JP2004011618A

JP2004011618A - Egr ratio estimate device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004011618A
Application number: JP2002170525A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ueda; 上田　克則; Atsushi Aoki; 青木　淳; Kenichi Nakamori; 中森　健一
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP3988035B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an EGR ratio estimate device for an internal combustion engine, capable of simulating transfer process of mixed gas in a branch in actual condition after considering compression and expansion of the mixed gas, and capable of always accurately estimating an EGR ratio of the mixed gas introduced into a cylinder in spite of operating condition of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: When pressure in a surge tank is increased or decreased according to acceleration/deceleration of a car, the mixed gas in the branch is compressed or expanded. For example, at the time of the acceleration, since a part of the mixed gas enters the upstream part of the branch by the compression and a part of the mixed gas in the upstream part of the branch enters the downstream part of the branch, the EGR ratio R<SB>C</SB>(n) of the mixed gas introduced into the cylinder by transfer accompanying the following air intake is changed. Then, the cylinder EGR ratio R<SB>C</SB>(n) is calculated in consideration of variation of the EGR ratios R<SB>U</SB>(n-4), R<SB>L</SB>(n-4) in the branch by the compression or expansion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ装置におけるＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
筒内での燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量を低減するために、エンジンの排ガスをＥＧＲガスとして吸気側に還流させるＥＧＲ装置が広く実施されている。この種のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ還流により燃焼が緩慢化する対策として、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス／新気）に応じて点火時期を進角させる処理を実施している。一方でＥＧＲの還流は、同一トルクでも吸気管内圧力が増大することからスロットルロスを低減させる作用も奏し、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｂｅｓｔ　Ｔｏｒｑｕｅ）相当の適切な点火時期では、非ＥＧＲ時に比較して寧ろ燃費を向上できるという別の利点が確認されている。
【０００３】
しかしながら、上記したＭＢＴによる燃費向上を達成するには、筒内に導入されるＥＧＲ率に応じて点火時期を適切に制御する必要があり、特にＥＧＲの実行・中止や車両の加減速等に応じてＥＧＲ率が変化する過渡状態では、ＥＧＲ率の変化に追従した適切な点火時期制御が非常に困難であった。その結果、上記ＭＢＴによる燃費向上の利点が得られないばかりか、過遅角による失火や過進角によるノック等を生じて、却って燃費やドライバビリティを悪化させてしまう場合があった。
【０００４】
上記問題を解消するには、筒内に導入されるＥＧＲ率を過渡状態でも正確に推定することが肝要であり、そのための対策として、本出願人は特開２０００−２５４６５９号公報に記載の技術を提案している。当該公報では、ＥＧＲガスをサージタンクに還流する形式の４気筒エンジンに適用し、サージタンクから各気筒へのブランチの内容積が気筒容積の２倍に設定されるものとしている。
【０００５】
ＥＧＲ率の推定処理は大略的に２つのプロセスからなり、まず、ＥＧＲ弁の開度やエンジンの運転状態からサージタンクに新たに導入される混合ガス（新気＋ＥＧＲガス）のＥＧＲ率を求め、そのＥＧＲ率を１次フィルタによりなまし処理する。なまし処理は、新たな混合ガスがサージタンク内の混合ガスと混合する過程を模擬するためのものであり、得られたＥＧＲ率を現在のサージタンク内のＥＧＲ率と見なし、順次記憶しておく。
【０００６】
一方、サージタンク内の混合ガスが筒内に導入されるのは、各気筒の行程が２巡した後、つまり８行程後であるため、各気筒の吸気毎に、記憶されている８行程前のＥＧＲ率を順次読み出して、筒内に導入されるＥＧＲ率と見なし、上記点火時期制御等に適用している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術では、以下に述べる２点の問題があった。
まず、サージタンク内での混合ガスの混合速度は、エンジンの運転状態に大きく影響され、それに応じてサージタンク内への新気やＥＧＲガスの導入量は大幅に変化する。上記公報の技術では、エンジン回転速度や負荷に応じて１次フィルタのフィルタ定数を変更して対処しているが、事前のマッチングに基づいてフィルタ定数を変更するだけでは、実状に則した混合過程の模擬、ひいては正確なＥＧＲ率の推定は困難であった。
【０００８】
一方、サージタンク内のＥＧＲ率が８行程後に筒内のＥＧＲ率に反映されるには、混合ガスがブランチ内を体積変化せずに流通することが前提である。しかしながら、実際の混合ガスは、例えば車両の加速時にはサージタンク内の圧力上昇に伴ってブランチ内で圧縮され、車両の減速時にはサージタンク内の圧力低下に伴ってブランチ内で膨張する。そして、混合ガスの圧縮・膨張に応じて筒内に導入されるＥＧＲ率が変化することから、この要因もＥＧＲ率の推定誤差に繋がってしまう。
【０００９】
その結果、過渡状態でのＥＧＲ率を正確に推定できず、ひいては、推定したＥＧＲ率を利用した処理、例えば点火時期や体積効率係数等の設定処理が不適切となり、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御を適切に実施できないという問題が生じた。
そこで、請求項１，２の発明の目的は、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を常に正確に推定することができる内燃機関のＥＧＲ率推定装置を提供することにある。
【００１０】
又、請求項３の発明の目的は、請求項１，２の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のＥＧＲ率を正確に推定することができる内燃機関のＥＧＲ率推定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、機関の吸気系から新気が導入される一方、機関の排気系からＥＧＲ弁の開度に応じてＥＧＲガスが還流され、新気とＥＧＲガスとを内部で混合するサージタンクと、サージタンクと機関の各気筒とをそれぞれ接続するインテークマニホールドのブランチと、機関の吸気に伴ってサージタンクからの混合ガスがブランチ内を移送される毎に、サージタンク内のＥＧＲ率を算出する第１のＥＧＲ率演算手段と、吸気に伴う混合ガスの移送ストロークで予め分割されたブランチの各領域毎に、内部の混合ガスのＥＧＲ率を前回値として記憶するＥＧＲ率記憶手段と、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第１のＥＧＲ率演算手段により算出されたサージタンク内のＥＧＲ率、記憶手段に記憶された各領域のＥＧＲ率の前回値、及びブランチ内の混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、移送後における各領域の混合ガスのＥＧＲ率、及び筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率をそれぞれ算出する第２のＥＧＲ率演算手段と、第２のＥＧＲ率演算手段の算出毎に、該算出された各領域の混合ガスのＥＧＲ率により記憶手段のＥＧＲ率を更新するＥＧＲ率更新手段とを備えたものである。
