DE60320199T2

DE60320199T2 - Vorrichtung zur Schätzung der Abgasrückführrate in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60320199T2
Application number: DE60320199T
Authority: DE
Inventors: Akio Matsunaga; Hidenobu Nakamura
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: EP1416138A3; EP1416138A2; US6877369B2; DE60320199D1; JP2004156458A; JP3861046B2; EP1416138B1; US20040089061A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate bzw. Abgasrückflussrate für eine Brennkraftmaschine, welche die Flussrate von EGR(exhaust gas recirculation)-Gas abschätzt, das von einem Abgasrückführungsrohr in einen Einlassdurchlass der Brennkraftmaschine fließt.
Erörterung des Stands der Technik
Herkömmlich ist eine EGR-Vorrichtung allgemein bekannt, die einen Teil von Abgas einer Brennkraftmaschine über ein Abgasrückführungsrohr in einen Einlassdurchlass zurückführt, um die Menge an Stickoxiden (NO_X) zu verringern, die von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Eine solche EGR-Vorrichtung wird sowohl bei funkengezündeten Brennkraftmaschinen als auch bei Dieselmotoren verwendet. In diesem Fall wird die Flussrate des EGR-Gases durch Änderung der Öffnung (des effektiven Öffnungsbereichs) eines EGR-Steuerventils gesteuert, das in dem Abgasrückführungsrohr eingebaut ist.
Eine solche EGR-Vorrichtung ist dazu konzipiert, die Flussrate von EGR-Gas abzuschätzen, das in den Einlassdurchlass fließt, und die Flussrate von Frischluft zu messen, die in den Einlassdurchlass fließt; ein EGR-Verhältnis zu erhalten, das das Verhältnis der EGR-Gasflussrate zu der Flussrate aller Gase ist, die von einer Brennkraftmaschine angesaugt werden (d. h. einer Mischung von Frischluft und EGR-Gas, die nachstehend auch als "Ansaugluft" bezeichnet wird), und zwar auf der Grundlage der abgeschätzten EGR-Gasflussrate und der gemessenen Frischluftflussrate; und dazu, die EGR-Gasflussrate auf der Grundlage des EGR-Verhältnisses zu steuern. Folglich ist eine Genauigkeit der Abschätzung der Flussrate des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass fließt, für die Brennkraftmaschinensteuerungen wie die Steuerung der EGR-Gasflussrate extrem wichtig. In Anbetracht des Vorstehenden wird eine herkömmliche Vorrichtung so konzipiert, die EGR-Gasflussrate auf der Grundlage eines Differenzialdrucks über das EGR-Steuerventil (der nachstehend als "Differenzialdruck darüber" bezeichnet wird) und der Öffnung des EGR-Steuerventils abzuschätzen (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer (kokai) 2001-280202 ; Absatz 0005 und Seite 4). Die herkömmliche Vorrichtung ist dazu konzipiert, die EGR-Gasflussrate unter Verwendung des Unterschieds zwischen einem Druck, der mittels eines Ladesensors (Ansaugdrucksensor) erfasst wird, der in dem Einlassdurchlass angeordnet ist, und einem Druck, der mittels eines Drucksensors erfasst wird, der an einer geeigneten Position stromauf des EGR-Steuerventils angeordnet ist, als den Differenzialdruck darüber abzuschätzen. Die US 6,321,732 lehrt weiterhin, wie der EGR-Fluss auf der Grundlage von Brennkraftmaschinenbetriebsparametern zu korrigieren ist. In manchen Fällen kann jedoch der Differenzialdruck zwischen Punkten unmittelbar vor und nach dem EGR-Steuerventil sich stark von dem Differenzialdruck darüber unterscheiden, der zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate verwendet wird, was aus Rohrreibung herrührt, die zwischen dem EGR-Gas und dem Abgasrückführungsrohr erzeugt wird. In einem solchen Fall kann die EGR-Gasflussrate nicht präzise abgeschätzt werden.
Insbesondere erhöht sich ein durch die Rohrreibung verursachter Fehler, der bei der Abschätzung der EGR-Gasflussrate auftritt, und daher verringert sich die Abschätzungsgenauigkeit der EGR-Gasflussrate in dem Fall, in dem die Flussrate des EGR-Gases, das durch das EGR-Steuerventil geht (und somit die Flussrate des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass fließt), unter Verwendung einer allgemeinen Formel abgeschätzt wird, welche sich auf die Flussrate eines kompressiblen Fluids bezieht, das durch einen Drosselabschnitt (das EGR-Steuerventil) geht, wobei die Flussrate des kompressiblen Fluids auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt wiedergegeben wird.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche die Flussrate von EGR-Gas, das über ein EGR-Steuerventil in den Einlassdurchlass der Brennkraftmaschine fließt, in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Rohrreibung präzise abschätzen kann.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine, die ein Abgasrückführungsrohr aufweist, das zwischen einem Abgasdurchlass und einem Einlassdurchlass verbunden ist, und ein EGR-Steuerventil, das in dem Abgasrückführungsrohr eingebaut ist und einen Drosselabschnitt zur Steuerung der Flussrate des EGR-Gases aufweist, das durch das Abgasrückführungsrohr strömt. Die Vorrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate weist Folgendes auf: eine Einrichtung zum Erhalt eines stromaufwärtigen Gasdrucks, um einen Druck von EGR-Gas auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Steuerventils als einen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite zu erhalten; eine Einrichtung zum Erhalt eines stromabwärtigen Gasdrucks, um einen Druck von EGR-Gas auf der stromabwärtigen Seite des EGR-Steuerventils als einen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite zu erhalten; eine Einrichtung zum Abschätzen einer provisorischen EGR-Gasflussrate, um eine Flussrate von EGR-Gas, das durch das EGR-Steuerventil geht, unter Verwendung einer allgemeinen Formel als eine provisorische EGR-Gasflussrate abzuschätzen, die eine Flussrate eines kompressiblen Fluids, das durch einen Drosselabschnitt geht, auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromabwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt wiedergibt, wobei die Einrichtung zur Abschätzung der provisorischen EGR-Gasflussrate den erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite als den stromaufwärtigen Druck des kompressiblen Fluids in der allgemeinen Formel und den erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite als den stromabwärtigen Druck des kompressiblen Fluids in der allgemeinen Formel verwendet; und eine Einrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate, um die Flussrate des EGR-Gases, das von dem Abgasrückführungsrohr in den Einlassdurchlass strömt, durch Korrektur eines Fehlers abzuschätzen, der in der abgeschätzten provisorischen EGR-Gasflussrate enthalten ist und der durch Rohrreibung zwischen dem Abgasrückführungsrohr und dem EGR-Gas verursacht ist.
Nach der allgemeinen Formel, welche die Flussrate eines kompressiblen Fluids wiedergibt, das durch einen Drosselabschnitt geht, kann die Flussrate des kompressiblen Fluids, das durch den Drosselabschnitt geht, auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromabwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt präzise erhalten werden.
Daher erhält die vorliegende Vorrichtung einen Gasdruck (beispielsweise Abgasdruck) an einem bestimmten Ort (beispielsweise dem Abgasdurchlass) auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselabschnitts des EGR-Steuerventils und verwendet den erhaltenen Gasdruck als den stromaufwärtigen Druck des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt. Zudem erhält die vorliegende Vorrichtung einen Gasdruck an einem bestimmten Ort (beispielsweise dem Einlassdurch lass) auf der stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts des EGR-Steuerventils und verwendet den erhaltenen Gasdruck als den stromabwärtigen Druck des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt, wodurch die vorliegende Vorrichtung eine vorläufige EGR-Gasflussrate erhält.
Anschließend korrigiert die vorliegende Vorrichtung einen Fehler, der in der abgeschätzten provisorischen EGR-Gasflussrate enthalten ist und der durch die Rohrreibung zwischen dem Abgasrückführungsrohr und dem EGR-Gas verursacht wird, um dadurch die Flussrate des EGR-Gases abzuschätzen, das in den Einlassdurchlass fließt.
Die vorstehend beschriebene allgemeine Formel ermöglicht eine genaue Abschätzung der Flussrate von Gas, das durch den Drosselabschnitt fließt, wenn die Abschätzung auf der Grundlage eines stromauwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromabwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt durchgeführt wird. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch der vorstehend beschriebene erhaltene stromaufwärtige Gasdruck als der stromaufwärtige Druck des kompressiblen Fluids verwendet, der in der allgemeinen Formel eingesetzt wird, und der vorstehend beschriebene erhaltene stromabwärtige Gasdruck wird als der stromabwärtige Druck des kompressiblen Fluids verwendet, der in der allgemeinen Formel eingesetzt wird.
Daher enthält die provisorische EGR-Gasflussrate, die von der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten wird, einen Fehler, der durch Rohrreibung verursacht ist. Daher umfasst die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, eine Einrichtung zur Korrektur eines solchen Fehlers. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Vorrichtung die Flussrate des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass fließt, selbst dann genau bestimmen, wenn der Unterschied zwischen dem erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselabschnitts und dem erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts klein wird (fällt), und daher gibt es eine starke Tendenz, dass anstatt des Grads der Drosselung vorwiegend die Rohrreibung die EGR-Gasflussrate bestimmt (das heißt, wenn sich eine Änderung in der EGR-Gasflussrate verringert, die von der Drosseländerung herrührt).
In diesem Fall ist die Einrichtung zum Erhalt des stromaufwärtigen Gasdrucks bevorzugt so aufgebaut, dass sie einen Druck von Gas in dem Abgasdurchlass, mit welchem das Abgasrückführungsrohr verbunden ist, als den Gasdruck auf der stromauf wärtigen Seite erhält, und die Einrichtung zum Erhalt des stromabwärtigen Gasdrucks ist bevorzugt so aufgebaut, dass sie einen Druck von Gas in dem Einlassdurchlass, mit welchem das Abgasrückführungsrohr verbunden ist, als den Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite erhält.
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass man den Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite und den Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite beispielsweise von Ausgaben jeweils eines Abgasdrucksensors und eines Ansaugdrucksensors erhält. Zudem kann der Abgasdrucksensor weggelassen werden, weil der Abgasdruck ein Wert ist, der durch die Durchführung einer vorab bestimmten Berechnung in vergleichsweise einfacher Weise im Vergleich mit beispielsweise dem Druck in dem Abgasrückführungsrohr genau abgeschätzt werden kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genaue Abschätzung der EGR-Gasflussrate selbst in dem Fall, in dem die jeweiligen Drücke in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten werden.
In diesem Fall ist die Einrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate bevorzugt so aufgebaut, dass sie einen Korrekturwert auf der Grundlage des Unterschieds zwischen dem erhaltenen Gasdruck auf der stromauwärtigen Seite und dem erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite berechnet und einen Fehler, der in der provisorischen EGR-Gasflussrate enthalten ist, unter Verwendung des Korrekturwerts korrigiert.
Im Allgemeinen weist der Differenzialdruck dP zwischen den erhaltenen Gasdrücken auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite eine starke Korrelation mit dem Grad des Einflusses der Rohrreibung auf die Gasflussrate auf. Insbesondere wird angenommen, dass der Grad der Drosselung die Flussrate des Gases, das durch den Drosselabschnitt fließt, überwiegend bestimmt, wenn der Differenzialdruck dP groß ist. Wenn der Differenzialdruck dP dagegen klein ist, wird angenommen, dass die Rohrreibung anstelle des Grads der Drosselung die Gasflussrate überwiegend bestimmt. Daher ermöglicht der vorstehend beschriebene Aufbau, dass man einen geeigneten Korrekturwert erhält, und daher wird die Abschätzungsgenauigkeit der EGR-Gasflussrate verbessert.
