测回流流量计算部56如式(3)所示那样，在将绝对EGR率Regr转换成回流废气相对于吸入空气的比率即相对EGR率Regrr之后，对相对EGR率Regrr乘以吸入空气流量Qa，计算出氧气浓度检测回流流量Qeox。
[数学式3]
Figure BDA0001484837640000121
开口面积学习值计算部53具有氧气浓度检测开口面积计算部57、以及学习值计算部58，该氧气浓度检测开口面积计算部57计算出实现氧气浓度检测回流流量Qeox的EGR阀22的开口面积即氧气浓度检测开口面积Segrox，该学习值计算部58根据氧气浓度检测开口面积Segrox计算出EGR阀22的开口面积的学习值ΔSegrL。
在本实施方式中，氧气浓度检测开口面积计算部57根据废气的温度Tex，计算出EGR阀22的排气通路17侧的废气的音速Ae。另外，氧气浓度检测开口面积计算部57根据废气的温度Tex以及废气的压力Pex，计算出EGR阀22的排气通路17侧的废气的密度ρe。而且，氧气浓度检测开口面积计算部57根据歧管压力Pb、废气的压力Pex、废气的音速Ae、废气的密度ρe、以及氧气浓度检测回流流量Qeox，计算出氧气浓度检测开口面积Segrox。
具体而言，氧气浓度检测开口面积计算部57构成为，利用EGR阀22附近的气流考虑为节流阀前后的气流的、压缩性流体中的流体力学的逻辑式即节流孔的流量计算式，计算出实现氧气浓度检测回流流量Qeox的氧气浓度检测开口面积Segrox。流过作为节流阀的EGR阀22的回流废气的流量Qe[g/s]的逻辑式利用能量守恒定律、等熵流关系方程、音速关系方程以及状态方程导出如下述(4)式所示。
[数学式4]
Figure BDA0001484837640000131
此处，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为根据EGR阀22的上下游(前后)的压力比Pb/Pex而变化的无量纲流量常数。
氧气浓度检测开口面积计算部57利用式(4)的第二式，根据废气的温度Tex，计算出废气的音速Ae。氧气浓度检测开口面积计算部57利用式(4)的第三式，根据废气的温度Tex及废气的压力Pex，计算出废气的密度ρe。
氧气浓度检测开口面积计算部57利用预先基于式(4)的第四式设定有废气压力Pex及歧管压力Pb的压力比Pb/Pex与无量纲流量常数σe之间的关系的流量常数特性数据，计算出与当前的废气的压力Pex及歧管压力Pb的压力比Pb/Pex相对应的无量纲流量常数σe。
而且，氧气浓度检测开口面积计算部57如对式(4)的第一式的开口面积Segr进行整理后的式(5)那样，用氧气浓度检测回流流量Qeox除以废气的音速Ae、密度ρe及无量纲流量常数σe来计算出氧气浓度检测开口面积Segrox。
[数学式5]
Figure BDA0001484837640000132
学习值计算部58利用预先设定了EGR阀22的基本开口面积Segrb与EGR阀22的开度Oe之间的关系的基本开口特性数据，计算出与当前的EGR阀22的开口Oe相对应的基本开口面积Segrb。而且，学习值计算部58根据基本开口面积Segrb与氧气浓度检测开口面积Segrox的比较结果，计算出开口面积的学习值ΔSegrL。
在本实施方式中，学习值计算部58如式(6)所示那样，计算出氧气浓度检测开口面积Segrox与基本开口面积Segrb之间的开口面积的偏差ΔSegrox，计算出将对开口面积的偏差ΔSegrox进行平均化处理(本示例中为一次延迟滤波处理)后的值来作为开口面积的学习值ΔSegrL，并存储至非易失性的RAM等存储装置91中。
[数6]
Figure BDA0001484837640000141
此处，(n)表示为本次的运算周期的值，(n-1)表示为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，被设定为与时间常数相对应的值。另外，例如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。也可以采用开口面积的比率等，来代替开口面积的偏差ΔSegrox。
利用平均化处理，能够降低歧管氧气浓度传感器10的响应延迟、因氧气浓度检测EGR率Regr在吸入歧管12内混合后的EGR率而导致通过EGR阀22的回流废气的流量的响应偏差、以及其它外因等的影响，能够提高开口面积的学习值ΔSegrL的稳定性及精度。
或者，学习值计算部58构成为，根据氧气浓度检测开口面积Segrox与后述的学习后开口面积SegrL之间的比较结果，使开口面积的学习值ΔSegrL增加或减少。例如学习值计算部58在氧气浓度检测开口面积Segrox大于学习后开口面积SegrL的情况下，使开口面积的学习值ΔSegrL增加，在氧气浓度检测开口面积Segrox小于学习后开口面积SegrL的情况下，使开口面积的学习值ΔSegrL减小。