【００１２】
従って、吸気系から導入された新気と排気系から還流されたＥＧＲガスとがサージタンク内で混合され、混合後の混合ガスが各ブランチを経て機関の各気筒の筒内に導入される。そして、機関の吸気に伴う混合ガスの移送毎に、第１のＥＧＲ率演算手段によりサージタンク内の混合ガスのＥＧＲ率が算出される。
一方、吸気に伴う混合ガスの移送毎に、サージタンク内のＥＧＲ率、ＥＧＲ率記憶手段に記憶されたブランチの各領域でのＥＧＲ率の前回値、及びブランチ内での混合ガスの体積変化と相関する体積変化相関値に基づき、第２のＥＧＲ率演算手段により移送後の各領域のＥＧＲ率、及び筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率が算出されると共に、算出した各領域のＥＧＲ率によりＥＧＲ率記憶手段のＥＧＲ率が更新されて、次回の算出処理に利用される。
【００１３】
第２のＥＧＲ率演算手段によるＥＧＲ率の算出は、例えば以下のように実施される。機関の吸気毎にブランチ内の混合ガスは各領域相当分だけ移送されるため、混合ガスが体積変化しないときには、サージタンクから各領域を経て筒内までのＥＧＲ率は、移送毎に順次下流側に移行するだけである。
これに対してブランチ内で混合ガスが体積変化した場合、即ち、車両の加速に伴ってサージタンク内の圧力が上昇して混合ガスが圧縮されたり、減速に伴ってサージタンク内の圧力が低下して混合ガスが膨張したりした場合には、移送前において各領域で混合ガスの位置がずれる。この位置ずれは混合ガスの体積変化に応じたものとなるため、体積変化と相関する体積変化相関値を加味することにより、混合ガスの体積変化をＥＧＲ率の算出処理に反映させることができる。よって、ブランチ内での混合ガスの移送過程がより実状に則して模擬され、機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率が正確に推定可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、第２のＥＧＲ率演算手段が、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて体積変化相関値を設定するものである。
ブランチ内での混合ガスの体積変化は、サージタンク内の圧力の変化に起因して生じるため、サージタンク内の圧力の前回値と今回値とに基づいて、例えば比や偏差として体積変化相関値を設定すれば、一層実状に則した推定処理が実現可能となる。
【００１５】
請求項３の発明は、第１のＥＧＲ率演算手段が、開口面積相当にリニアライズされたＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ流速とに基づいてサージタンク内に導入されるＥＧＲ量を算出し、ＥＧＲ量から求めたサージタンク内のＥＧＲ分圧、及びサージタンク内に導入される新気量に相当する新気分圧に基づき、サージタンク内のＥＧＲ率を算出するものである。
【００１６】
従って、開口面積相当のＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ流速とからＥＧＲ量が求められ、そのＥＧＲ量から求めたＥＧＲ分圧と新気分圧とからサージタンク内のＥＧＲ率が算出される。このように具体的な値に基づいて各算出処理が行われるため、サージタンク内で生起される混合過程がより実状に則して模擬されて、正確なサージタンク内のＥＧＲ分圧、ひいては正確なＥＧＲ率を算出可能となる。
【００１７】
好ましくは、第１のＥＧＲ率演算手段は、ブランチへの混合ガスの移送後にサージタンク内に残存したＥＧＲ量、サージタンク内に導入されるＥＧＲ量、及び気筒容積とサージタンク容積との比に基づき、サージタンク内のＥＧＲ分圧を算出するように構成することができる。
気筒容積とサージタンク容積との比は、１気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク全体に及ぼす影響度を表すため、この比に基づいてサージタンク内のＥＧＲガスの残存分と新たな導入分とを補正すれば、一層正確なサージタンク内のＥＧＲ分圧を算出可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したエンジンのＥＧＲ率推定装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンのＥＧＲ率推定装置を示す全体構成図であり、当該エンジン１は吸気管噴射型の直列４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。エンジン１の各気筒の筒内１ａは、インテークマニホールド２のブランチ２ａを介して共通のサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気通路４を経てエアクリーナ５に接続されている。エアクリーナ５を経て吸気通路４内に導入された吸気は、スロットル弁６の開度に応じて流量調整された後にサージタンク３内に導入され、インテークマニホールド２の各ブランチ２ａ内を流通して、各ブランチ２ａに設けられた燃料噴射弁７から燃料を噴射された後、図示しない吸気弁の開弁に伴って各気筒の筒内１ａに導入される。
【００１９】
一方、各気筒の筒内１ａは、エキゾーストマニホールド８を介して排気通路９が接続されている。排気通路９と上記サージタンク３とはＥＧＲ通路１０により接続され、このＥＧＲ通路１０にはＥＧＲ弁１１が設けられている。吸気と共に筒内１ａに導入された噴射燃料は、各気筒の点火プラグ１２により所定タイミングで点火され、燃焼後の排ガスは図示しない排気弁の開弁に伴って筒内から排出され、エキゾーストマニホールド８、排気通路９、図示しない触媒を経て外部に排出される一方、排ガスの一部はＥＧＲガスとして、ＥＧＲ弁１１の開度に応じてＥＧＲ通路１０からサージタンク３内に還流される。
【００２０】
ここで、周知のようにＥＧＲガスは、サージタンク３に還流させる場合の他に各ブランチ２ａに還流させる場合もあるが、双方の手法には利害得失がある。サージタンク３への還流は、各ブランチ２ａへの還流のようにブランチ２ａ同士を連通させて慣性過給を減衰させることがないため、エンジン出力の点で有利な反面、筒内１ａに導入される混合ガス（新気＋ＥＧＲガス）のＥＧＲ率を推定するときに、サージタンク３内でのガス混合や各ブランチ２ａ内でのガス移送を考慮する必要が生じ、ＥＧＲ率の推定が複雑になる傾向がある。
【００２１】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２２、サージタンク３内の吸気負圧Ｐｂを検出する吸気圧センサ２３等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁７、ＥＧＲ弁１１、点火プラグ１２等の各種デバイス類が接続されている。
【００２２】
そして、ＥＣＵ２１は各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量、ＥＧＲ率、点火時期等の目標値を設定し、目標値に基づいて燃料噴射弁７、ＥＧＲ弁１１、点火プラグ１２を制御する。上記点火時期や燃料噴射量の設定は、予め設定されたＥＧＲ時と非ＥＧＲ時とのマップを現在のＥＧＲ率により補間して行われるため、各気筒の筒内１ａに導入される混合ガスのＥＧＲ率（以下、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）という）を推定する必要がある。そこで、次に、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）の推定処理を詳述する。
【００２３】
図２はエンジン１の吸気系を模式的に示した説明図であり、サージタンク３内には吸気通路４からの新気とＥＧＲ通路１０からのＥＧＲガスとが導入され、これらの新気とＥＧＲガスの混合によりサージタンク３内の混合ガスはＥＧＲ率（以下、タンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）という）を変化させた後、点火順序（＃１−＃３−＃４−＃２）に従って各ブランチ２ａを移送されて対応する気筒の筒内１ａに導入される。
【００２４】
ＥＧＲ率の推定処理は、以下の仮定に基づいて実施される。
１）各ブランチ２ａ内の容積は、気筒容積（排気量）の２倍に設定されているものとする。
２）サージタンク３内の混合ガスに対して、新たに導入された新気とＥＧＲガスはエンジン１の１行程間に均一に混合するものとする。
３）各ブランチ２ａ内の混合ガスは、サージタンク３側からの圧力変化（後述する加減速に起因する）に応じて圧縮・膨張しながら、対応する気筒の吸気行程毎に下流側に移送されるものとする。