In einem spezifischeren Modus der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung zur Abschätzung der provisorischen EGR-Gasflussrate so aufgebaut, dass sie die provisorische EGR-Gasflussrate Gegr0 auf der Grundlage der nachstehenden allgemeinen Formel abschätzt: Gegr0 = Aegr·(2·Pex·ρa)1/2ρ·Φ Φ = ((κ/(κ – 1)·((Pb/Pex)2/κ – (Pb/Pex)(1+1/κ)))1/2 wobei Pex den erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite wiedergibt, Pb den erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite wiedergibt, Aegr einen effektiven Öffnungsbereich des Drosselabschnitts wiedergibt, ρa eine Dichte des EGR-Gases an einem stromaufwärtigen Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt wiedergibt und κ ein spezifisches Wärmeverhältnis von EGR-Gas wiedergibt; und die Einrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate so aufgebaut ist, dass sie den Korrekturwert dPgain in solch einer Weise erhält, dass der Korrekturwert gegen 1 steigt, wenn der Differenzialdruck (Pex – Pb) steigt), und dass sie die Flussrate Gegr0 des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass strömt, durch Multiplikation der provisorischen EGR-Gasflussrate Gegr0 mit dem Korrekturwert dPgain multipliziert.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und viele der offensichtlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich, wenn diese mit Bezug auf die nachstehende genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform besser verstanden wird, sofern diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet wird, in denen:
1 ein schematisches Schaubild ist, das den Gesamtaufbau eines Systems zeigt, in dem eine Brennkraftmaschinensteuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Brennkraftmaschine (Dieselmotor) mit vier Zylindern angewendet wird;
2A eine schematische Schnittansicht des EGR-Steuerventils ist, das in 1 gezeigt ist;
2B ein Schaubild (ein Schema) ist, welches die Beziehung zwischen einem Antriebssignal, das auf das EGR-Steuerventil wirkt, und einem effektiven Öffnungsbereich zeigt;
3 ein funktionelles Blockschaubild ist, das die Inhalte eines Programms zeigt, welches eine CPU ausführt, die in 1 gezeigt ist;
4 ein erläuterndes Schaubild ist, das Werte zeigt, welche die in 1 gezeigte CPU berechnet;
5 ein funktionelles Blockschaubild ist, das die Inhalte eines Programms zeigt, welches die in 1 gezeigte CPU ausführt;
6 ein Diagramm ist, um eine allgemeinen Formel bezüglich einer Gasflussrate an einem Drosselabschnitt zu erläutern;
7 ein funktionelles Blockschaubild ist, das die Inhalte eines Programms zeigt, welches die in 1 gezeigte CPU ausführt;
8 ein Schaubild ist, das tatsächlich gemessene Werte zeigt, die verwendet wurden, um eine Funktion fTex zu bestimmen, die eine Funktion ist, um die Temperatur Tex von EGR-Gas am Einlass des Abgasrückführungsrohrs zu erhalten;
9 ein Schaubild ist, das tatsächlich gemessene Werte zeigt, die verwendet wurden, um eine Funktion fPex zu bestimmen, die eine Funktion ist, um den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer zu erhalten;
10 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen einer Kühleffizienz μegr einer EGR-Gaskühlvorrichtung und einem Wert (Gegr/Tex) zeigt, den man durch Division der EGR-Gasflussrate Gegr durch die Temperatur Tex des EGR-Gases am Einlass des Abgasrückführungsrohrs erhält;
11 ein Schaubild ist, das tatsächlich gemessene Werte zeigt, die verwendet wurden, um eine Funktion fηim zu bestimmen, die eine Funktion zum Erhalt der Wärmeübertragungsrate ηim am Ansaugkrümmer ist;
12 ein Ablaufplan ist, der ein Programm veranschaulicht, welches die in 1 gezeigte CPU ausführt;
13 ein Schema ist, um eine zugewiesene Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, auf welche sich die in 1 gezeigte CPU während der Ausführung des in 12 gezeigten Programms bezieht;
14 ein Schema ist, um einen Basiskraftstoffeinspritzzeitpunkt zu bestimmen, auf den sich die in 1 gezeigte CPU während der Durchführung des in 12 gezeigten Programms bezieht;
15 eine Tabelle ist, um einen Referenzwert für die Gastemperatur am Ausgang des Ansaugkrümmers zu bestimmen, auf den sich die in 1 gezeigte CPU während der Durchführung des in 12 gezeigten Programms bezieht;
16 eine Tabelle ist, um einen Korrekturwert für den Einspritzzeitpunkt zu bestimmen, auf welchen sich die CPU, die in 1 gezeigt ist, während der Durchführung des in 12 gezeigten Programms bezieht;
17 ein Ablaufplan ist, der ein Programm zeigt, welches die in 1 gezeigte CPU ausführt;
18 ein Schema ist, auf welches sich die CPU einer Brennkraftmaschinensteuervorrichtung nach einer Modifizierung der ersten Ausführungsform so bezieht, dass sie ein Ziel-EGR-Verhältnis bestimmt;
19 ein Schema ist, auf welches sich die in 1 gezeigte CPU bezieht, um einen Zielladedruck zu bestimmen; und
20 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen der Kühleffizienz ηegf und der EGR-Gasflussrate Gegr zeigt, wobei die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs als ein Parameter verwendet wird.
ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung einer Brennkraftmaschine (Dieselmotor), die eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate nach der vorliegenden Erfindung sowie eine EGR-Steuervorrichtung umfasst, wird nun mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau eines Systems, in welchem die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf eine Vierzylinderbrennkraftmaschine (Dieselmotor) 10 angewendet wird. Dieses System umfasst einen Brennkraftmaschinenhauptkörper bzw. Motorblock 20, der ein Kraftstoffzuführsystem umfasst; ein Ansaugsystem 30 zum Einführen von Gas in Brennkammern einzelner Zylinder des Motorblocks 20 der Brennkraftmaschine; ein Abgassystem 40, um Abgas aus dem Motorblock 20 der Brennkraftmaschine abzuführen; eine EGR-Vorrichtung 50, um eine Abgasrückführung durchzuführen; und eine elektrische Steuervorrichtung 60.
Kraftstoffeinspritzventile 21 sind oberhalb der einzelnen Zylinder des Motorblocks 20 der Brennkraftmaschine angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzventile 21 sind elektrisch mit der elektrischen Steuervorrichtung 60 verbunden. Als Antwort auf ein Antriebssignal (ein Befehlssignal, das einer zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin entspricht) von der elektrischen Steuervorrichtung 60 öffnet jedes der Kraftstoffeinspritzventile 21 für einen vorab bestimmten Zeitabschnitt, um dadurch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einzuspritzen, der von einer nicht gezeigten Kraftstoffeinspritzpumpe bereitgestellt wird, die mit einem Kraftstofftank verbunden ist.
Das Ansaugsystem 30 umfasst einen Ansaugkrümmer 31, der mit den jeweiligen Brennkammern der einzelnen Zylinder des Hauptkörpers 20 der Brennkraftmaschine verbunden ist; ein Ansaugrohr 32, das mit einem stromabwärtigen Verzweigungsabschnitt des Ansaugkrümmers 31 verbunden ist und zusammen mit dem Ansaugkrümmer 31 einen Einlassdurchlass bildet (der Ansaugkrümmer 31 und das Ansaugrohr 32 können gemeinsam als "Ansaugrohr" bezeichnet werden); ein Drosselventil 33, das drehbar innerhalb des Ansaugrohrs 32 angebracht ist und durch ein Drosselventilstellglied 33a gedreht wird, einen Zwischenkühler 34, der in dem Ansaugrohr 32 angebracht ist, um auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 33 positioniert zu sein; einen Kompressor 35a eines Turboladers 35, der in dem Ansaugrohr 32 so eingebaut ist, dass er auf der stromaufwärtigen Seite des Zwischenkühlers 34 angeordnet ist; und einen Luftfilter 36, der an einem äußersten Endabschnitt des Ansaugrohrs 32 angeordnet ist.
Das Abgassystem 40 umfasst einen Abgaskrümmer 41, der mit den einzelnen Zylindern des Motorblocks 20 der Brennkraftmaschine verbunden ist; ein Abgasrohr 42, das mit einem stromabwärtigen Verbindungsabschnitt des Abgaskrümmers 41 verbunden ist; eine Turbine 35b des Turboladers 35 und ein Turboladerdrosselventil 35c, die in dem Abgasrohr 42 eingebaut sind; und einen Dieselpartikelfilter (nachstehend als "DPNR" bezeichnet) 43, der im Abgasrohr 42 untergebracht ist. Der Abgaskrümmer 41 und das Abgasrohr 42 bilden einen Abgasdurchlass.
Das Turboladerdrosselventil 35c ist mit der elektrischen Steuervorrichtung 60 verbunden. Als Antwort auf ein Antriebssignal von der elektrischen Steuervorrichtung 60 ändert das Turboladerdrosselventil 35c den Querschnittsbereich eines Abgasdurchlasses für Abgas, das in die Turbine 35b fließt, um dadurch die effektive Kapazität des Turboladers 35 zu ändern. Wenn der Querschnittsbereich des Abgasdurchlasses durch Schließen des Turboladerdrosselventils 35c verringert wird, erhöht sich der La dedruck. Wenn dagegen der Querschnittsbereich des Abgasdurchlasses durch Öffnen des Turboladerdrosselventils 35c erhöht wird, verringert sich der Ladedruck.
Der DPNR ist eine Filtereinheit, die einen Filter erhält, der aus einem porösen Material wie Cordierit gebildet wird und der mittels einer porösen Oberfläche die Partikel sammelt, die in Abgas enthalten sind, das durch den Filter geht. In dem DPNR 43 wird zumindest ein Metallelement, ausgewählt unter Alkalimetallen wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs; Erdalkalimetallen wie Barium Ba und Calcium Ca; und Seltenerdmetallen wie Lanthan La und Yttrium Y, zusammen mit Platin auf Aluminium, das als ein Träger dient, aufgetragen. Daher dient der DPNR 43 außerdem als eine NO_X-Katalysatoreinheit vom Speicherreduktionstyp, der nach der Absorption von NO_X das absorbierte NO_X freigibt und es reduziert.
Die EGR-Vorrichtung 50 umfasst ein Abgasrückführungsrohr 51, das einen Durchlass (EGR-Durchlass) zur Rückführung von Abgas bildet; ein Abgassteuerventil 52, das in dem Abgasrückführungsrohr 51 eingebaut ist; und eine EGR-Gaskühlvorrichtung (EGR-Kühler) 53, die in das Abgasrückführungsrohr 51 eingebaut ist.
Ein Abschnitt des Abgasrückführungsrohrs 51, der mit einem Abgasdurchlass (dem Abgaskrümmer 41) verbunden und der auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine 35b angebracht ist, dient als Einlass für EGR-Gas (Abgas). Ein Abschnitt des Abgasrückführungsrohrs 51, der mit einem Einlassdurchlass (dem Ansaugkrümmer 31) verbunden ist, der auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 33 angeordnet ist, dient als ein Auslass für EGR-Gas. Das Abgasrückführungsrohr 51 richtet eine Verbindung zwischen dem Einlass (dem Einlass des Abgasrückführungsrohrs) und dem Auslass (dem Auslass des Abgasrückführungsrohrs) ein, um dadurch ein Gasflussrohr zu bilden, durch welches das EGR-Gas von dem Einlass zu dem Auslass fließt.
Wenn der Ansaugkrümmer 31 als Gasflussrohr betrachtet wird, ist sein Einlass ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Ansaugkrümmer 31 und dem Abgasrückführungsrohr 51, während der Auslass des Ansaugkrümmers 31 ein Abschnitt am Einströmort der Ansaugluft ist, der sich zu den Brennkammern (den Öffnungen, die durch Ansaugventile geöffnet und geschlossen werden) hin erstreckt, an denen der Ansaugkrümmer 31 mit den Brennkammern (Zylindern) der Brennkraftmaschine 10 verbunden ist.