学习值计算部58构成为，对EGR阀22的开度Oe的每个动作点，计算出开口面积的学习值ΔSgerL。例如学习值计算部58在将EGR阀22的开口Oe预先分割为多个区间的每个开度区域中，将开口面积的学习值ΔSegrL存储至非易失性的RAM等存储装置91中，从存储装置91中读取与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的开度区间的学习值ΔSegrL，利用开口面积的偏差ΔSegrox来进行更新。即，开口面积的学习值ΔSegrL设置为与开度区域的个数相同。
学习值计算部58在判定为EGR率的变化较小的常规状态的情况下，允许利用式(6)的开口面积的学习值ΔSegrL的更新，在判定为EGR率的变化较大的过渡状态的情况下，禁止利用了式(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判定为在EGR阀22的开度Oe的变化量为预先设定的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已经过了预先设定的判定期间的情况下，判定为常规状态，除此以外的情况下，判定为过渡状态。
如上所述，通过设定学习允许条件，能够降低歧管氧气浓度传感器10的响应延迟、以及因氧气浓度检测EGR率Regr在吸入歧管12内混合后的EGR率而导致通过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具有学习后开口面积计算部59和控制用回流流量计算部60，该学习后开口面积计算部59利用开口面积的学习值ΔSegrL，计算出与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的EGR阀22的学习后开口面积SegrL，该控制用回流流量计算部60根据学习后开口面积SegrL，计算出内燃机1的控制中所使用的控制用的回流废气的流量Qes。
不直接使用因歧管氧气浓度传感器10的响应延迟、以及氧气浓度检测EGR率Regr在吸入歧管12内混合后的EGR率而导致响应发生延迟的氧气浓度检测回流流量Qeox，而是使用根据氧气浓度检测回流流量Qeox所计算出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产生上述的响应延迟，并且能够提高控制用的回流废气的流量Qes的计算精度。
在本实施方式中，学习后开口面积计算部59利用开口面积的学习值ΔSegrL来校正基础开口面积Segrb，计算出学习后开口面积SegrL。而且，控制用回流流量计算部60根据学习后开口面积SegrL、歧管压力Pb、废气的压力Pex、废气的音速Ae、以及废气的密度ρe，计算出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，计算出对与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的基础开口面积Segrb加上开口面积的学习值ΔSegrL后的值，来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，利用上述的基础开口特性数据，计算出与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的基础开口面积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)
开口面积学习值计算部53构成为在EGR阀22的开度Oe的每个动作点计算出开口面积的学习值ΔSegrL，在此情况下，学习后开口面积计算部59利用与当前的EGR阀2的开度Oe相对应的开口面积的学习值ΔSegrL，计算出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读取出与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的开度区间的学习值ΔSegrL，计算出将读取出的学习值ΔSegrL与基础开口面积Segrb相加后的值，来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，利用式(4)的节流孔的流量计算式，计算出由学习后开口面积SegrL所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与氧气浓度检测开口面积计算部57同样地，利用式(4)的第二式，根据废气的温度Tex，计算出废气的音速Ae。另外，控制用回流流量计算部60与氧气浓度检测开口面积计算部57同样地，利用式(4)的第三式，根据废气的温度Tex及废气的压力Pex，计算出废气的密度ρe。控制用回流流量计算部60与氧气浓度检测开口面积计算部57同样地，利用上述的流量常数特性数据，计算出与当前的废气的压力Pex及歧管压Pb的压力比Pb/Pex相对应的无量纲流量常数σe。也可以使用氧气浓度检测开口面积计算部57所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。
控制用回流流量计算部60利用与式(4)的第一式相当的式(8)，计算出对学习后开口面积SegrL乘以废气的音速Ae、密度ρe以及无量纲流量常数σe后的值，来作为控制用的回流废气的流量Qes。