【００２５】
従って、サージタンク３内の混合ガスは、気筒容積分、即ち、ブランチ長の半分のストロークで移送されるため、サージタンク３側からの圧力変化がない定常時には、図２に示すように、ブランチ上流と下流とで混合ガスのＥＧＲ率（以下、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）という）が異なり、そのＥＧＲ率の混合ガスが順次筒内１ａに導入されることになる。
【００２６】
一方、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）は、大略的に２つのプロセスを経て推定される。即ち、まず、サージタンク３内に導入された混合ガスの混合過程を模擬して、タンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）を推定し、その後、ブランチ２ａ内での混合ガスの移送過程を模擬して、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）を推定している。以上の推定処理は、ＥＣＵ２１により図３に示す制御フローに従ってエンジン１の１行程毎に実行され、以下に順次説明する。
【００２７】
《タンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）の推定》
まず、ＥＧＲ開口面積演算部３１にはＥＧＲ弁１１の開度Ｓがステップ数（例えば、弁リフト量と相関する）として入力され、ＥＧＲ開度Ｓを開口面積相当にリニアライズしたマップに基づき、ＥＧＲ開度Ｓから開口面積と相関するＥＧＲ開度Ｓ’が求められる。一方、ＥＧＲ流速演算部３２にはエンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂが入力され、これらの情報に基づきマップからＥＧＲ流速Ｑが算出される。
【００２８】
得られたＥＧＲ開口面積Ｓ及びＥＧＲ流速ＱはＥＧＲ量演算部３３に入力され、次式（１）に従って１行程間にサージタンク３内に導入されるＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）が算出される。尚、ＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）の単位は、サージタンク３の分圧相当で表現される。
ΔＰｒ（ｎ）＝Ｓ×Ｑ　………（１）
ＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）はＥＧＲ分圧演算部３４に入力され、次式（２）に従ってサージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）が算出される。
Ｐｒ（ｎ）＝Ｐｒ（ｎ−１）×（１−Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔ）＋ΔＰｒ（ｎ）×Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔ　………（２）
ここに、Ｖｃｙｌは気筒容積、Ｖｓｔはサージタンク容積であり、その比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔは、１気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク３全体に及ぼす影響度を表す。よって、式（２）の前半は、前回処理時（１行程前）のＥＧＲガス分圧Ｐｒ（ｎ−１）　が気筒容積分だけ流出した後の残存分に相当し、式（２）の後半は、新たな流入分に相当し、これらの分圧の加算により現在のサージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）が求められる。
【００２９】
ＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）はタンク内ＥＧＲ率演算部３５に入力され、次式（３）に従ってタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）が算出される（第１のＥＧＲ率演算手段）。
Ｒ_Ｓ（ｎ）＝ＥＧＲ分圧／新気分圧×１００
＝Ｐｒ（ｎ）／｛Ｐｂ（ｎ）−Ｐｒ（ｎ）｝×１００　………（３）
尚、吸気負圧Ｐｂとしては１行程間の平均値が適用される。
【００３０】
《筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）の推定》
一方、算出されたタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）は、４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）、４行程前のブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）、今回の吸気負圧Ｐｂ（ｎ）、４行程前の吸気負圧Ｐｂ（ｎ−４）と共に、ブランチ上流ＥＧＲ率演算部３６、ブランチ下流ＥＧＲ率演算部３７、筒内ＥＧＲ率演算部３８の処理に利用され、各ＥＧＲ率演算部３６〜３８によりブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）が算出される（第２のＥＧＲ率演算手段）。
【００３１】
ここで、本実施形態では、ブランチ２ａ内での混合ガスの圧縮・膨張を加味した上で上記各ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ），Ｒ_Ｌ（ｎ），Ｒ_Ｃ（ｎ）を算出している。混合ガスの圧縮・膨張は、スロットル弁６の開閉に伴うサージタンク３内の圧力変化により発生するため、吸気負圧Ｐｂの変化量（例えば、Ｐｂ（ｎ）−Ｐｂ（ｎ−４）の偏差）に基づいて定常、加速、減速を判定し、対応する算出処理を各ＥＧＲ率演算部３６〜３８で実施しており、以下に順次説明する。
【００３２】
〈定常時〉
定常時の混合ガスは、ブランチ２ａ内で圧縮・膨張することなく移送される。従って、このときの推定処理としては、例えば特開２０００−２５４６５９号公報の従来技術と同様に、８行程前のタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ−８）を筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）と推定できる。但し、本実施形態では、加減速時の推定処理において４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）及びブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）を必要とすることから、次式に従って各値が算出された上で、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）及びブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）が前回値としてＥＣＵ２１に記憶されると共に（ＥＧＲ率記憶手段）、その記憶値は算出の度に更新される（ＥＧＲ率更新手段）。
Ｒ_Ｃ（ｎ）＝Ｒ_Ｌ（ｎ−４）………（４）
Ｒ_Ｌ（ｎ）＝Ｒ_Ｕ（ｎ−４）………（５）
Ｒ_Ｕ（ｎ）＝Ｒ_Ｓ（ｎ）　………（６）
〈加速時〉
図４は加速時におけるサージタンク３内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内１ａでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁６が開操作された瞬間の加速初期には、混合ガスは慣性により未だ圧縮されておらず、サージタンク３内には今回のタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）の混合ガスが存在し、ブランチ上流には４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）の混合ガスが存在し、ブランチ下流には４行程前のブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）の混合ガスが存在している。
【００３３】
その直後、新気及びＥＧＲガスの導入量の増加に伴ってサージタンク３内の圧力が増加し、吸気弁により閉鎖された筒内１ａとの間で、ブランチ内の混合ガスが圧縮される。このときの混合ガスは、今回と各気筒が１巡する４行程前との吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）（体積変化相関値）に従って下流側に向けて圧縮され、結果として、サージタンク３内の混合ガスの一部がブランチ上流に侵入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がブランチ下流に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【００３４】