Wie in 2A gezeigt umfasst das EGR-Steuerventil 52 eine Spule 52a, ein Ventilteil 52b, eine Öffnung 52c usw. Das Ventilteil 52b und die Öffnung 52c bilden einen variablen Drosselabschnitt, dessen Grad der Drosselung geändert werden kann. Die Spule 52a ist mit der elektrischen Steuervorrichtung 60 verbunden. Das EGR-Steuerventil 52 ist ein Magnetventil vom lastgesteuerten Typ, das in einer solchen Weise konstruiert ist, dass die Spule 52a die axiale Position (den Anhebebetrag) des Ventilteils 52b als Antwort auf ein Antriebssignal (ein Spannungssignal mit einem Lastverhältnis, das sich in Übereinstimmung mit einem Befehlswert SEGR für die Öffnung des EGR-Steuerventils ändert) von der elektrischen Steuervorrichtung 60 ändert. Wie in 2B gezeigt, ändert das EGR-Steuerventil 52 den effektiven Öffnungsbereich Aegr der Öffnung 52c in Übereinstimmung mit dem Befehlswert SEGR für die Öffnung des EGR-Steuerventils, um dadurch die Menge an Abgas, die von dem Abgaskrümmer 41 in den Ansaugkrümmer 31 rückgeführt wird (die Abgasrückführmenge, EGR-Gasflussrate), anzupassen.
Die vorliegende Vorrichtung verwendet ein Magnetventil vom lastgesteuerten Typ als das EGR-Steuerventil 52. Es können jedoch andere Arten von Ventilen, wie ein unterdruckangetriebenes Ventil, das dazu konstruiert ist, den Hub eines Ventilteils durch eine elektrische Steuerung eines Unterdrucks zu ändern, oder ein Steuerventil vom schrittmotorgetriebenen Typ als das EGR-Steuerventil verwendet werden.
Die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 weist einen darin gebildeten Durchlass für EGR-Gas auf, das in den Einlass der Vorrichtung fließt und diese durch den Auslass der Vorrichtung verlässt. Weiterhin weist die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 einen Kühlabschnitt auf, der dem Durchlass für EGR-Gas ausgesetzt ist. Kühlwasser für die Brennkraftmaschine, das als ein Kühlmittel dient, wird dazu veranlasst, durch den Kühlabschnitt zu zirkulieren.
Die elektrische Steuervorrichtung 60 ist ein Mikrocomputer, der eine CPU 61, ein ROM 62, ein RAM 63, ein Reserve- bzw. Backup-RAM 64, eine Schnittstelle 65 usw. aufweist, die miteinander über einen Bus verbunden sind. Das ROM 62 speichert ein von der CPU 61 auszuführendes Programm, Schemata (Nachschlagetabellen, Abbildungen), Konstanten usw. Das RAM 63 ermöglicht es der CPU 61, vorübergehend Daten zu speichern. Das Reserve-RAM bzw. Sicherungs-RAM 64 speichert Daten in einem Zustand, in dem die Stromversorgung eingeschaltet ist, und hält die gespeicherten Daten, selbst nachdem die Stromversorgung abgeschaltet wird. Die Schnittstelle 65 enthält AD-Wandler.
Die Schnittstelle 65 ist mit einem Luftflussmesser 71 vom Heißdrahttyp verbunden, der in dem Einlassrohr 32 angeordnet ist; einem Frischlufttemperatursensor (An saugtemperatursensor) 72, der in dem Einlassdurchlass zwischen dem Zwischenkühler 34 und dem Drosselventil 33 vorgesehen ist; einem Ansaugdrucksensor 73, der in dem Einlassdurchlass vorgesehen ist, um stromab des Drosselventils 33 und stromauf eines Punkts angeordnet zu sein, an welchem das Abgasrückführungsrohr 51 mit dem Einlassdurchlass verbunden ist; einem Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 74; einem Wassertemperatursensor 75; und einem Gaspedalsensor 76. Die Schnittstelle 65 empfängt entsprechende Signale von diesen Sensoren und stellt die empfangenen Signale der CPU 61 bereit. Weiterhin ist die Schnittstelle 65 mit den Kraftstoffeinspritzventilen 21, dem Drosselventilstellglied 33a, dem Turboladerdrosselventil 35c und dem EGR-Steuerventil 52 verbunden; und gibt entsprechende Antriebssignale in Übereinstimmung mit Befehlen von der CPU 61 an diese Komponenten aus.
Der Luftflussmesser 71 vom Heißdrahttyp misst die Massenflussrate von Luft (d. h. Frischluft), die neu über den Luftfilter 36 in das Ansaugrohr eingeführt wird (Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit, Frischluftmenge pro Zeiteinheit), und erzeugt ein Signal (Frischluftflussrate) Ga, welches der Massenflussrate von Frischluft entspricht. Der Frischlufttemperatursensor 72 misst die Temperatur von Frischluft, die über den Luftfilter 36 in das Einlassrohr 32 eingeführt wird (d. h. die Frischlufttemperatur), und erzeugt ein Signal Ta, welches die Frischlufttemperatur wiedergibt.
Der Ansaugdrucksensor 73 erzeugt ein Signal Pb, welches den Druck (Ansaugdruck, Ladedruck) innerhalb des Einlassdurchlasses wiedergibt. Das bedeutet, dass der Einlassdrucksensor 73 als Einrichtung zum Erhalt eines Gasdrucks im Einlassdurchlass dient, um den Druck vom Gas in dem Einlassdurchlass (dem Ansaugkrümmer 31) als Gasdruck im Einlassdurchlass zu erhalten, mit dem das Abgasrückführungsrohr 51 verbunden ist. Der Ansaugdrucksensor 73 dient auch als Einrichtung zum Erhalt eines stromabwärtigen Gasdrucks, um den Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite des EGR-Steuerventils 52 als stromabwärtigen Gasdruck zu erhalten.
Der Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 74 erfasst die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 und erzeugt ein Signal, welches die Brennkraftmaschinendrehzahl NE wiedergibt. Der Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 74 kann auch den absoluten Kurbelwellenwinkel jedes Zylinders erfassen. Der Wassertemperatursensor 75 erfasst die Temperatur von Kühlwasser der Brennkraftmaschine 10 und erzeugt ein Signal THW, welches der erfassten Temperatur entspricht. Der Gaspedalsensor 76 erfasst die Position eines Gaspedals AP und erzeugt ein Signal Accp, welches die Gaspedalstellung (Gaspedalposition) wiedergibt.
Als Nächstes wird ein Betrieb der Brennkraftmaschinensteuervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert. Die CPU 61 der elektrischen Steuervorrichtung 60 führt wiederholt in vorab bestimmten Intervallen ein Programm zum Berechnen verschiedener Werte aus, das in 3 in der Form eines Funktionsblockschaubilds gezeigt ist, um dadurch ein tatsächliches EGR-Verhältnis Ract zu berechnen. Nachstehend wird das Programm auf einer blockweisen Grundlage beschrieben. Man bemerke, dass einige der Werte, die nachstehend beschrieben werden, in 4 gezeigt sind.
<Erhalt des tatsächlichen EGR-Verhältnisses Ract>
Das tatsächliche EGR-Verhältnis Ract ist ein Wert (Ract = Gegr/Gcyl), das man durch Division einer tatsächlichen Menge von EGR-Gas pro Zeiteinheit, die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine 10 eingebracht wird (dies ist eine Massenflussrate von EGR-Gas, das tatsächlich von dem Abgasrückführungsrohr 51 in den Einlassdurchlass fließt, und wird nachstehend als "EGR-Gasflussrate Gegr" bezeichnet), durch eine tatsächliche Menge aller Gase pro Zeiteinheit erhält, die in den Zylinder eingebracht werden (dies ist eine tatsächliche Massenflussrate aller Gase und wird nachstehend als "gesamte Gasflussrate Gcyl" bezeichnet). Die EGR-Gasflussrate Gegr ist gleich einem Wert, den man durch Abziehen einer Menge von Frischluft pro Zeiteinheit, die in den Zylinder eingebracht wird (dies ist eine Luftmassenflussrate und wird nachstehend als "tatsächliche Frischluftflussrate Gaact" bezeichnet), von der gesamten Gasflussrate Gcyl erhält. Folglich berechnet die CPU 61 ein tatsächliches EGR-Verhältnis Ract auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (1).
<Erhalt der tatsächlichen Frischluftflussrate Gaact>
Die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact, die in Gleichung (1) verwendet wird, ändert sich mit einer Zeitverzögerung bezüglich einer gemessenen Frischluftflussrate Ga, die durch Messung durch den Luftflussmesser 71 erhalten wird, und ist daher im Allgemeinen gleich einem Wert, den man durch Durchführen einer Verzögerungsverarbeitung erster Ordnung für die gemessene Frischluftflussrate Ga erhält. Folglich berechnet die CPU 61 die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (2), die im Block B2 gezeigt ist, um die Verzögerungsverarbeitung erster Ordnung für die gemessene Frischluftflussrate Ga durchzuführen. a ist eine Konstante, die einen Wert von 0 bis 1 annimmt. Man bemerke, dass Gaact(n) eine derzeitige Frischluftflussrate Gaact wiedergibt, die durch die aktuelle Berechnung erhalten wird; Gaact(n – 1) eine tatsächliche Frischluftflussrate Gaact wiedergibt, die durch die frühere Berechnung erhalten wird, die eine vorab bestimmte Zeit vor der derzeitigen Berechnung durchgeführt wurde; und Ga(n) eine gemessene Frischluftflussrate Ga auf der Grundlage der Abgabe des Luftflussmessers 71 zum Zeitpunkt der derzeitigen Kalkulation wiedergibt. Gaact(n) = α·Gaact(n – 1) + (1 – α)·Ga(n) (2)
<Erhalt einer Gesamtgasflussrate Gcyl>
Wie aus der Zustandsgleichung von Gas herzuleiten ist, nimmt die gesamte Gasflussrate Ccyl, die weiter zur Durchführung der Berechnung der Gleichung (1) nötig ist, einen Wert an, welcher dem Druck (Ansaugdruck) Pb innerhalb des Ansaugrohrs stromab des Drosselventils 33 und der Temperatur (Ansauggastemperatur) Tbout von Gas entspricht, das in den Zylinder der Brennkraftmaschine 10 hineinkommt. Nachstehend wird die Temperatur Tbout von Gas, das in den Zylinder der Brennkraftmaschine 10 kommt, als "Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers" bezeichnet.
Tatsächlich wird die gesamte Gasflussrate Gcyl durch die Menge von Gas beeinflusst, die in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 10 verbleibt. Folglich berechnet die CPU 61 wie in Block B3 gezeigt die Gesamtgasflussrate Gcyl auf der Grundlage einer empirisch abgeleiteten Formel, die durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt wird. In Gleichung (3) sind a und b experimentell bestimmte passende Konstanten, und Tbase gibt eine Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers (Referenztemperatur) wieder, als die Konstanten a und b bestimmt wurden. Den Ansaugdruck (Ladedruck) Pb, der in Gleichung (3) verwendet wird, erhält man vom Ansaugdrucksensor 73.
<Erhalt der tatsächlichen Gastemperatur Tbout>
Um die Berechnung der Gleichung (3) durchzuführen, muss die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers erhalten werden. Wie in Block B4 gezeigt be rechnet die CPU 61 die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (4). Tbout = Tbin – ηim·(Tbin – Twallim) (4)
In Gleichung (4)
gibt Tbin die Temperatur einer Gasmischung in einem Bereich innerhalb des Ansaugkrümmers 31 auf der Auslassseite des EGR-Steuerventils 52 wieder; das bedeutet, einem Bereich, in welchem EGR-Gas und Frischluft gemischt werden (nachstehend wird er einfach als ein "Zusammenflussabschnitt" oder "Ansaugkrümmereinlass" bezeichnet), wie in 4 gezeigt, und hier wird weiterhin die Temperatur des Mischgases am Ansaugkrümmereinlass als "Gastemperatur Tbin am Ansaugkrümmereinlass" bezeichnet;
Twallim gibt die Wandtemperatur des Ansaugdurchlasses 31 wieder, der sich vom Ansaugkrümmereinlass zu einem zugehörigen Ansaugventil erstreckt, und nachstehend wird die Wandtemperatur als "Wandtemperatur Twallim des Ansaugkrümmers" bezeichnet; und
ηim gibt die Wärmeübertragungsrate (Kühleffizienz) des Ansaugkrümmers 31 in einem Bereich wieder, der sich zwischen dem Einlass des Ansaugrohrs und dem Auslass des Ansaugrohrs (einem durch das Ansaugventil zu öffnenden und zu schließenden Abschnitt) erstreckt, und nachstehend wird die Wärmeübertragungsrate als "Wärmeübertragungsrate ηim des Ansaugkrümmers bezeichnet.