[数学式8]
Qes＝Ae·ρe·SegrL·σe…(8)
控制用回流废气计算部54具有控制用EGR率计算部61，该控制用EGR率计算部61根据控制用的回流废气的流量Qes计算出控制用的EGR率Regrs。控制用EGR率计算部61如式(9)所示，根据控制用的回流废气的流量Qes[g/s]，计算出一个冲程期间(例如BTDC5degCA间的期间)回流至进气歧管12的回流废气量QES[g/stroke]，对回流废气量QES进行模拟了进气歧管12(气室)的延迟的一次延迟滤波处理，计算出在一个冲程期间被吸入气缸25的回流废气量即气缸进气回流废气量QES[g/stroke]。控制用EGR率计算部61例如对控制用的回流废气流量Qes乘以一个冲程周期ΔT，计算出回流废气量QES。
[数学式9]
Figure BDA0001484837640000171
此处，KCCA是预先设定的滤波增益，能够利用与式(1)相同的值。
控制用EGR率计算部61根据气缸吸入空气量QAc及气缸吸入回流废气量QESc，计算出控制用的ERG率Regrs。在本实施方式中，控制用EGR率计算部61如式(10)所示那样，作为控制用的EGR率Regrs，计算出将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。另外，也可以计算绝对EGR率。
[数学式10]
Figure BDA0001484837640000181
<回流量利用控制部55>
回流量利用控制部55利用由控制用回流废气计算部54所计算出的控制用的回流废气流量Qes对内燃机1进行控制。在本实施方式中，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，对点火时期的变化、EGR阀22的开度Oe的变化、以及内燃机1的输出转矩的中的至少一个执行计算。
例如回流量利用控制部55根据内燃机1的转速Ne、填充效率Ec、以及控制用的EGR率Regrs，计算点火时期。另外，回流量利用控制部55根据内燃机1的转速Ne及填充效率Ec等运行状态，计算出目标EGR率，使EGR阀22的开度Oe增加或减少，从而使控制用的EGR率Regrs接近目标EGR率。通过提高控制用的回流废气流量Qes的计算精度，能够提高点火时期的设定精度、EGR率的控制精度，能够提高内燃机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。
回流量利用控制部55根据内燃机1的转速Ne、填充效率Ec、以及控制用的EGR率Regrs，计算热效率。然后，回流量利用控制部55对提供至气缸25的燃料的发热量乘以热效率来计算出图示的平均有效压力，根据图示的平均有效压力计算出内燃机1的输出转矩。回流量利用控制部55根据内燃机1的输出转矩，使点火时期、吸入空气量、回流废气量变化，或者将内燃机1的输出转矩传递至变速装置的控制装置81等其他控制装置而使其利用于车辆整体的转矩控制。
1-2-1.氧气浓度检测EGR率计算部52的详细说明
接着，对氧气浓度检测EGR率计算部52进行详细说明。
在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率Regr被设为绝对EGR率，是回流抑制进气歧管12内的废气(回流废气)相对于进气歧管12内的气体的比率。下面，将氧气浓度检测EGR率Regr也仅称为EGR率Regr。EGR率Regr如式(11)所示，能利用回流到进气歧管12内的废气的分压P_egr相对于进气歧管12内的气体压力即歧管压Pb的比率来进行计算。
[数学式11]
Figure BDA0001484837640000191
图4示出了在使废气回流至进气歧管12的情况下的进气歧管12内的气体的分压状态。进气歧管12内的气体是从大气被吸入进气歧管12内的吸入空气与回流至进气歧管12内的回流废气的混合气体。此处，将被吸入进气歧管12内的吸入空气的分压设为P_new。
进气歧管12内的气体的氧气分压Pb_o2如式(12)所示，能够通过将被吸入进气歧管12内的吸入空气的氧气分压
Figure BDA0001484837640000192
和回流至进气歧管12内的回流废气的氧气分压
Figure BDA0001484837640000193
进行相加来进行间接计算，能够对歧管压Pb乘以歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000194
来进行直接计算。此处，进气歧管12内的吸入空气的氧气分压能够通过对歧管压中的吸入空气的分压P_new乘以大气的氧气浓度φo2_air[vol％]来进行计算。进气歧管12内的回流废气的氧气分压能够通过对歧管压中的回流废气的分压P_egr乘以废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]来进行计算。另外，各氧气浓度为体积浓度。
[数学式12]
Pb_o2＝P_new·φo2_air+P_egr，φo2_ex＝Pb·φ02_in
…(12)