このときの筒内１ａには、加速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの全て、及び加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、上記した比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って圧縮された状態で導入され、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）は次式（７）で表すことができる。
Ｒ_Ｃ（ｎ）＝Ｒ_Ｌ（ｎ−４）×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）＋
Ｒ_Ｕ（ｎ−４）×｛１−Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（７）
つまり、筒内１ａに導入される混合ガスは、移送前（圧縮後）にはブランチ下流に存在していたものであり、移送前のブランチ下流において、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）の混合ガスの占有率（換言すれば、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）に対する影響度）は式（４）の前半で表される一方、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）の混合ガスの占有率（筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）に対する影響度）は式（４）の後半で表されるため、これらに基づいて筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）が算出される。
【００３５】
又、このときのブランチ下流には、加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部（上記筒内に導入された残存分）、及び加速初期においてサージタンク３内に存在していた混合ガスが、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って圧縮された状態で移送され、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）は次式（８）で表すことができる。
Ｒ_Ｌ（ｎ）＝Ｒ_Ｕ（ｎ−４）×｛２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−１｝＋
Ｒ_Ｓ（ｎ）×｛２−２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（８）
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前（圧縮後）にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（８）の前半で表される一方、タンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（８）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）が算出される。
【００３６】
更に、このときのブランチ上流には、加速初期においてサージタンク３内に存在していた混合ガスのみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）は次式（９）で表すことができる。
Ｒ_Ｕ（ｎ）＝Ｒ_Ｓ（ｎ）　………（９）
〈減速時〉
図５は減速時におけるサージタンク内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内１ａでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁６が閉操作された瞬間の減速初期には、混合ガスは慣性により未だ膨張していないため、各部位での混合ガスのＥＧＲ率は上記した加速初期と同様となる。
【００３７】
その直後、新気及びＥＧＲガスの導入量の減少に伴ってサージタンク３内の圧力が低下し、吸気弁により閉鎖された筒内１ａとの間で、ブランチ内の混合ガスが膨張する。このときの混合ガスは、今回と各気筒が１巡する４行程前との吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って上流側に向けて膨張し、結果として、ブランチ下流の混合ガスの一部がブランチ上流に進入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がサージタンク３内に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【００３８】
このときの筒内１ａには、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部のみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）は次式（１０）で表すことができる。
Ｒ_Ｃ（ｎ）＝Ｒ_Ｌ（ｎ−４）　………（１０）
又、このときのブランチ下流には、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部（上記筒内１ａに導入された残存分）、及び減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って膨張した状態で移送され、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）は次式（１１）で表すことができる。
Ｒ_Ｌ（ｎ）＝Ｒ_Ｌ（ｎ−４）×｛Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−１｝＋
Ｒ_Ｕ（ｎ）×｛２−Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（１１）
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前（膨張後）にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（１１）の前半で表される一方、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（１１）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ）が算出される。
【００３９】
更に、このときのブランチ上流には、減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部（上記ブランチ下流に移送された残存分）、及びサージタンク３内に存在していた混合ガスが、比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）に従って膨張した状態で移送され、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ）は次式（１２）で表すことができる。
Ｒ_Ｕ（ｎ）＝Ｒ_Ｕ（ｎ−４）×｛２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）−２｝＋
Ｒ_Ｓ（ｎ）×｛３−２×Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）｝………（１２）
つまり、ブランチ上流に移送される混合ガスは、移送前（膨張後）にはサージタンク３内に存在していたものであり、移送前のサージタンク３内において、ブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｌ（ｎ−４）の混合ガスの占有率は式（１２）の前半で表される一方、タンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）の混合ガスの占有率は式（１２）の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ上流ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４）が算出される。
【００４０】
以上の手順に従って、図３の各ＥＧＲ率演算部３５〜３８では１行程毎に各ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ），Ｒ_Ｕ（ｎ），Ｒ_Ｌ（ｎ），Ｒ_Ｃ（ｎ）が順次算出されると共に、ＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ），Ｒ_Ｌ（ｎ）が前回値として記憶・更新され、当該気筒の次回の推定処理では４行程前のＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ−４），Ｒ_Ｌ（ｎ−４）として用いられる。そして、得られた筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）が点火時期ＳＡや体積効率係数の設定に適用される。
【００４１】