Die vorstehende Gleichung (4) zieht den Wärmeaustausch zwischen der Wandoberfläche des Ansaugkrümmers 31 und dem in den Zylinder eingebrachten Gas und den Wärmeaustausch zwischen der Wandoberfläche des Ansaugkrümmers 31 und der Außenluft (der Luft außerhalb des Ansaugkrümmers 31) in Betracht. Diese Wärmeaustausche werden durch den zweiten term (ηim(Tbin – Twallim)) auf der rechten Seite wiedergegeben. Dieser Wert (ηim(Tbin – Twallim)) ist ein der Temperaturänderung entsprechender Wert, der eine Änderung der Temperatur von Ansaugluft (Frischluft + EGR-Gas) wiedergibt, wenn die Ansaugluft durch den Ansaugkrümmer 31 geht.
Der Wärmeaustausch zwischen dem Gas (der Ansaugluft) und dem Gasflussrohr (dem Ansaugkrümmer 31) weist eine starke Korrelation (beispielsweise eine proportionale Beziehung) zu dem Unterschied zwischen der Temperatur des Gases am Einlass und der Wandtemperatur des Gasflussrohrs auf. Zudem kann die Wärmeübertragungsrate den Wärmeaustausch zwischen dem Gas und der Wand des Gasflussrohrs und den Wärmeaustausch zwischen der Wand des Gasflussrohrs und der Außenseite geeignet ausdrücken. Daher ermöglicht der vorstehend beschriebene Aufbau eine einfache und genaue Abschätzung des Wärmeaustausches, um dadurch eine genaue Abschätzung des der Temperaturänderung entsprechenden Werts zu ermöglichen.
Währenddessen benötigt man die entsprechenden Werte (Tbin, Twallim, ηirn) auf der rechten Seite der Gleichung (4), um die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers durch Verwendung der Gleichung (4) zu erhalten. Vorgänge, um diese Werte zu erhalten, werden einzeln beschrieben.
<Erhalt der Einlassgastemperatur des Ansaugkrümmers Tbin>
Wie in Block B5 gezeigt, berechnet die CPU 61 die Einlassgastemperatur Tbin des Ansaugkrümmers in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (5), die auf dem Gesetz des Energieerhalts basiert. Tbin(Gaact·Ta·Cair + Gegr·Tegr·Cegr)/(Gall·Cave) (5)
Die entsprechenden Werte auf der rechten Seite der Gleichung (5) werden mit Bezug auf 4 beschrieben.
Gaact gibt die vorstehend beschriebene tatsächliche Frischluftflussrate wieder, die durch den vorstehend beschriebenen Block B2 in Übereinstimmung mit Gleichung (2) erhalten wird.
Ta gibt die vorstehend beschriebene Frischlufttemperatur wieder, die durch den Frischlufttemperatursensor 72 erfasst wird.
Cair gibt die spezifische Wärme von Frischluft (spezifische Frischluftwärme) wieder, die eine vorab festgelegte Konstante ist.
Gegr gibt die vorstehend beschriebene EGR-Gasflussrate wieder, die durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren erhalten wird.
Tegr gibt die EGR-Gastemperatur unmittelbar vor der Mischung von EGR-Gas und Frischluft am Zusammenflussabschnitt wieder. Genauer gesagt ist die Temperatur Tegr die Temperatur von EGR-Gas an einem EGR-Gasauslass, der ein Verbindungsabschnitt des Abgasrückführungsrohrs 51 ist, durch den das Abgasrückführungsrohr mit dem Ansaugdurchlass verbunden ist, und wird nachstehend als "EGR-Gastemperatur am Auslass des Abgasrückführungsrohrs (EGR-Gastemperatur am Auslass des EGR-Durchlasses) Tegr" bezeichnet. Die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs erhält man durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren.
Cegr gibt die spezifische Wärme von EGR-Gas wieder (spezifische EGR-Gaswärme), die eine Konstante ist, die vorab festgelegt ist.
Gall gibt die Gesamtmenge der Mischung von EGR-Gas und Frischluft wieder; d. h. die Summe der tatsächlichen Frischluftflussrate Gaact und der EGR-Gasflussrate Gegr, und wird nachstehend als "Gasflussrate Gall am Ansaugkrümmereinlass" bezeichnet.
Cave gibt die spezifische Wärme (spezifische Wärme des Gasgemisches) der Mischung von EGR-Gas und Frischluft wieder, die eine vorab festgelegte Konstante ist.
Um die Gastemperatur Tbin am Ansaugkrümmereinlass durch Verwendung der Gleichung (5) zu erhalten, benötigt man die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs, die EGR-Gasflussrate Gegr und die Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers. Verfahren, um diese Werte zu erhalten, werden einzeln erläutert.
<Erhalt der EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs>
Wie in Block B6 gezeigt berechnet die CPU 61 die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (6). Block B6 dient als eine Einrichtung zum Abschätzen einer EGR-Gastemperatur am Auslass. Tegr = Tex – ηegr·(Tex – THW) (6)
In Gleichung (6)
gibt Tex die EGR-Gastemperatur am Einlass des Abgasrückführungsrohrs 51 in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Abgasrückführungsrohr 51 und dem Abgaskrümmer 41 (d. h. die Abgastemperatur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Abgaskrümmer 41 und dem Abgasrückführungsrohr 51) wieder und wird nachstehend als "EGR-Gastemperatur am Einlass des Abgasrückführungsrohrs (EGR-Gastemperatur am Einlass des EGR-Durchlasses) Tex" bezeichnet;
gibt ηegr die Kühleffizienz (Wärmetransferrate) der EGR-Gaskühlvorrichtung 53 wieder; und
gibt THW die Temperatur von Kühlwasser der Brennkraftmaschine 10 wieder, die gleich der Temperatur Treibai des Kühlmittels ist, weil das Kühlmittel der EGR-Gaskühlvorrichtung 53 das Kühlwasser der Brennkraftmaschine ist.
Die vorstehend beschriebene Gleichung (6) zieht den Wärmeaustausch zwischen der EGR-Gaskühlvorrichtung 53 (deren Kühlabschnitt) und dem durch die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 fließenden EGR-Gas in Betracht. Das bedeutet, dass der zweite Term (ηegr(Tex – THW)) auf der rechten Seite der Gleichung (6) ein zur Temperaturänderung gehörender Wert ist, der eine Änderung der Temperatur des EGR-Gases wiedergibt, wenn das EGR-Gas durch die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 fließt.
Tatsächlich tritt der Wärmeaustausch zwischen jedem Abschnitt des EGR-Gases und der Wandoberfläche des Abgasrückführungsrohrs 51 während eines Zeitabschnitts zwischen einem Zeitpunkt, wenn dieser Abschnitt des EGR-Gases in den Einlass des Abgasrückführungsrohrs 51 fließt, und einem Zeitpunkt auf, an dem dieser Abschnitt des EGR-Gases den Auslass des Abgasrückführungsrohrs 51 erreicht. Die Wärmemenge, die zwischen dem EGR-Gas und der Wandoberfläche des Abgasrückführungsrohrs 51 ausgetauscht wird, ist jedoch im Vergleich mit der Wärmemenge, die zwischen dem EGR-Gas und der EGR-Gaskühlvorrichtung 53 ausgetauscht ist, vergleichsweise klein. Folglich ist der zweite Term (ηegr(Tex – THW)) auf der rechten Seite der Gleichung (6) im Wesentlichen gleich einem Wert, der eine Temperaturänderung des EGR-Gases während eines Zeitabschnitts zwischen dem Eintritt in den Einlass des Abgasrückführungsrohrs 51 und der Ankunft an dem Auslass des Abgasrückführungsrohrs 51 wiedergibt.
Währenddessen benötigt man die vorstehend beschriebene EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs und die vorstehend beschriebene Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung, um die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs unter Verwendung der Gleichung (6) zu erhalten. Verfahren, um diese Werte zu erhalten, werden einzeln erläutert.
<Erhalt der EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs>
Wie in den Blöcken B8 und B9 gezeigt berechnet die CPU 61 die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs (Abgastemperatur Tex) gemäß der nachstehenden Gleichung (7). Die Blöcke B8 und B9 dienen als eine Einrichtung zum Erhalt einer EGR-Gastemperatur. Tex = fTex(XTex) (7)XTex = Gfa/Gaact
oder XTex = (Gf^a/Gaact)(Pb/Pex)
oder XTex = GfΦ
oder XTex = GfΦ(Pb/Pex) Φ = Gf/Gawobei gilt:

Gf:: Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit (g/s)
Gaact:: tatsächliche Frischluftflussrate (g/s)
Pb:: Ladedruck
Pex:: Gasdruck im Auslasskrümmer
Φ:: Äquivalenzverhältnis
a:: Konstante

In Gleichung (7)
kann man die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit Gf auf der Grundlage einer angewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE erhalten, wie im Block BP3 der 5 gezeigt (beispielsweise Gf = kGf·qfin·NE (kGf: konstant));
erhält man die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact durch den vorstehend beschriebenen Block B2 auf der Grundlage der Gleichung (2);
ist der Ladedruck Pb der Ansaugdruck Pb und wird von dem Ansaugdrucksensor 73 erhalten; und
erhält man den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer (den Druck des EGR-Gases am EGR-Gaseinlass, der ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Abgasrückführungsrohr 51 und dem Abgasdurchlass ist, der durch den Abgaskrümmer 41 gebildet wird) durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren.
Die vorstehend beschriebene Gleichung (7) basiert auf der Feststellung, dass "die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs stark von der Energie abhängt, die einem Zylinder zugeführt wird (Wärmeerzeugungsmenge), und dem Wärmeübergang, der innerhalb des Zylinders auf das Gas erzeugt wird". Die Energie, die dem Zylinder zugeführt wird, hat eine starke Korrelation mit der Kraftstoffeinspritzmenge Gf. Weiterhin hat der Wärmeübergang, der innerhalb des Zylinders auf das Gas erzeugt wird, eine starke Korrelation mit der tatsächlichen Frischluftflussrate Gaact (die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact trägt nicht zur Wärmeerzeugung bei, aber bewirkt eine Verringerung der Abgastemperatur) oder dem Äquivalentenverhältnis Φ, das ein auf die gasspezifische Wärme bezogener Wert ist. Daher werden die vorstehend beschriebenen Werte selektiv für die Variable XTex in Gleichung (7) verwendet.
Man bemerke, dass der Wert (Ladedruck Pb/Gasdruck Pex im Abgaskrümmer), der ein Wert ist, der für die Variable XTex verwendet wird, die Leichtigkeit des Durchgangs von Abgas durch den Abgaskrümmer 41 (die Leichtigkeit des Verbleibens innerhalb des Abgaskrümmers 41) wiedergibt. Je länger die Zeit ist, während welcher das Abgas innerhalb des Abgaskrümmers 41 verbleibt, desto größer ist die Wärmemenge, die zwischen dem Abgas und der Außenseite des Abgaskrümmers 41 übertragen wird. Folglich wird eine Abschätzungsgenauigkeit der EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs durch Einführen von (Ladedruck Pb/Gasdruck Pex im Abgaskrümmer) als eines Parameters verbessert. Zudem weist der Ladedruck Pb eine Korrelation mit der EGR-Gasmenge auf, und wenn die EGR-Gasmenge steigt, steigt die Temperatur zur Zeit des Starts der Verbrennung und die Abgastemperatur Tex (die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs) steigt entsprechend. Unter diesem Gesichtspunkt trägt die Verwendung des Ladedrucks Pb als eines Parameters zur Verbesserung der Abschätzungsgenauigkeit der Abgastemperatur Tex bei.