在用式(12)除以Pb·φo2_in之后，经过整理，则推导出用于计算EGR率Regr的式(13)。基于式(13)可知：根据歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000203
能够计算出EGR率Regr。
[数学式13]
Figure BDA0001484837640000201
因而，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为根据歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000202
来计算氧气浓度检测EGR率Regr。
根据该结构，根据不易受到内燃机1本体的个体差异、历时变化的影响的、歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000204
的检测值来计算EGR率(氧气浓度检测EGR率)，因此能够提高EGR率的检测精度。另一方面，歧管内氧气浓度φo2_in是在进气歧管12内混合吸入空气和回流废气且平均化后的气体的氧气浓度，因此，氧气浓度检测EGR率Regr成为响应比通过EGR阀22的回流废气的流量要延迟的信息。因而，很难根据氧气浓度检测EGR率Regr直接计算出没有响应延迟且精度良好的回流废气的流量。如上所述，通过根据氧气浓度检测EGR率Regr等来计算不要求响应性的EGR阀22的开口面积的学习值ΔSegrL，且根据学习后开口面积SegrL来计算控制用的回流废气的流量Qes，能够计算出无响应延迟的学习后的回流废气的流量。因此，利用不易受到内燃机本体的个体差异、历时变化的影响的方法来学习EGR阀22的流量特性的个体差异、历时变化的影响，能够提高控制用的回流废气的流量Qes的推定精度。
在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为利用式(14)的计算式，根据检测出的歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000212
来计算氧气浓度检测EGR率Regr。此处，大气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000213
被预先设定为21[vol％]来作为标准值。
[数学式14]
Figure BDA0001484837640000211
废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000214
由于燃烧而大幅度地低于大气，因此，可以设定为0或者0附近的被预先设定的固定值。即使在此情况下，在式(14)的分母中，由于废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]比大气的氧气浓度φo2_air的值21小，因此能够抑制氧气浓度检测EGR率Regr的计算精度大幅度恶化的情况。
另外，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为利用预先设定了歧管内氧气浓度φo2_air[vol％]与氧气浓度检测EGR率Regr之间的关系的EGR率特性数据，计算出与当前的歧管内氧气浓度φo2_in[vol％]相对应的氧气浓度检测EGR率Regr。EGR率特性数据可以基于式(14)被预先设定，也可以基于实验值被预先设定。
<基于空燃比计算废气的氧气浓度>
废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]基于内燃机1的空燃比AF而发生变化。为了提高氧气浓度检测EGR率Regr的计算精度，期望基于内燃机1的空燃比AF使废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]进行变化。
在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为根据内燃机1的空燃比AF计算出废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]，且根据歧管内氧气浓度φo2_in[vol％]以及废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]计算出氧气浓度检测EGR率Regr。
根据上述结构，根据空燃比AF使废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000222
变化，能够提高氧气浓度检测EGR率Regr的计算精度。
在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率计算部52根据由空燃比传感器18检测出的空燃比AF来计算出废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]。或者，氧气浓度检测EGR率计算部52可以使用根据计算燃料喷射量时所使用的燃料校正系数所计算出的空燃比AF。例如燃料校正系数被设为乘以所计算出的基本燃料喷射量以使其成为理论空燃比的校正系数，计算出用理论空燃比(例如14.7)除以燃料校正系数后得到的值，来作为空燃比AF。