図６は点火時期ＳＡを設定する処理手順を示す制御フローであり、まず、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂに基づき、ＥＧＲ時点火時期演算部４１でマップからＥＧＲ時の点火時期ＳＡｗが算出される一方、非ＥＧＲ時点火時期演算部４２ではマップから非ＥＧＲ時の点火時期ＳＡｗ／ｏが算出される。又、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気負圧Ｐｂに基づき、目標ＥＧＲ演算部４３でマップから目標ＥＧＲ率Ｒ_ＳＴＤが算出される一方、クリップ値演算部４４ではマップから後述するリタード量ＯＦＳの上限を制限するクリップ値ＣＰが算出される。
【００４２】
得られた点火時期ＳＡｗ，ＳＡｗ／ｏ、目標ＥＧＲ率Ｒ_ＳＴＤ、及び上記した筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）は補間処理部４５に入力され、次式（１３）に従って現在の筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）に対応する点火時期ＳＡが直線補完により算出される。
ＳＡ＝ＳＡｗ／ｏ＋（ＳＡｗ−ＳＡｗ／ｏ）×Ｒ_Ｃ（ｎ）／Ｒ_ＳＴＤ　………（１３）
又、筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）及び目標ＥＧＲ率Ｒ_ＳＴＤはリタード量演算部４６に入力され、その比Ｒ_Ｃ（ｎ）／Ｒ_ＳＴＤに基づきマップからリタード量ＯＦＳが算出されると共に、リタード量ＯＦＳの上限が上記クリップ値ＣＰ以下に制限される。そして、減算部４７では上記点火時期ＳＡからリタード量ＯＦＳが減算され、減算後の点火時期ＳＡが点火時期制御において目標値として用いられる。
【００４３】
一方、体積効率係数も上記点火時期ＳＡと同様の手順で算出され、詳細は説明しないが、ＥＧＲ時のマップ及び非ＥＧＲ時のマップから求めた体積効率係数を補間処理し、得られた現在の体積効率係数に基づき新気量を求めて燃料噴射制御に適用しており、この補間処理では、上記した比Ｒ_Ｃ（ｎ）／Ｒ_ＳＴＤ、つまり、推定した筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）が利用される。
【００４４】
以上のように本実施形態のエンジン１のＥＧＲ率推定装置では、従来技術で考慮しなかったブランチ２ａ内での混合ガスの圧縮・膨張を、式（７）〜（１２）に基づいて筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）の算出処理に反映させている。その結果、ブランチ２ａ内での混合ガスの移送過程をより実状に則して模擬でき、もって、エンジン１の運転状態に関わらず、筒内に導入されるＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）を常に正確に推定することができる。
【００４５】
しかも、式（７）〜（１２）では、吸気負圧の比Ｐｂ（ｎ−４）／Ｐｂ（ｎ）、つまり混合ガスが圧縮・膨張する直接的な要因であるサージタンク３内の圧力変化を適用しているため、一層実状に則した推定処理を実現できる。
一方、本実施形態のエンジン１のＥＧＲ率推定装置では、ＥＧＲ開度Ｓを開口面積相当にリニアライズしたＥＧＲ開度Ｓ’とＥＧＲ流速Ｑとに基づき、式（１）に従ってサージタンク３内に導入されるＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）を求め、そのＥＧＲ量ΔＰｒ（ｎ）に基づき式（２）に従って、サージタンク３内のＥＧＲガスの残存分と新たな流入分とからＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）を算出している。このように具体的な値に基づいて各算出処理を実施しているため、サージタンク３内で生起される混合過程をより実状に則して模擬することができる。
【００４６】
しかも、式（２）で用いられる比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔは、特開２０００−２５４６５９号公報の従来技術でサージタンク３内のＥＧＲ率をなまし処理する１次フィルタのフィルタ定数に相当するが、事前のマッチングに基づくフィルタ定数に対して、比Ｖｃｙｌ／Ｖｓｔはより現実的なエンジン１の仕様（気筒容積Ｖｃｙｌ、サージタンク容積Ｖｓｔ）に基づいて設定される。これらの要因により、サージタンク３内のＥＧＲ分圧Ｐｒ（ｎ）、ひいてはタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）を正確に推定でき、結果として、このタンク内ＥＧＲ率Ｒ_Ｓ（ｎ）に基づく上記ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）の推定処理をより的確に実施することができる。
【００４７】
そして、以上のように筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）が正確に推定されることから、この筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）を利用した処理、例えば上記点火時期ＳＡや体積効率係数の設定処理を適切に実施して、これらの設定値に基づく点火時期制御や燃料噴射制御の精度を大幅に向上することができる。よって、例えば点火時期制御では、エンジン１の過渡運転時でもＭＢＴ相当の適切な点火時期ＳＡを実現でき、失火やノックの防止により燃費及びドライバビリティを大幅に向上させることができる。
【００４８】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、吸気管噴射型の直列４気筒ガソリンエンジン１用のＥＧＲ率推定装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用したり、気筒配列や気筒数の異なるエンジンに適用したりしてもよい。
【００４９】
又、上記実施形態では、ブランチ２ａを上流と下流に分割して個別にＥＧＲ率Ｒ_Ｕ（ｎ），Ｒ_Ｌ（ｎ）を算出したが、上記説明から明らかなようにブランチ２ａの分割数は、ブランチ２ａの容積と気筒容積との比に基づいて決定され、例えばブランチ２ａの容積が気筒容積の３倍のときには、ブランチ２ａを上流、中流、下流の３領域に分割して個別にＥＧＲ率を算出することになる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，２の発明の内燃機関のＥＧＲ率推定装置によれば、混合ガスの圧縮・膨張を加味した上でブランチ内での混合ガスの移送過程を実状に則して模擬でき、もって、内燃機関の運転状態に関わらず、筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を常に正確に推定することができる。
【００５１】
請求項３の発明の内燃機関のＥＧＲ率推定装置によれば、請求項１，２の発明に加えて、サージタンク内での混合ガスの混合過程を実状に則して模擬でき、サージタンク内のＥＧＲ率を正確に推定でき、ひいては筒内に導入される混合ガスのＥＧＲ率を一層正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のエンジンのＥＧＲ率推定装置を示す全体構成図である。
【図２】エンジンの吸気系を模式的に示した説明図である。
【図３】筒内ＥＧＲ率Ｒ_Ｃ（ｎ）を推定するときの制御フローを示す説明図である。
【図４】加速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図５】減速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図６】点火時期ＳＡを設定するときの制御フローを示す説明図である。
【符号の説明】
１　　エンジン（内燃機関）
１ａ　筒内
２　　インテークマニホールド
２ａ　ブランチ
３　　サージタンク
１１　ＥＧＲ弁
２１　ＥＣＵ（第１のＥＧＲ率演算手段、第２のＥＧＲ率演算手段、ＥＧＲ率記憶手段、ＥＧＲ率更新手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an EGR rate estimating device that estimates an EGR rate in an EGR device that recirculates exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter, referred to as an engine) to an intake side.
[0002]
[Related background art]