Die Funktion fTex und die Konstante a in Gleichung (7) werden für jedes Brennkraftmaschinenmodell bestimmt. Anschließend wird ein beispielhaftes Vorgehen zur Bestimmung der Funktion fTex und der Konstante a gezeigt.
(Schritt 1) Die Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine, für welche die Funktion fTex und die Konstante a zu bestimmen sind, werden geändert, und die notwendigen Brennkraftmaschinenzustandsgrößen (Gf, Gaact, Pb, Pex, Tex) werden gemessen.
(Schritt 2) Auf der Grundlage der Messergebnisse wird die Konstante a in solcher Weise bestimmt, dass die Variable XTex und ein tatsächlich gemessener Wert der EGR-Gastemperatur Tex eine enge Korrelation anzeigen. Man bemerke, dass die Anpassung (Bestimmung) des Werts der Konstante a ausgelassen wird, wenn ein Wert als die Variable XTex verwendet wird, welcher das Äquivalenzverhältnis Φ enthält.
(Schritt 3) Die Funktion fTex wird auf der Grundlage der Variablen XTex, die vorab mit der festgelegten Konstante a bestimmt wurde, sowie des tatsächlich gemessenen Werts der EGR-Gastemperatur Tex bestimmt.
8 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Variablen XTex und der tatsächlich gemessenen EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs für den Fall, in welchem GfΦ(Pb/Pex) als die Variable XTex ausgewählt ist. In diesem Fall wurde die Funktion fTex wie folgt festgelegt. Tex = fTex(XTex) = 545,9XTex0,3489
<Erhalt des Gasdrucks Pex im Abgaskrümmer>
In dem Fall, in dem eine Variable, welche den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer enthält, als die Variable XTex der vorstehend beschriebenen Gleichung (7) verwendet wird, benötigt man den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer. Wie in 5 gezeigt, die ein funktionelles Blockschaubild ist, berechnet die CPU 61 den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (8). Man bemerke, dass der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer (EGR-Gasdruck am Einlass des Abgasrückführungsrohrs) der Druck Pex von EGR-Gas am EGR-Gaseinlass ist, der ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Abgasrückführungsrohr 51 und dem Abgasdurchlass ist, der durch den Abgaskrümmer 41 gebildet wird. Weiterhin dienen die funktionellen Blöcke, die in 5 gezeigt werden, als Einrichtung zum Erhalt des EGR-Gasdrucks am Einlass des Abgasrückführungsrohrs, um den Druck von EGR-Gas an dem Abgasdurchlass (Einrichtung zum Erhalt des EGR-Gasdrucks am EGR-Gaseinlass, Einrichtung zum Erhalt des Abgasdrucks) zu erhalten, oder als Einrichtung zum Erhalt eines stromaufwärtigen Gasdrucks, um den Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Steuerventils 52 als stromaufwärtigen Gasdruck zu erhalten.
wobei

Gf:: Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit (g/s)
Gaact:: tatsächliche Frischluftflussrate (g/s)
Pb:: Ladedruck
Kvn:: Drosselkoeffizient des Turboladers mit variabler Kapazität
Avn:: Öffnung des Turboladers mit variabler Kapazität (0–100%)
avn:: positive Konstante

In Gleichung (8)
erhält man die Kraftstoffeinspritzmenge Gf auf der Grundlage der angewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE, wie in Block BP3 der 5 gezeigt;
erhält man die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact durch den vorstehend beschriebenen Block B2 auf der Grundlage der Gleichung (2);
ist der Ladedruck Pb der Ansaugdruck Pb und wird vom Einlassdrucksensor 73 erhalten; und
ist die Öffnung Avn des Turboladers mit variabler Kapazität ein Wert, der mit Bezug auf eine Tabelle wie in Block BP4 der 5 gezeigt erhalten wird, in welcher die angewiesene Kraftstoffeinspritzmenge qfin und die Brennkraftmaschinendrehzahl NE als Argumente verwendet werden.
Die CPU 61 gibt dem Turboladerdrosselventil 35c in solcher Weise ein Antriebssignal aus, dass die Öffnung des Turboladerdrosselventils 35c dem Wert Avn entspricht. Weiterhin wird im Block BP5 die Konstante avn zu der Öffnung Avn des Turboladers mit variabler Kapazität addiert, wodurch die Öffnung Avn in den Drosselkoeffizienten Kvn des Turboladers mit variabler Kapazität nach Gleichung (8) umgewandelt wird. Man bemerke, dass ein Zielladedruck festgelegt werden kann, wie später beschrieben wird, und der Wert Avn in solcher Weise bestimmt werden kann, das der tatsächliche Ladedruck gleich dem Zielladedruck wird.
Die vorstehend beschriebene Gleichung (8) basiert auf der Feststellung, dass "der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer eine starke Korrelation mit der Gasmenge, die in den Zylinder fließt (Gaact + Gf), der Öffnung Avn des Turboladerdrosselventils 35c und dem Ladedruck, der den Widerstand der Turbine 35b des Turboladers 35 wiedergibt, aufweist".
Die Funktion fPex und die Konstante avn in Gleichung (8) werden für jedes Brennkraftmaschinenmodell bestimmt. Nachstehend wird ein Beispielvorgang zum Bestimmen der Funktion fPex und der Konstanten avn gezeigt.
(Schritt 1) Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine, für welche die Funktion fPex und die Konstante avn zu bestimmen sind, werden geändert; und notwendige Brennkraftmaschinenzustandsgrößen (Gf, Gaact, Pb, Avn, Pex) werden gemessen.
(Schritt 2) Auf der Grundlage der Messergebnisse wird die Konstante avn in einer solchen Weise bestimmt, dass die Variable XPex und der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer eine enge Beziehung zeigen.
(Schritt 3) Die Funktion fPex wird auf der Grundlage der Variablen XPex, die in Übereinstimmung mit der bestimmten Konstanten avn bestimmt wurde, sowie des tatsächlich gemessenen Werts des Gasdrucks Pex im Abgaskrümmer bestimmt.
9 zeigt Messwerte, die verwendet wurden, um die Funktion fPex in der vorstehend beschriebenen Weise zu bestimmen. In diesem Fall wurde die Funktion fPex so bestimmt, wie sie durch die nachstehende Gleichung (9) wiedergegeben wird. Wie vorstehend beschrieben, kann der Abgasdruck Pex in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, ohne eine Abgasdrucksensor zu verwenden, wodurch die Kosten der Vorrichtung verringert werden können. Pex = fPex(XPex) = –2·10–8·XPex2 + 0,059 XPex + 100,59 (9)
Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang erhält man die verschiedenen Werte (Gf, Gaact, Pb, Pex), die zum Erhalt der Variablen XTex der Gleichung (7) nötig sind, und die Variable XTex wird bestimmt. Folglich erhält die CPU 61 die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs (Abgastemperatur Tex) durch Durchführen einer Berechnung in Übereinstimmung mit der Gleichung (7). Währenddessen muss zusätzlich die Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung erhalten werden, um die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs unter Verwendung der Gleichung (6) zu erhalten.
<Erhalt der Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung>
Wie im Block B10 der 3 gezeigt berechnet die CPU 61 in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (10) die Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung. Der Block B10 dient als eine Einrichtung (Abschätzeinrichtung) zum Erhalt einer Kühleffizienz der Kühlvorrichtung. ηegr = fηegr(Gegr/Tex) (10)
Wie in Gleichung (10) gezeigt, benötigt man die vorstehend beschriebene EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs und die EGR-Gasflussrate Gegr, um die Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung zu erhalten. Die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs erhält man durch die Blöcke B8 und B9 in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Gleichung (7). Die EGR-Gasflussrate Gegr erhält man durch den Block B12, der später beschrieben wird.
Man bemerke, dass ein Wert (ein der EGR-Gasflussrate entsprechender Wert), der der EGR-Gasflussrate Gegr entspricht, in Gleichung (10) als die EGR-Gasflussrate Gegr verwendet werden kann. Beispielsweise kann die EGR-Gasflussrate Gegr mit der EGR-Gasflussgeschwindigkeit Vegr an einem vorab bestimmten Ort des Abgasrückführungsrohrs 51 ersetzt werden. Weil die Form des EGR-Durchlasses (des EGR-Durchlasses, der durch das Abgasrückführungsrohr 51 und die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 gebildet wird) bekannt ist, kann die EGR-Gasflussrate Gegr auf der Grundlage der EGR-Gasflussgeschwindigkeit Vegr abgeschätzt werden. Dies ist der Grund, warum die EGR-Gasflussrate Gegr durch die EGR-Gasflussgeschwindigkeit Vegr ersetzt werden kann. Die EGR-Gasflussgeschwindigkeit Vegr kann direkt von einem Flussgeschwindigkeitssensor erhalten werden, der innerhalb des Abgasrückführungsrohrs 51 angeordnet ist.
Die Funktion fηegr in Gleichung (10) wird für jedes Brennkraftmaschinenmodell bestimmt. Nachstehend wird ein Beispielvorgang zum Bestimmen der Funktion fηegr gezeigt.
(Schritt 1) Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine, für welche die Funktion fη egr zu bestimmen ist, werden geändert; und notwendige Brennkraftmaschinenzustandsgrößen (Gegr, Tex, ηegr) werden gemessen.
(Schritt 2) Auf der Grundlage der Messergebnisse wird die Beziehung zwischen ηegr und Gegr/Tex in der Form eines Schaubilds wie in 10 gezeigt bestimmt.
(Schritt 3) Die Funktion fηegr wird auf der Grundlage des in Schritt 2 vorbereiteten Schaubilds bestimmt.
Wenn sich die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs ändert, ändert sich die Beziehung zwischen der Kühleffizienz ηegr und der EGR-Gasflussrate Gegr wie in 20 gezeigt. Dagegen wird die Beziehung zwischen der Kühleffizienz ηegr und dem Wert (= Gegr/Tex), den man durch Division der EGR-Gasflussrate Gegr durch die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs erhält, einheitlich bestimmt, unabhängig von der EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs. In anderen Worten kann die Funktion fηegr einfach bestimmt werden, indem man die Kühleffizienz ηegr bestimmt, wenn man den Wert (Gegr/Tex) als eine Variable verwendet, weil ein Experiment enthüllte, dass die Kühleffizienz ηegr sich im Allgemein umgekehrt proportional zur EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs verhält.
In der vorliegenden Vorrichtung wird die vorstehend beschriebene Funktion fηegr in dem ROM 62 in der Form einer Funktion gespeichert, oder Daten, die aus Kombinationen von Werten von Gegr/Tex und ηegr bestehen, werden in der Form von Werten eines Schemas (einer eindimensionalen Abbildung) in dem ROM 62 gespeichert; und man erhält eine tatsächlich erhaltene Kühleffizienz ηegr auf der Grundlage eines tatsächlichen Werts von Gegr/Tex und der gespeicherten Funktion oder des Schemas.