氧气浓度检测EGR率计算部52利用式(14)的计算式，根据歧管内氧气浓度
Figure BDA0001484837640000224
及废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000223
计算出氧气浓度检测EGR率Regr。或者，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为利用预先设定了歧管内氧气浓度φo2_in[vol％]与废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]与氧气浓度检测EGR率Regr之间的关系的EGR率特性数据，计算出与当前的歧管内氧气浓度φo2_in[vol％]及废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]相对应的氧气浓度检测EGR率Regr。EGR率特性数据可以基于式(14)被预先设定，也可以基于实验值被预先设定。
<废气的氧气浓度>
下面，着眼于燃烧化学反应式中的各个分子的摩尔数、以及各个气体的分压，推导出它们与氧气浓度及EGR率Regr之间的关系式。将内燃机1的燃料作为例如汽油的情况下的碳氢化合物的燃烧化学反应式由式(15)来表示。
[数学式15]
Figure BDA0001484837640000221
将汽油的平均分子式假定为C7H14，将空气的组成假定为“氧气(O2)：氮气(N2)＝21：79”。在汽油与空气的比率即空燃比AF为理论空燃比AF0的条件(λ＝1)下，用式(16)来表示汽油完全燃烧的情况下的燃烧化学反应式。
[数学式16]
Figure BDA0001484837640000231
在空燃比AF为浓的条件(λ<1)下，用式(17)来表示所有氧气被消耗、且汽油燃烧的情况下的燃烧化学反应式。
[数学式17]
Figure BDA0001484837640000232
在空燃比AF为稀的条件(λ>1)下，用式(18)来表示所有汽油燃烧的情况下的燃烧化学反应式。
[数学式18]
Figure BDA0001484837640000233
另外，式(16)、式(17)、式(18)是未考虑回流废气的纯粹的燃烧化学反应式。空气过剩率λ如式(19)所示，是用空燃比AF除以理论空燃比AF0(例如14.7)后的比率。若λ＝1，则空燃比AF是逻辑空燃比AF0，若λ<1，则空燃比AF为浓，若λ>1，则空燃比AF为稀。
[数学式19]
Figure BDA0001484837640000234
如式(20)及图5所示那样，理论空燃比(λ＝1)以及空燃比为浓(λ<1)的情况下，式(16)、式(17)的右边没有O2，能够将废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000243
设定为0。在理论空燃比为稀(λ>1)的情况下，能够将式(18)的右边的O2的摩尔数相对于各个气体分子的合计摩尔数之比设定为废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000241
[数学式20]
1)λ＝1，λ＜1
φo2_ex＝O …(20)
2)λ＞1
Figure BDA0001484837640000242
氧气浓度检测EGR率计算部52如图5的示例所示，构成为在空燃比AF为理论空燃比(λ＝1)或为浓(λ<1)的情况下，将废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000245
设定为0，在空燃比AF为稀(λ>1)的情况下，随着空燃比AF的稀疏程度的增加，使废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000244
从0开始增加。
根据上述结构，根据空燃比AF为理论空燃比、浓或稀，能够高精度地计算出废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000246
在本实施方式中，构成为废气从催化剂19的下游侧的排气通路17回流，即使在从气缸25排出的废气中包含未燃烧的燃料的情况下，利用催化剂19使其氧化(燃烧)，在空燃比为理论空燃比及为浓的情况下，使废气的氧气浓度接近0。因此，如上述结构那样，即使将废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000247
设定为0，也能够维持氧气浓度检测EGR率Regr的计算精度。
在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率计算部52构成为，在空燃比AF为稀(λ>1)的情况下，利用式(20)的第二式的计算式计算出废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]。根据上述结构，利用从式(18)的空燃比为稀的情况下的化学反应式的摩尔数比推导出的公式，能够高精度地计算出空燃比为稀的情况下的氧气浓度检测EGR率Regr。