In order to reduce the NOx emission amount by lowering the combustion temperature in a cylinder, an EGR device that recirculates exhaust gas of an engine to an intake side as EGR gas is widely implemented. In this type of EGR device, as a measure for slowing down the combustion due to the EGR recirculation, a process of advancing the ignition timing in accordance with the EGR rate (EGR gas / fresh air) is performed. On the other hand, the recirculation of EGR also has the effect of reducing throttle loss since the pressure in the intake pipe increases even with the same torque, and at an appropriate ignition timing equivalent to MBT (Minimum advance for the Best Torque), compared with non-EGR, Rather, another advantage of improved fuel economy has been identified.
[0003]
However, in order to achieve the above-described improvement in fuel efficiency by MBT, it is necessary to appropriately control the ignition timing in accordance with the EGR rate introduced into the cylinder. Therefore, in a transient state in which the EGR rate changes, it is very difficult to appropriately control the ignition timing in accordance with the change in the EGR rate. As a result, in addition to the advantage of improving the fuel efficiency by the MBT, not only the misfire due to the excessive retard angle or the knock due to the excessive advance angle may occur, but the fuel efficiency and drivability may be deteriorated.
[0004]
In order to solve the above problem, it is important to accurately estimate the EGR rate introduced into the cylinder even in a transient state. As a countermeasure therefor, the present applicant has disclosed a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-254659. Has been proposed. In this publication, the present invention is applied to a four-cylinder engine that recirculates EGR gas to a surge tank, and the internal volume of a branch from the surge tank to each cylinder is set to be twice the cylinder volume.
[0005]
The process of estimating the EGR rate generally includes two processes. First, the EGR rate of the mixed gas (fresh air + EGR gas) newly introduced into the surge tank is obtained from the opening degree of the EGR valve and the operating state of the engine. The EGR rate is smoothed by a primary filter. The annealing process is for simulating a process in which a new mixed gas is mixed with the mixed gas in the surge tank. The obtained EGR rate is regarded as the current EGR rate in the surge tank, and is sequentially stored. deep.
[0006]
On the other hand, since the mixed gas in the surge tank is introduced into the cylinder after two strokes of each cylinder, that is, after eight strokes, the stored gas before the eight strokes is stored for each intake of each cylinder. Are sequentially read and regarded as the EGR rate introduced into the cylinder, and are applied to the ignition timing control and the like.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technology described in the above publication has the following two problems.
First, the mixing speed of the mixed gas in the surge tank is greatly affected by the operation state of the engine, and the amount of fresh air or EGR gas introduced into the surge tank changes greatly in accordance with the speed. In the technique disclosed in the above publication, the filter constant of the primary filter is changed according to the engine speed and the load to cope with the problem. However, if the filter constant is changed based on the prior matching, the mixing process according to the actual condition is performed. It was difficult to simulate and eventually estimate the EGR rate accurately.
[0008]
On the other hand, in order for the EGR rate in the surge tank to be reflected in the EGR rate in the cylinder after eight strokes, it is assumed that the mixed gas flows through the branch without changing the volume. However, the actual gas mixture is compressed in the branch with an increase in the pressure in the surge tank when the vehicle is accelerating, and expands in the branch with a decrease in the pressure in the surge tank when the vehicle decelerates. Then, since the EGR rate introduced into the cylinder changes according to the compression / expansion of the mixed gas, this factor also leads to an estimation error of the EGR rate.