Man bemerke, dass, wenn die elektrische Steuervorrichtung 60 überschüssige Rechenkapazität und/oder Speicherkapazität aufweist, ein solches Verfahren verwendet werden kann, dass die Werte von Gegr, Tex und ηegr gemessen werden, während die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine geändert werden; die gemessenen Daten in dem ROM 62 in der Form eines Schemas (einer zweidimensionalen Abbildung) Mapηegr gespeichert werden; und eine tatsächliche Kühleffizienz ηegr auf der Grundlage einer tatsächlichen EGR-Gasflussrate Gegr, einer tatsächlichen EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs und der gespeicherten Tabelle Mapηegr erhalten wird. Alternativ kann ein solches Verfahren verwendet werden, dass eine Funktion gTex (Gegr) zur Bestimmung der Kühleffizienz ηegr aus der EGR-Gasflussrate Gegr für jede EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs erhalten und in dem ROM gespeichert wird; eine geeignete Funktion gTex aus der Vielzahl von gespeicherten Funktionen gTex auf der Grundlage einer tatsächlichen EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs ausgewählt wird; und eine tatsächliche Kühleffizienz ηegr aus der gewählten Funktion gTex und einer tatsächlichen EGR-Gasflussrate Gegr erhalten wird.
Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang erhält man die EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs, die Kühleffizienz ηegr der EGR-Gaskühlvorrichtung und die Kühlwassertemperatur THW (Kühlmitteltemperatur Treibai), die für die Berechnung notwendig sind, die durch den Block B6 in Übereinstimmung mit Gleichung (6) durchgeführt wird. Daher kann die CPU 61 die EGR-Gastemperatur Tegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs unter Verwendung der Gleichung (6) erhalten. An diesen Punkt werden die vorstehend beschriebene EGR-Gasflussrate Gegr und die Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers, die Variablen sind, benötigt, um die Berechnung der Gleichung (5) durchzuführen. Die Verfahren zum Erhalt dieser Werte werden nun beschrieben.
<Erhalt der EGR-Gasflussrate Gegr>
Das vorstehend beschriebene EGR-Steuerventil 52 bildet durch das Ventilteil 52b und die Öffnung 52c einen variablen Drosselabschnitt, und das EGR-Gas geht durch den Drosselabschnitt. Die Flussrate Gegr0 von EGR-Gas, das durch den Drosselabschnitt geht, wie stromab des Drosselabschnitts gemessen wird, kann durch die nachstehende Gleichung (11) erhalten werden. Die Gleichung (11) ist eine allgemeine Formel bezüglich der Flussrate eines kompressiblen Fluids, die insoweit gültig ist, als die Flussgeschwindigkeit an dem Drosselabschnitt die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet. Weil die Flussgeschwindigkeit an dem Drosselabschnitt 52c des EGR-Steuerventils 52 die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet, ist die Gleichung (11) gültig.
Die in Gleichung (11) verwendeten Werte werden mit Bezug auf 6 beschrieben.
Pup gibt den stromaufwärtigen Druck an einer Position unmittelbar vor dem Drosselabschnitt wieder.
Pdn gibt den stromabwärtigen Druck an einer Position unmittelbar nach dem Drosselabschnitt wieder.
ρa gibt die Dichte von EGR-Gas auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselabschnitts wieder.
κ gibt das spezifische Wärmeverhältnis des EGR-Gases wieder.
Aegr gibt den effektiven Öffnungsbereich des Drosselabschnitts wieder (des Drosselabschnitts, der durch das Ventilteil 25b und die Öffnung 52c des EGR-Steuerventils 52 gebildet ist).
Tatsächlich verwendet die CPU 61 den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer als den Druck Pup auf der stromaufwärtigen Seite und den Ansaugdruck (Ladedruck) Pb als den Druck Pdn auf der stromabwärtigen Seite; und erhält die EGR-Gasflussrate GergO an einer stromabwärtigen Position unmittelbar nach dem Drosselabschnitt, der durch das Ventilteil 25b und die Öffnung 52c des EGR-Steuerventils 52 gebildet wird, auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (12). Aus Gründen der Bequemlichkeit wird diese EGR-Gasflussrate GergO als provisorische EGR-Gasflussrate GergO bezeichnet.
Man erhält den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer in Gleichung (12) durch den Block BP1 der 5 in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Gleichung (8) (tatsächlich Gleichung (9)).
Man erhält den Ladedruck Pb vom Einlassdrucksensor 73.
Das spezifische Wärmeverhältnis κ des EGR-Gases ist vorab gegeben.
Man erhält den effektiven Öffnungsbereich Aegr auf der Grundlage des Öffnungsbefehlswerts SEGR für das EGR-Steuerventils, der ein Befehlswert ist, der von der CPU 61 dem EGR-Steuerventil 52 bereitgestellt wird, und einem in 2B gezeig ten und in dem ROM 62 gespeicherten Schema MapAegr. In diesem Fall kann der effektive Öffnungsbereich Aegr auf der Grundlage des Schemas MapAegr und eines Signals von einem Sensor zum Erfassen des Hubs des EGR-Steuerventils 52 erhalten werden, ohne den Öffnungsbefehlswert SEGR für das EGR-Steuerventil zu verwenden.
Die Dichte ρa auf der stromaufwärtigen Seite erhält man auf der Grundlage des Gasdrucks Pex im Abgaskrümmer, der EGR-Gastemperatur Tex am Einlass des Abgasrückführungsrohrs 51 und der Zustandsgleichung von Gas. Tatsächlich wird das EGR-Gas durch die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 gekühlt, und daher fällt die Temperatur des EGR-Gases. Weil jedoch auch der Druck des EGR-Gases fällt, ist die in der beschriebenen Weise erhaltene Dichte im Wesentlichen gleich der Dichte des EGR-Gases, das in das EGR-Steuerventil 52 fließt.
Die in der beschriebenen Weise erhaltene EGR-Gasflussrate Gegr0 weist jedoch manchmal aufgrund von Rohrreibung, die zwischen dem EGR-Gas und dem EGR-Durchlass (dem Durchlass, der durch das Abgasrückführungsrohr 51 und die EGR-Gaskühlvorrichtung 53 gebildet wird) erzeugt wird, eine geringe Genauigkeit auf.
Das bedeutet, dass der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer in der vorstehend beschriebenen Gleichung (11) als der Druck Pup auf der stromaufwärtigen Seite verwendet wird und der Ansaugdruck (Ladedruck) Pb als der Druck Pdn auf der stromabwärtigen Seite verwendet wird. Daher ist die vorstehend beschriebene Gleichung (12) in einem Zustand gültig, in welchem eine Änderung der Drosselung (d. h. des effektiven Öffnungsbereichs Aegr) die Flussrate von Gas überwiegend bestimmt, das durch den Drosselabschnitt geht. Die vorstehend beschriebene Gleichung (12) ist jedoch in anderen Zuständen nicht immer gültig, d. h. in einem Zustand, in dem die Rohrreibung die Gasflussrate überwiegend bestimmt.
Ob die Drosselung (der Grad der Drosselung) oder die Rohrreibung die Gasflussrate überwiegend bestimmt, sollte abhängig von der Beziehung zwischen dem effektiven Öffnungsbereich Aegr der Drossel und dem Differenzialdruck dP zwischen dem Gasdruck Pex im Abgaskrümmer und dem Ansaugdruck Pb bestimmt werden. Im Allgemeinen wird jedoch angenommen, dass die Drosselung (der Grad der Drosselung) die Gasflussrate überwiegend bestimmt, wenn der Differenzialdruck dP (= Pex – Pb) groß ist. Wenn dagegen der Differenzialdruck dP klein ist, wird angenommen, dass die Rohrreibung, die sich in Übereinstimmung mit der Länge des Abgasrückführungsrohrs 51 ändert, anstelle der Drosseländerung die Gasflussrate überwiegend bestimmt, weil jeweils der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer und der Ansaugdruck Pb als der Druck Pup auf der stromaufwärtigen Seite und der Druck Pdn auf der stromabwärtigen Seite verwendet werden.
Außerdem wird der Differenzialdruck Pb, der in der Berechnung verwendet wird, größer als der Differenzialdruck, der tatsächlich über den Drosselabschnitt erzeugt wird (der Differenzialdruck zwischen Punkten unmittelbar vor und nach dem Drosselabschnitt), weil in der vorstehend beschriebenen Gleichung (11) jeweils der Gasdruck Pex im Abgaskrümmer und der Ansaugdruck (Ladedruck) Pb als der Druck Pup auf der stromaufwärtigen Seite und der Druck Pdn auf der stromabwärtigen Seite verwendet werden. Daher ist der Differenzialdruck, der über den Drosselabschnitt erzeugt wird, in einem Bereich, in der Differenzialdruck dp klein ist, sehr klein, und die Drossel dient nicht als ein überwiegender Einflussfaktor für die Gasflussrate. Daher ist es möglich, die provisorische EGR-Gasflussrate Gegr0, die man durch Gleichung (12) erhält, als einen Wert zu berechnen, der größer als die tatsächliche Flussrate von EGR-Gas ist, das durch das EGR-Steuerventil 52 geht.
In Anbetracht des Vorstehenden führt die vorliegende Vorrichtung einen Korrekturkoeffizienten (Korrekturwert) dPgain ein, der in Übereinstimmung mit dem Differenzialdruck dP (= Pex – Pb) zwischen dem Gasdruck Pex im Abgaskrümmer und dem Ansaugdruck (Ladedruck) Pb bestimmt wird, und korrigiert die EGR-Gasflussrate Gegr0, die man durch die vorstehend beschriebene Gleichung (12) erhält, unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten dPgain.
Das bedeutet, dass die vorliegende Vorrichtung die EGR-Gasflussrate Gegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs durch Multiplikation der EGR-Gasflussrate Gegr0, die man durch die vorstehend beschriebene Gleichung (12) erhalten hat, mit dem Korrekturkoeffizienten dPgain erhält, der sich "0" annähert, wenn der Differenzialdruck dP fällt, und sich "1" annähert, wenn der Differenzialdruck dP steigt, weil der Einfluss der Rohrreibung auf die EGR-Gasflussrate steigt, wenn der Differenzialdruck dP fällt.
Genauer gesagt erhält die CPU 61 den Korrekturkoeffizienten (Korrekturwert) dPgain durch den Block BG1, der in 7 gezeigt ist, auf der Grundlage des Differenzialdrucks dP und eines Schemas MapdPgain, das in dem ROM 62 gespeichert und im Block BG1 gezeigt. Zudem erhält die CPU 61 den effektiven Öffnungsbereich Aegr über den Block B12a, der in 3 gezeigt ist, auf der Grundlage des Öffnungsbefehlswerts SEGR für das EGR-Steuerventil und der Tabelle MapAegr, die in 2B gezeigt und in dem ROM 62 gespeichert ist. Anschließend erhält die CPU 61 die EGR-Gasflussrate Gegr am Auslass des Abgasrückführungsrohrs (die Flussrate des EGR-Gases, das tatsächlich durch das EGR-Steuerventil 52 geht) über den Block B12, der in 3 gezeigt ist, auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichung (12) und der nachstehenden Gleichung (13). Gegr = dPgain·fGegr(Pex, Pb, Aegr) = dPgain·Gegr0 (13)
Man bemerke, dass ein Abschnitt des Blocks B12, der die vorstehend beschriebene Gleichung (12) durchführt, als eine Einrichtung zum Abschätzen einer provisorischen EGR-Gasflussrate dient, um die Flussrate des EGR-Gases, das durch das EGR-Steuerventil geht, unter Nutzung einer allgemeinen Formel (der vorstehend beschriebenen Gleichung (11)) als eine provisorische EGR-Gasflussrate Gegr0 zu erhalten, in welcher die Flussrate eines kompressiblen Fluids, das durch einen Drosselabschnitt geht, auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromabwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt wiedergegeben wird, wobei der vorstehend beschriebene erhaltene Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite als der stromaufwärtige Druck des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt verwendet wird und der vorstehend beschriebene erhaltene Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt als der stromabwärtige Druck des kompressiblen Fluids verwendet wird.