或者，氧气浓度检测EGR率计算部52可构成为，利用预先设定了空燃比AF与废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]之间的关系的图5的示例所示的废气氧气浓度特性数据，设定与当前的空燃比AF相对应的废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]。废气氧气浓度特性数据可以基于式(20)被预先设定，也可以基于实验值被预先设定。
在构成为废气从催化剂19的上游侧的排气通路17发生回流的情况下，由于未燃烧燃料未被催化剂19氧化，所以即使在空燃比为理论空燃比及为浓的情况下，废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]也会高于0，在空燃比为稀的情况下，废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]会高于式(20)的第二式。
因而，氧气浓度检测EGR率计算部52如图6的示例所示，可构成为在空燃比AF为理论空燃比(λ＝1)或为浓(λ<1)的情况下，将废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000251
设定为大于0的值，在空燃比AF为稀(λ>1)的情况下，随着空燃比AF的稀疏程度的增加，使废气的氧气浓度
Figure BDA0001484837640000252
增加。在此情况下，氧气浓度检测EGR率计算部52利用图6的示例所示的预先设定的废气氧气浓度特性数据，设定与当前的空燃比AF相对应的废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]。废气氧气浓度特性数据基于实验值被预先设定。
另外，废气的氧气浓度基于内燃机1的转速Ne、填充效率Ec、以及EGR率等运行状态而发生变化。因此，氧气浓度检测EGR率计算部52可以构成为，利用对每个运行状态预先设定的废气氧气浓度特性数据，设定与当前的运行状态及空燃比AF相对应的废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]。
1-2-2.流程图
基于图7所示的流程图对本实施方式所涉及的控制装置50的处理的顺序(内燃机1的控制方法)进行说明。图7的流程图的处理通过运算处理装置90执行储存于储存装置91的软件(程序)，从而例如每隔一定运算周期重复执行。
在步骤S01中，运行状态检测部51如上所述，执行检测歧管内氧气浓度φo2_in、吸入空气流量Qa、以及EGR阀22的开度Oe等各种内燃机1的运行状态的运行状态检测处理(运行状态检测步骤)。
接着，在步骤S02中，氧气浓度检测EGR率计算部52如上所述，执行根据歧管内氧气浓度φo2_in计算出氧气浓度检测EGR率Regr的氧气浓度检测EGR率计算处理(氧气浓度检测EGR率计算步骤)。在本实施方式中，氧气浓度检测EGR率计算部52如上所述，构成为根据内燃机1的空燃比AF计算出废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]，且根据歧管内氧气浓度φo2_in[vol％]以及废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]计算出氧气浓度检测EGR率Regr。
在步骤S03中，开口面积学习值计算部53如上所述，执行根据氧气浓度检测EGR率Regr以及吸入空气流量Qa计算出氧气浓度检测回流流量Qeox，并计算出实现氧气浓度检测回流流量Qeox的EGR阀22的开口面积即氧气浓度检测开口面积Segrox，且根据氧气浓度检测开口面积Segrox计算出EGR阀22的开口面积的学习值ΔSegrL的开口面积学习值计算处理(开口面积学习值计算步骤)。
在步骤S04中，控制用回流废气计算部54如上所述，执行利用开口面积的学习值ΔSegrL计算出与当前的EGR阀22的开度Oe相对应的EGR阀22的学习后开口面积SegrL，且根据学习后开口面积SegrL计算出内燃机1的控制中所使用的控制用的回流废气的流量Qes的控制用回流废气计算处理(控制用回流废气计算步骤)。
在步骤S05中，回流量利用控制部55如上所述，执行利用了控制用的回流废气流量Qes对内燃机1进行控制的回流量利用控制处理(回流量利用控制步骤)。
[其它实施方式]
最后，对本发明的其它实施方式进行说明。下面所说明的各个实施方式的结构并不仅限于分别单独地使用的情况，只要不产生矛盾，也能够与其它的实施方式的结构进行组合来使用。