[0009]
As a result, the EGR rate in the transient state cannot be accurately estimated, and processing using the estimated EGR rate, for example, setting processing such as ignition timing and volumetric efficiency coefficient becomes inappropriate, and ignition based on these set values becomes impossible. There has been a problem that the timing control and the fuel injection control cannot be properly performed.
Therefore, an object of the invention of claims 1 and 2 is to simulate the transfer process of the mixed gas in the branch in consideration of the compression / expansion of the mixed gas in accordance with the actual situation, and thus to improve the operation state of the internal combustion engine. Regardless, an object of the present invention is to provide an EGR rate estimating device for an internal combustion engine, which can always accurately estimate an EGR rate of a mixed gas introduced into a cylinder.
[0010]
The object of the invention of claim 3 is that, in addition to the invention of claims 1 and 2, the mixing process of the mixed gas in the surge tank can be simulated according to the actual situation, and the EGR rate in the surge tank can be accurately determined. An object of the present invention is to provide an EGR rate estimating device for an internal combustion engine that can be estimated.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, while fresh air is introduced from an intake system of an engine, EGR gas is recirculated from an exhaust system of the engine in accordance with an opening degree of an EGR valve, and fresh air and EGR gas are returned. A surge tank that mixes gas with the inside, a branch of the intake manifold that connects the surge tank to each cylinder of the engine, and each time the mixed gas from the surge tank is transferred through the branch with intake of the engine A first EGR rate calculating means for calculating an EGR rate in the surge tank, and an EGR rate of an internal mixed gas as a previous value for each region of a branch divided in advance by a mixed gas transfer stroke accompanying intake. EGR rate storage means for storing the EGR rate in the surge tank calculated by the first EGR rate calculation means for each transfer of the mixed gas accompanying the intake air, and the EGR rate of each area stored in the storage means. Based on the previous value of the GR rate and the volume change correlation value correlating with the volume change of the mixed gas in the branch, the EGR rate of the mixed gas in each region after the transfer and the EGR rate of the mixed gas introduced into the cylinder are calculated. A second EGR rate calculating means for calculating each, and an EGR rate updating means for updating the EGR rate of the storage means with the calculated EGR rate of the mixed gas in each region each time the second EGR rate calculating means calculates. It is provided with.
[0012]
Therefore, fresh air introduced from the intake system and EGR gas recirculated from the exhaust system are mixed in the surge tank, and the mixed gas after mixing is introduced into each cylinder of the engine via each branch. Then, the EGR rate of the mixed gas in the surge tank is calculated by the first EGR rate calculating means every time the mixed gas is transferred with the intake of the engine.
On the other hand, every time the mixed gas is transferred due to the intake, the EGR rate in the surge tank, the previous value of the EGR rate in each region of the branch stored in the EGR rate storage means, and the volume change of the mixed gas in the branch Based on the correlated volume change correlation value, the EGR rate of each area after the transfer and the EGR rate of the mixed gas introduced into the cylinder are calculated by the second EGR rate calculating means, and the calculated EGR rate of each area is calculated. The EGR rate in the EGR rate storage means is updated with the rate and used for the next calculation process.
[0013]
The calculation of the EGR rate by the second EGR rate calculating means is performed, for example, as follows. Since the mixed gas in the branch is transferred by an amount corresponding to each region at every intake of the engine, when the mixed gas does not change in volume, the EGR rate from the surge tank to the inside of the cylinder via each region is sequentially reduced at each downstream. Just move on.
On the other hand, when the volume of the mixed gas changes in the branch, that is, the pressure in the surge tank increases with the acceleration of the vehicle and the mixed gas is compressed, or the pressure in the surge tank decreases with the deceleration. When the mixed gas expands, the position of the mixed gas is shifted in each region before the transfer. Since this displacement corresponds to the change in the volume of the mixed gas, the change in the volume of the mixed gas can be reflected in the calculation process of the EGR rate by taking into account the volume change correlation value correlated with the change in volume. Therefore, the process of transferring the mixed gas in the branch is simulated in a more realistic manner, and the EGR rate of the mixed gas introduced into the cylinder can be accurately estimated regardless of the operating state of the engine.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the second EGR rate calculating means sets the volume change correlation value based on the previous value and the current value of the pressure in the surge tank.
Since the volume change of the mixed gas in the branch occurs due to the change in the pressure in the surge tank, the volume change correlation value is calculated based on the previous value and the current value of the pressure in the surge tank, for example, as a ratio or a deviation. Is set, it is possible to realize an estimation process that is more realistic.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, the first EGR rate calculating means calculates the amount of EGR introduced into the surge tank based on the opening degree of the EGR valve linearized to the opening area and the EGR flow rate, The EGR rate in the surge tank is calculated based on the EGR partial pressure in the surge tank obtained from the amount and the new air partial pressure corresponding to the amount of fresh air introduced into the surge tank.
[0016]
Therefore, the EGR amount is obtained from the opening degree of the EGR valve corresponding to the opening area and the EGR flow rate, and the EGR rate in the surge tank is calculated from the EGR partial pressure and the fresh air partial pressure obtained from the EGR amount. Since each calculation process is performed based on the specific values in this manner, the mixing process that occurs in the surge tank is simulated in a more realistic manner, and the EGR partial pressure in the surge tank, and thus the accurate The EGR rate can be calculated.
[0017]
Preferably, the first EGR rate calculation means calculates the EGR amount remaining in the surge tank after the transfer of the mixed gas to the branch, the EGR amount introduced into the surge tank, and the ratio between the cylinder volume and the surge tank volume. Based on this, it can be configured to calculate the EGR partial pressure in the surge tank.