Zudem dient ein Abschnitt des Blocks B12, der den Korrekturkoeffizienten (Korrekturwert) dPgain erhält, und ein Abschnitt des Blocks B12, der die Gleichung (13) ausführt, um die provisorische EGR-Gasflussrate mit dem Korrekturkoeffizienten dPgain zu multiplizieren, um dadurch die provisorische EGR-Gasflussrate Gegr0 zu korrigieren, als eine Einrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate, um die Flussrate Gegr von EGR-Gas, das von dem Abgasrückführungsrohr 51 in den Einlassdurchlass fließt, abzuschätzen, indem ein Fehler korrigiert wird, der in der abgeschätzten provisorischen EGR-Gasflussrate Gegr0 enthalten ist und der durch die Rohrreibung zwischen dem Abgasrückführungsrohr 51 und dem EGR-Gas verursacht wird.
<Erhalt der Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers>
Wie vorstehend beschrieben ist die Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers die Summe der tatsächlichen Frischluftflussrate Gaact und der EGR-Gasflussrate Gegr. Wie in Block B13 der 3 gezeigt, berechnet die CPU 61 die Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers anhand der nachstehenden Gleichung (14). Gall = Gaact + Gegr (14)
Die tatsächliche Frischluftflussrate Gaact in Gleichung (14) wird durch Block B2 auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) bereitgestellt. Die EGR-Gasflussrate Gegr erhält man durch den Block B12 auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichung (12) und (13).
Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang erhält man die verschiedenen Werte, die zur Durchführung der Berechnung der Gleichung (5) benötigt werden. Folglich erhält die CPU 61 die Gastemperatur Tbin am Einlass des Ansaugkrümmers über den Block B6 in Übereinstimmung mit Gleichung (5). Währenddessen werden in diesem Zustand die vorstehend beschriebene Temperatur Twallim der Wand des Ansaugkrümmers und die Wärmeübertragungsrate ηim des Ansaugkrümmers, die variabel sind, zum Erhalt der Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers unter Verwendung der Gleichung (4) benötigt (Block B4). Diese Variablen erhält man wie folgt.
<Erhalt der Wandtemperatur Twallim des Ansaugkrümmers>
Die Wandtemperatur Twallim des Ansaugkrümmers weist eine starke Korrelation mit der Kühlwassertemperatur THW auf, die von dem Wassertemperatursensor 75 erfasst wird. Daher berechnet die CPU 61 die Wandtemperatur Twallim mittels des Blocks B14 in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (15), wobei sie eine Funktion flTwallim verwendet, die einen Wert bereitstellt, der sich mit der Kühlwassertemperatur THW erhöht. Man bemerke, dass die Funktion f1Twallim experimentell vorab erhalten und im ROM 62 gespeichert ist. Twallim = f1Twallim(THW (15)
<Erhalt der Wärmeübertragungsrate ηim des Ansaugkrümmers>
Wie in den Blöcken B15 und B16 gezeigt berechnet die CPU 61 die Wärmeübertragungsrate ηim des Ansaugkrümmers in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (16).
In Gleichung (16) gibt Vim die Gasflussgeschwindigkeit in dem Ansaugkrümmer wieder (die nachstehend als "Gasflussgeschwindigkeit Vim im Ansaugkrümmer" bezeichnet wird). Weil die Form des Ansaugkrümmers 31 bekannt ist, kann man die Gasflussgeschwindigkeit Vim im Ansaugkrümmer auf der Grundlage der Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers erhalten, wie in der vorstehend beschriebenen Gleichung (16) gezeigt. Die Gasflussrate Gall im Einlass des Ansaugkrümmers erhält man durch den Block B13 in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Gleichung (16).
Man bemerke, dass man die Gasflussgeschwindigkeit Vim im Ansaugkrümmer direkt von einer Ausgabe eines Flussgeschwindigkeitssensors erhalten kann, der in dem Ansaugkrümmer 31 angeordnet ist. Obwohl die Gasflussgeschwindigkeit Vim im Ansaugkrümmer als eine Variable der Funktion fηim der Gleichung (16) anstelle der Gasflussgeschwindigkeit Vim im Ansaugkrümmer verwendet wird, kann die Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers als eine Variable verwendet werden.
Die vorstehend beschriebene Gleichung (16) basiert auf der Feststellung, dass "die Wärmeübertragungsrate des Ansaugkrümmers ηim stark durch die Gasflussgeschwindigkeit Vim innerhalb des Ansaugkrümmers 31 beeinflusst wird". Obwohl in der Gleichung (16) auch die Kühlwassertemperatur THW als eine Variable verwendet wird, um die Wärmeübertragungsrate ηim im Ansaugkrümmer zu erhalten, kann man die Wärmeübertragungsrate ηim im Ansaugkrümmer unter Verwendung einer Funktion der Gasflussgeschwindigkeit Vim (ηim = fηim(Vim)) oder einer Funktion der Gasflussrate Gall am Einlass des Ansaugkrümmers (ηim = fηim(Galt)) ohne Verwendung der Kühlwassertemperatur THW erhalten.
Weil die Funktion fηim zwischen den der Brennkraftmaschinenmodellen variiert, wird die Funktion fηim für jedes Modell durch Vergleich mit den tatsächlichen Messwerten bestimmt. 11 zeigt tatsächliche Messwerte für eine bestimmte Brennkraftmaschine. In dem Beispiel der 11 wird die Funktion fηim wie in der nachstehenden Gleichung (17) gezeigt bestimmt. ηim = fηim(Vim, THW) = (–0,000061·THW2 + 0,003378·THW – 0,180831)·In(Vim) + (0,000048·THW2 – 0,000227·THW + 0,509251) (17)
Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang erhält man die verschiedenen Werte (Tbin, ηim, Twallim), die benötigt werden, um die Berechnung der Gleichung (4) durchzuführen. Daher erhält die CPU 61 die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers mittels des Blocks B4 auf der Grundlage der Gleichung (4). Entsprechend erhält die CPU 61 die Gesamtgasflussrate Gcyl, welche die Menge aller Gase wiedergibt, die in die Brennkraftmaschine 10 zurückgeführt werden, mittels des Blocks B3 auf der Grundlage der Gleichung (3). Anschließend erhält die CPU 61 das tatsächliche EGR-Verhältnis Ract mittels des Blocks B1 auf der Grundlage der Gleichung (1).
Als Nächstes werden verschiedene Steuerungen der Brennkraftmaschine 10 beschrieben, die durch Verwendung der verschiedenen Werte durchgeführt werden, die man in der vorstehend beschriebenen Weise erhält.
<Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzzeitraums>
Die CPU 61 führt wiederholt in vorab bestimmten Intervallen ein Programm durch, das durch den Ablaufplan der 12 gezeigt und dazu angepasst ist, eine Kraftstoffeinspritzmenge und einen Kraftstoffeinspritzzeitraum zu steuern. Wenn daher ein vorab bestimmter Zeitpunkt erreicht wurde, beginnt die CPU 61 die Verarbeitung vom Schritt 1200 und geht dann zum Schritt 1205 weiter, um so eine zugewiesene Kraftstoffeinspritzmenge qfin aus der Gaspedalstellung Accp, der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und einer Tabelle (einer Abbildung) Mapqfin zu erhalten, die in 13 gezeigt ist. Die Tabelle Mapqfin bestimmt die Beziehung zwischen der Gaspedalöffnung Accp und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und die zugewiesene Kraftstoffeinspritzmenge qfin; und sie ist in dem ROM 62 gespeichert.
Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1210 weiter, um einen Basiskraftstoffeinspritzzeitraum finj aus der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin, der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und einem Schema Mapfinj, das in 14 gezeigt ist, zu bestimmen. Das Schema Mapfinj bestimmt die Beziehung zwischen der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und den Basiskraftstoffeinspritzzeitraum finj; und es ist in dem ROM 62 gespeichert.
Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1215 so weiter, dass sie den Referenzwert Tboutref für die Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers aus der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin, der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und eines Schemas MapTboutref bestimmt, das in 15 gezeigt ist. Das Schema MapTboutref definiert die Beziehung zwischen der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und den Referenzwert Tboutref für die Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers; und es ist in dem ROM 62 gespeichert. Dieser Referenzwert Tboutref für die Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers gibt eine Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers 31 zur Zeit des Einsatzes des Basiskraftstoffeinspritzzeitraums finj wieder, der unter Verwendung des in 14 gezeigten Schemas für die Kombination der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE bestimmt ist.
Als Nächstes geht die CPU 61 zum Schritt 1220 so weiter, dass ein Korrekturwert Δθ für den Einspritzzeitraum auf der Grundlage des Referenzwerts Tboutref für die Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers, der in Schritt 1215 bestimmt ist, des Unterschieds (Tboutref – Tbout) zwischen dem Referenzwert Tboutref der Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers und einer tatsächlichen Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers, die durch den in 3 gezeigten Block B4 erhalten wird, und einem in 16 gezeigten Schema MapΔθ bestimmt wird. Das Schema MapΔθ bestimmt die Beziehung zwischen dem Unterschied (Tboutref – Tbout) und dem Korrekturwert Δθ für den Einspritzzeitraum und wird in dem ROM 62 gespeichert.
Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1225 so weiter, dass der Basiskraftstoffeinspritzzeitraum finj durch den Korrekturwert Δθ für den Einspritzzeitraum korrigiert wird, um dadurch einen endgültigen Einspritzzeitraum finjfinal zu erhalten. Wie vorstehend beschrieben, korrigieren die vorstehend beschriebenen Schritte 1215 bis 1225 den Einspritzzeitraum in Übereinstimmung mit der Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers. Wie in 16 gezeigt nimmt in diesem Fall der Korrekturwert für den Einspritzzeitraum Δθ einen negativen Wert an, wenn die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers höher als der Referenzwert Tboutref der Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers wird, welcher dem Unterschied dazwischen entspricht, so dass der endgültige Einspritzzeitraum finjfinal zur Verzögerungsseite hin verschoben wird. Wenn dagegen die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers niedriger als der Referenzwert Tboutref der Gastemperatur am Auslass des Ansaugkrümmers wird, nimmt der Korrekturwert Δθ des Einspritzzeitraums einen positiven Wert an, der dem Unterschied dawischen entspricht, so dass der endgültige Einspritzzeitraum finjfinal zur frühen Seite verschoben wird.
Der Grund, warum der Einspritzzeitraum in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wird, ist der folgende: Wenn die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers hoch ist, ist die Zündbarkeit von Kraftstoff besser als in dem Fall, in dem die Temperatur Tbout niedrig ist. Daher verschlechtert sich die Zündbarkeit nicht, selbst wenn der Kraftstoffeinspritzzeitraum verzögert wird, und die NO_X-Emission kann verringert werden. Wenn dagegen die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers klein ist, wird die Zündbarkeit von Kraftstoff schlechter. Daher wird der Kraftstoffeinspritzzeitraum vorgezogen, um die Zündbarkeit zu erhalten. Dieser Vorgang verbessert die Abgabeleistung der Brennkraftmaschine 10 und verringert die NO_X-Emission.
Im nachfolgenden Schritt 1230 bestimmt die CPU 61, ob die derzeitige Zeit mit dem endgültigen Einspritzzeitraum finjfinal zusammenfällt, der im Schritt 1225 bestimmt wurde. Wenn die momentane Zeit mit dem endgültigen Einspritzzeitraum finjfinal zusammenfällt, geht die CPU 61 zum Schritt 1235 weiter, um das Kraftstoffeinspritzventil 21 für einen Zylinder, dessen Einspritzzeitraum erreicht wurde, zu veranlassen, Kraftstoff in einer Menge einzuspritzen, welche der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin entspricht, die im Schritt 1205 bestimmt wurde. Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1295 so weiter, dass sie den vorliegenden Vorgang beendet. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt 1230 "Nein" ist, geht die CPU 61 direkt zum Schritt 1295 so weiter, dass sie das vorliegende Programm beendet. Durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung werden eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und eine Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitraums erzielt.