(1)在上述实施方式1中，考虑了使用汽油来作为内燃机1的燃料的情况，对如式(16)至式(18)那样假定汽油的平均分子式及空气的组成的情况为例进行说明。然而，本发明的实施方式并不仅限于此。即，对汽油的平均分子式及空气的组成使用更为严密的值，变更化学反应式、以及化学反应式中的各个分子的摩尔数，也可以变更废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]的计算中所使用的式(20)的第二式的各个常数的设定值等。另外，作为内燃机1的燃料，使用汽油以外的燃料、例如轻油、酒精、或者天然气等，根据燃料的种类变更燃料的平均分子式，并且变更化学反应式以及化学反应式中各个分子的摩尔数，也可以变更废气的氧气浓度φo2_ex[vol％]的计算中所使用的式(20)的第二式的各个常数的设定值等。
(2)在上述实施方式1中，对将内燃机1设为自然进气的内燃机的情况为例进行了说明。然而，内燃机1也可以设为具有涡轮增压器(turbocharger)或机械增压发动机(supercharger)等的增压机的内燃机。
(3)在上述实施方式1中，如上所述，以回流量利用控制部55构成为执行基于控制用的回流废气流量Qes的、点火时期的变化、EGR阀22的开度Oe的变化、以及内燃机1的输出转矩的计算中的至少一个的情况为例进行了说明。然而，本发明的实施方式并不仅限于此。即，回流量利用控制部55除了上述控制以外，例如还可以构成为在吸入空气量的控制、可变阀正时机构中使进气阀14及排气阀15的一个或两者的阀开闭正时变化的控制等中使用控制用的回流废气流量Qes。
此外，本发明在该发明的范围内能对实施方式进行适宜变形、省略。
标号说明
1 内燃机
2 吸入空气压力传感器
3 气流传感器
4 吸入空气温度传感器
7 节流阀开度传感器
8 歧管压力传感器
9 歧管温度传感器
10 歧管氧气浓度传感器
12 进气歧管
16 点火线圈
17 排气通路
18 空燃比传感器
19 催化剂
21 EGR流路
22 EGR阀
23 进气通路
27 EGR开度传感器
50 内燃机的控制装置
51 运转状态检测部
52 氧气浓度检测EGR率计算部
53 开口面积学习值计算部
54 控制用回流废气计算部
55 回流量利用控制部
56 氧气浓度检测回流流量计算部
57 氧气浓度检测开口面积计算部
58 学习值计算部
59 学习后开口面积计算部
60 控制用回流流量计算部
61 控制用EGR率计算部
81 变速装置控制装置
ΔSegrL 开口面积的学习值
ΔSegrL 开口面积的偏差
λ 空气过剩率
ρe 废气的密度
σe 无量纲流量常数
φo2_air 大气的氧气浓度
φo2_ex 废气的氧气浓度
φo2_in 歧管内氧气浓度
AF 空燃比
AF0 理论空燃比
Ae 废气的音速
Oe EGR阀的开度
P_egr 回流废气的分压
P_new 吸入空气的分压
Pb 歧管压力
Pb_o2 氧气分压
Pex 废气的压力
QA 吸入空气量
QAc 气缸吸入空气量
QES 回流废气量
QESc 气缸吸入回流废气量
Qa 吸入空气流量
Qe 回流废气的流量
Qeox 氧气浓度检测回流流量
Qes 回流废气流量
Regr 氧气浓度检测EGR率
Regrr 相对EGR率
Regrs 控制用的EGR率
Segr EGR阀的开口面积
SegrL EGR阀的学习后开口面积
Segrb EGR阀的基础开口面积
Segrox EGR阀的氧气浓度检测开口面积
Tb 歧管温度
Tex 废气的温度

Claims (11)

1.一种内燃机的控制装置，
该内燃机具有：进气通路及排气通路；对所述进气通路进行开闭的节流阀；供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流路进行开闭的EGR阀，该内燃机的控制装置的特征在于，具有：
运行状态检测部，该运行状态检测部检测出所述进气歧管内的气体的氧气浓度即歧管内氧气浓度、被吸入至所述进气通路的吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述EGR阀的开度；
氧气浓度检测EGR率计算部，该氧气浓度检测EGR率计算部根据所述歧管内氧气浓度计算出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氧气浓度检测EGR率；
开口面积学习值计算部，该开口面积学习值计算部根据所述氧气浓度检测EGR率及所述吸入空气流量计算出所述回流废气的流量即氧气浓度检测回流流量，且计算出实现所述氧气浓度检测回流流量的所述EGR阀的开口面积即氧气浓度检测开口面积，并且根据所述氧气浓度检测开口面积计算出所述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利用所述开口面积的学习值计算出与当前的所述EGR阀的开度相对应的所述EGR阀的学习后开口面积，且根据所述学习后开口面积计算出所述内燃机的控制中所使用的控制用的所述回流废气的流量。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述氧气浓度检测EGR率计算部根据所述内燃机的空燃比计算出所述废气的氧气浓度，且根据所述歧管内氧气浓度及所述废气的氧气浓度计算出所述氧气浓度检测EGR率。