<EGR-Steuerung>
Als Nächstes wird die EGR-Verhältnissteuerung beschrieben. Die CPU 61 führt wiederholt in vorab bestimmten Intervallen ein Programm durch, das durch den Ablaufplan der 17 gezeigt und dazu angepasst ist, das EGR-Verhältnis zu steuern. Wenn ein vorab bestimmter Zeitraum erreicht wurde, startet daher die CPU 61 die Verarbeitung ab dem Schritt 1700 und geht dann zum Schritt 1705 so weiter, dass sie eine Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt aus der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin zur momentanen Zeit, der Brennkraftmaschinendrehzahl NE zur momentanen Zeit und einem Schema MapO2tgt bestimmt, das in dem Block des derzeitigen Schritts gezeigt ist. Das Schema MapO2tgt definiert die Beziehung zwischen der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und die Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt; und es ist im ROM 62 gespeichert.
Anschließend erhält die CPU 61 im Schritt 1710 eine Kraftstoffzuführmenge Q pro Zeiteinheit aus der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE; und im anschließenden Schritt 1715 erhält die CPU 61 durch die Gleichung (λ = kλGaact/Q), die in dem Block des derzeitigen Schritts gezeigt ist, ein Luftüberschussverhältnis λ. kλ ist eine Konstante. Im nachfolgenden Schritt 1720 erhält die CPU 61 ein Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt auf der Grundlage der Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt, die in dem vorstehend beschriebenen Schritt 1705 bestimmt wird, des Luftüberschussverhältnisses λ, das in dem vorstehend beschriebenen Schritt 1720 erhalten wird, und der Gleichung (Rtgt = λ(pO2tgt + q), wobei p und q Konstanten sind), die in dem Block des Schritts 1720 gezeigt ist. Man bemerke, dass die Beziehung zwischen der Ansaugluftkonzentration, dem EGR-Verhältnis und dem Luftüberschussverhältnis beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer (kokai) 10-141147 genau offenbart ist.
Als Nächstes bestimmt die CPU 61 im Schritt 1725, ob das tatsächliche EGR-Verhältnis Ract, das im in 3 gezeigten Block B1 erhalten wird, größer als das Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt ist, das in dem vorstehend beschriebenen Schritt 1720 erhalten wird. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt 1725 "Ja" ist, geht die CPU 61 zum Schritt 1730 weiter, um das EGR-Steuerventil 52 um einen vorab bestimmten Betrag zu schließen, um dadurch das EGR-Verhältnis zu verringern. Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1795 weiter, um so das derzeitige Programm zu beenden. Wenn dagegen das Ergebnis der Bestimmung im Schritt 1725 "Nein" ist, geht die CPU 61 zum Schritt 1735 weiter, um das EGR-Steuerventil 52 um einen vorab bestimmten Betrag zu öffnen, um dadurch das EGR-Verhältnis zu erhöhen. Anschließend geht die CPU 61 zum Schritt 1795 weiter. Mittels des vorstehenden Vorgangs wird das EGR-Verhältnis in einer solchen Weise gesteuert, dass die tatsächliche Ansaugsauerstoff konzentration gleich der Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt wird, wodurch eine Emission von NO_X und Rauch verringert werden kann.
In der Steuerung des EGR-Verhältnisses durch das in 17 gezeigte Programm steuert die CPU 61 das EGR-Verhältnis durch Erhalten der Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt und durch Umwandeln der Zielansaugsauerstoffkonzentration O2tgt in das Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt. Das EGR-Verhältnis kann jedoch wie folgt gesteuert werden. Das Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt erhält man direkt aus einer tatsächlich zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin, einer tatsächlichen Brennkraftmaschinendrehzahl NE und einem Schema MapRtgt, das in 18 gezeigt ist und die Beziehung zwischen der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftma schinendrehzahl NE definiert, und dem Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt; und die Öffnung des EGR-Steuerventils 52 wird in einer solchen Weise gesteuert, dass das tatsächliche EGR-Verhältnis Ract gleich dem Ziel-EGR-Verhältnis Rtgt wird.
<Ladedrucksteuerung>
Als Nächstes wird die Ladedrucksteuerung beschrieben. Die CPU 61 führt wiederholt in vorab bestimmten Intervallen ein nicht gezeigtes Programm zur Steuerung des Ladedrucks durch, um so in vorab bestimmten Intervallen einen Zielladedruck Pbtgt aus der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin zur momentanen Zeit, der Brennkraftmaschinendrehzahl NE zur momentanen Zeit und einem in 19 gezeigten Schema MapPbtgt, zu bestimmen. Die Tabelle MapPbtgt definiert die Beziehung zwischen der zugewiesenen Kraftstoffeinspritzmenge qfin und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE und den Zielladedruck Pbtgt; und sie ist in dem ROM 62 gespeichert.
Anschließend vergleicht die CPU 61 den bestimmten Zielladedruck Pbtgt und den tatsächlichen Ladedruck Pb, der vom Ansaugdrucksensor 73 erhalten wird, und steuert die Öffnung des Turboladerdrosselventils 35c in einer solchen Weise, dass der tatsächliche Ladedruck Pb gleich dem Zielladedruck Pbtgt wird. Die Ladedrucksteuerung wird auf diese Weise durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben wird die Abschätzungsgenauigkeit der EGR-Gastemperatur am Auslass des Abgasrückführungsrohrs in der Ausführungsform der Brennkraftmaschinensteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verbessert, weil die Kühleffizienz der EGR-Gaskühlvorrichtung 53 auf der Grundlage der EGR-Gastemperatur am Einlass des Abgasrückführungsrohrs und des der EGR-Gasflussrate entsprechenden Werts erhalten wird. Zudem wird die Abschätzungsgenauigkeit der Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers ebenfalls verbessert, weil die Gastemperatur Tbout am Auslass des Ansaugkrümmers unter Einbeziehung eines Wärmetausches zwischen dem Ansaugkrümmer 31 und einem Mischgas (Ansaugluft) aus Frischluft und EGR-Gas abgeschätzt wird. Als ein Ergebnis kann das EGR-Verhältnis genau abgeschätzt werden.
Zudem wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Fehler durch Verwendung des Korrekturwerts dPgain korrigiert, der in der provisorischen EGR-Gasflussrate Gegr0 enthalten ist, die durch Verwendung einer allgemeinen Formel bezüglich der Flussrate eines kompressiblen Fluids erhalten wurde, das durch einen Drosselabschnitt geht, und der durch Rohrreibung verursacht wird. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Vorrichtung die Flussrate Gegr von EGR-Gas, das in den Einlassdurchlass fließt (das durch das EGR-Steuerventil 52 fließt) selbst dann genau abschätzen, wenn der Unterschied zwischen dem erhaltenen Gasdruck (Pex) auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselabschnitts und dem erhaltenen Gasdruck (Pb) auf der stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts absinkt, was zu einer starken Tendenz dazu führt, dass die Rohrreibung anstelle des Grads der Drosselung überwiegend die EGR-Gasflussrate bestimmt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Weisen innerhalb des Gebiets der Ansprüche modifiziert werden. Beispielsweise kann man den Gasdruck Pex im Abgaskrümmer auf der Grundlage eines Abgabewerts eines Abgasdrucksensors erhalten (einer Einrichtung zum Erhalt des EGR-Gasdrucks am Einlass des Abgasrückführungsrohrs), der in der Nähe eines Orts angeordnet ist, an dem der Ansaugkrümmer 41 mit dem Abgasrückführungsrohr 51 verbunden ist.
Der vorstehend beschriebene Korrekturkoeffizient dPgain kann auf der Grundlage sowohl des effektiven Öffnungsbereichs Aegr als auch des Differenzialdrucks dP erhalten werden. Das bedeutet, dass die provisorische EGR-Flussrate Gegr0 in Übereinstimmung mit dem effektiven Öffnungsbereich Aegr und dem Differenzialdruck dP korrigiert werden kann.

Claims

Eine Vorrichtung zur Abschätzung der EGR-(Abgasrückführungs-)Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine, die ein Abgasrückführungsrohr aufweist, das zwischen einem Abgasdurchlass und einem Einlassdurchlass verbunden ist, und ein EGR-Steuerventil, das in dem Abgasrückführungsrohr eingebaut ist und einen Drosselabschnitt zur Steuerung der Flussrate des EGR-Gases aufweist, das durch das Abgasrückführungsrohr strömt, wobei die Vorrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Erhalt eines stromaufwärtigen Gasdrucks, um einen Druck von EGR-Gas auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Steuerventils als einen Gasdruck auf der stromauwärtigen Seite zu erhalten; eine Einrichtung zum Erhalt eines stromabwärtigen Gasdrucks, um einen Druck von EGR-Gas auf der stromabwärtigen Seite des EGR-Steuerventils als einen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite zu erhalten; eine Einrichtung zum Abschätzen einer provisorischen EGR-Gasflussrate, um eine Flussrate von EGR-Gas, das durch das EGR-Steuerventil geht, unter Verwendung einer allgemeinen Formel als eine provisorische EGR-Gasflussrate abzuschätzen, die eine Flussrate eines kompressiblen Fluids, das durch einen Drosselabschnitt geht, auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt und eines stromabwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids an einem Punkt unmittelbar nach dem Drosselabschnitt wiedergibt, wobei die Einrichtung zur Abschätzung der provisorischen EGR-Gasflussrate den erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite als den stromaufwärtigen Drucks des kompressiblen Fluids in der allgemeinen Formel und den erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite als den stromabwärtigen Druck des kompressiblen Fluids in der allgemeinen Formel verwendet; und eine Einrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate, um die Flussrate des EGR-Gases, das von dem Abgasrückführungsrohr in den Einlassdurchlass strömt, durch Korrektur eines Fehlers abzuschätzen, der in der abgeschätzten provisorischen EGR-Gasflussrate enthalten ist und der durch Rohrreibung zwischen dem Abgasrückführungsrohr und dem EGR-Gas verursacht ist.
Eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erhalt des stromaufwärtigen Gasdrucks so aufgebaut ist, dass sie einen Druck von Gas in dem Abgasdurchlass, mit welchem das Abgasrückführungsrohr verbunden ist, als den Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite erhält; und die Einrichtung zum Erhalt des stromabwärtigen Gasdrucks so aufgebaut ist, dass sie einen Druck von Gas in dem Einlassdurchlass, mit welchem das Abgasrückführungsrohr verbunden ist, als den Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite erhält.
Eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate so aufgebaut ist, dass sie einen Korrekturwert auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen dem erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite und dem erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite berechnet, und den Fehler, der in der provisorischen EGR-Gasflussrate enthalten ist, unter Verwendung eines Korrekturwerts korrigiert.
Eine Vorrichtung zur Abschätzung einer EGR-Gasflussrate für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zur Abschätzung der provisorischen EGR-Gasflussrate so aufgebaut ist, dass sie die provisorische EGR-Gasflussrate Gegr0 auf der Grundlage der folgenden allgemeinen Formel abschätzt: Gegr0 = Aegr·(2·Pex·ρa)1/2·Φ Φ = ((κ/(κ – 1)·((Pb/Pex)2/κ – (Pb/Pex)(1+1/κ)))1/2,wobei Pex den erhaltenen Gasdruck auf der stromaufwärtigen Seite wiedergibt, Pb den erhaltenen Gasdruck auf der stromabwärtigen Seite wiedergibt, Aegr einen effektiven Öffnungsbereich des Drosselabschnitts wiedergibt, ρa eine Dichte des EGR-Gases an einem stromaufwärtigen Punkt unmittelbar vor dem Drosselabschnitt wiedergibt, und κ ein spezifisches Wärmeverhältnis von EGR-Gas wiedergibt; und die Einrichtung zur Abschätzung der EGR-Gasflussrate so aufgebaut ist, dass sie den Korrekturwert dPgain in solch einer Weise erhält, dass der Korrekturwert gegen 1 steigt, wenn der Differenzialdruck (Pex-Pb) steigt, und dass sie die Flussrate Gegr0 des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass strömt, durch Multiplikation der provisorischen EGR-Gasflussrate Gegr0 mit dem Korrekturwert dPgain multipliziert.