3.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述氧气浓度检测EGR率计算部在所述空燃比为理论空燃比或为浓的情况下，将所述废气的氧气浓度设定为0，在所述空燃比为稀的情况下，随着所述空燃比的稀疏程度增加，使所述废气的氧气浓度从0开始增加。
4.如权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述氧气浓度检测EGR率计算部在所述空燃比为理论空燃比或为浓的情况下，将所述废气的氧气浓度设定为0，在所述空燃比为稀的情况下，将所述废气的氧气浓度设为O2_ex，将用所述空燃比除以理论空燃比后得到的空气过剩率设为λ，利用O2_ex＝21×(λ-1)/(100×λ+7)这个计算式计算出所述废气的氧气浓度。
5.如权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述氧气浓度检测EGR率计算部将所述氧气浓度检测EGR率设为Regr，将所述歧管内氧气浓度设为O2_in，将所述废气的氧气浓度设为O2_ex，将被预先设定为标准值的所述吸入空气的氧气浓度设为O2_air，
利用Regr＝(O2_air-O2_in)/(O2_air-O2_ex)这个计算式计算出所述氧气浓度检测EGR率。
6.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述运行状态检测部计算出所述EGR阀的所述排气通路侧的所述废气的温度、以及所述EGR阀的所述排气通路侧的所述废气的压力，
所述开口面积学习值计算部根据所述废气的温度计算出所述EGR阀的所述排气通路侧的所述废气的音速，根据所述废气的温度及所述废气的压力计算出所述EGR阀的所述排气通路侧的所述废气的密度，根据所述歧管压、所述废气的压力、所述废气的音速、所述废气的密度、以及所述氧气浓度检测回流流量计算出所述氧气浓度检测开口面积。
7.如权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述开口面积学习值计算部利用预先设定有所述EGR阀的基础开口面积与所述EGR阀的开度之间的关系的基础开口特性数据，计算出与当前的所述EGR阀的开度相对应的基础开口面积，根据所述基础开口面积与所述氧气浓度检测开口面积的比较结果，计算出所述开口面积的学习值，
所述控制用回流废气计算部利用所述开口面积的学习值校正所述基础开口面积从而计算出所述学习后开口面积，根据所述学习后开口面积、所述歧管压、所述废气的压力、所述废气的音速、以及所述废气的密度，计算出所述控制用的回流废气的流量。
8.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述开口面积学习值计算部在所述EGR阀的开度的每个动作点，计算出所述开口面积的学习值，
所述控制用回流废气计算部利用与当前的所述EGR阀的开度相对应的所述开口面积的学习值，计算出所述控制用的回流废气的流量。
9.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述开口面积学习值计算部在判定为是EGR率的变化较小的常规状态的情况下，允许所述开口面积的学习值的更新，在判定为是所述EGR率的变化较大的过渡状态的情况下，禁止所述开口面积的学习值的更新，保持所述开口面积的学习值。
10.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
具有回流量利用控制部，该回流量利用控制部执行基于所述控制用的回流废气的流量的、点火时期的变化、所述EGR阀的开度的变化、以及所述内燃机的输出转矩的计算中的至少一个以上。
11.一种内燃机的控制方法，其特征在于，
该内燃机具有：进气通路及排气通路；对所述进气通路进行开闭的节流阀；供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流路进行开闭的EGR阀，该内燃机的控制方法的特征在于，包括：
运行状态检测步骤，该运行状态检测步骤中检测出所述进气歧管内的气体的氧气浓度即歧管内氧气浓度、被吸入至所述进气通路的吸入空气的流量即吸入空气流量、以及所述EGR阀的开度；
氧气浓度检测EGR率计算步骤，该氧气浓度检测EGR率计算步骤中根据所述歧管内氧气浓度计算出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氧气浓度检测EGR率；
开口面积学习值计算步骤，该开口面积学习值计算步骤中根据所述氧气浓度检测EGR率及所述吸入空气流量计算出所述回流废气的流量即氧气浓度检测回流流量，且计算出实现所述氧气浓度检测回流流量的所述EGR阀的开口面积即氧气浓度检测开口面积，并且根据所述氧气浓度检测开口面积计算出所述EGR阀的开口面积的学习值；以及
控制用回流废气计算步骤，该控制用回流废气计算步骤中利用所述开口面积的学习值计算出与当前的所述EGR阀的开度相对应的所述EGR阀的学习后开口面积，且根据所述学习后开口面积计算出所述内燃机的控制中所使用的控制用的所述回流废气的流量。
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