Since the ratio between the cylinder capacity and the surge tank capacity indicates the degree of influence of the inflow and outflow of the mixed gas per cylinder on the entire surge tank, the remaining amount of the EGR gas in the surge tank and the new introduction are based on this ratio. By correcting the pressure, the EGR partial pressure in the surge tank can be calculated more accurately.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an engine EGR rate estimating apparatus embodying the present invention will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an EGR rate estimation device for an engine according to the present embodiment. The engine 1 is configured as an intake pipe injection type in-line four-cylinder gasoline engine. The inside 1a of each cylinder of the engine 1 is connected to a common surge tank 3 via a branch 2a of an intake manifold 2, and the surge tank 3 is connected to an air cleaner 5 via an intake passage 4. The intake air introduced into the intake passage 4 via the air cleaner 5 is introduced into the surge tank 3 after the flow rate is adjusted according to the opening degree of the throttle valve 6, and flows through each branch 2 a of the intake manifold 2, After fuel is injected from a fuel injection valve 7 provided in each branch 2a, the fuel is introduced into the cylinder 1a of each cylinder with the opening of an intake valve (not shown).
[0019]
On the other hand, an exhaust passage 9 is connected to the inside 1 a of each cylinder via an exhaust manifold 8. The exhaust passage 9 and the surge tank 3 are connected by an EGR passage 10, and the EGR passage 10 is provided with an EGR valve 11. The injected fuel introduced into the cylinder 1a together with the intake air is ignited at a predetermined timing by an ignition plug 12 of each cylinder, and the exhaust gas after combustion is discharged from the cylinder with the opening of an exhaust valve (not shown), and the exhaust manifold 8 A part of the exhaust gas is returned to the surge tank 3 from the EGR passage 10 as EGR gas in accordance with the opening degree of the EGR valve 11 while being discharged to the outside through the exhaust passage 9 and a catalyst (not shown).
[0020]
Here, as is well known, the EGR gas may be returned to each branch 2a in addition to the case where the EGR gas is returned to the surge tank 3, but both methods have advantages and disadvantages. The return to the surge tank 3 does not attenuate the inertial supercharging by connecting the branches 2a to each other unlike the return to the respective branches 2a. Therefore, the return to the surge tank 3 is advantageous in terms of engine output, but is introduced into the cylinder 1a. When estimating the EGR rate of the mixed gas (fresh air + EGR gas), it is necessary to consider gas mixing in the surge tank 3 and gas transfer in each branch 2a, and the estimation of the EGR rate becomes complicated. Tend.
[0021]
On the other hand, an ECU (electronic control unit) including an input / output device (not shown), storage devices (ROM, RAM, etc.) for storing control programs, control maps, and the like, a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. A control unit 21 is provided. Various sensors such as a rotational speed sensor 22 for detecting an engine rotational speed Ne and an intake pressure sensor 23 for detecting an intake negative pressure Pb in the surge tank 3 are connected to an input side of the ECU 21. Various devices such as an injection valve 7, an EGR valve 11, and a spark plug 12 are connected.
[0022]
The ECU 21 sets target values such as a fuel injection amount, an EGR rate, and an ignition timing based on detection information from various sensors, and controls the fuel injection valve 7, the EGR valve 11, and the ignition plug 12 based on the target values. I do. Since the setting of the ignition timing and the fuel injection amount is performed by interpolating a preset map of the EGR time and a map of the non-EGR time based on the current EGR rate, the mixed gas introduced into the cylinder 1a of each cylinder is set. EGR rate (hereinafter, in-cylinder EGR rate R _C (Referred to as (n)). Therefore, next, the in-cylinder EGR rate R _C The estimation process (n) will be described in detail.
[0023]
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an intake system of the engine 1. In the surge tank 3, fresh air from an intake passage 4 and EGR gas from an EGR passage 10 are introduced. Due to the mixing of the EGR gas, the mixed gas in the surge tank 3 becomes an EGR rate (hereinafter, the EGR rate R in the tank). _S (N), each branch 2a is transferred according to the ignition order (# 1- # 3- # 4- # 2) and introduced into the cylinder 1a of the corresponding cylinder.
[0024]
The EGR rate estimation process is performed based on the following assumptions.
1) The volume in each branch 2a is set to twice the cylinder volume (displacement).
2) With respect to the mixed gas in the surge tank 3, newly introduced fresh air and EGR gas are uniformly mixed during one stroke of the engine 1.
3) The mixed gas in each branch 2a is transferred to the downstream side for each intake stroke of the corresponding cylinder while compressing and expanding according to a pressure change from the surge tank 3 side (caused by acceleration / deceleration described later). Shall be.
[0025]
Therefore, the mixed gas in the surge tank 3 is transferred by a stroke corresponding to the cylinder volume, that is, a half of the branch length. Therefore, when there is no pressure change from the surge tank 3 side, as shown in FIG. The EGR rate of the mixed gas between the upstream and downstream (hereinafter, the branch upstream EGR rate R _U (N), branch downstream EGR rate R _L (Referred to as (n)), and the mixed gas having the EGR rate is sequentially introduced into the cylinder 1a.
[0026]
On the other hand, the in-cylinder EGR rate R _C (N) is estimated through roughly two processes. That is, first, the mixing process of the mixed gas introduced into the surge tank 3 is simulated, and the EGR rate R in the tank is simulated. _S (N), and then simulate the transfer process of the mixed gas in the branch 2a to obtain the in-cylinder EGR rate R _C (N) is estimated. The above estimation process is executed for each stroke of the engine 1 by the ECU 21 according to the control flow shown in FIG. 3, and will be sequentially described below.
[0027]
<< EGR rate R in the tank _S Estimation of (n) >>
First, the opening degree S of the EGR valve 11 is input to the EGR opening area calculation unit 31 as the number of steps (for example, correlating with the valve lift), and based on a map obtained by linearizing the EGR opening degree S to the opening area. From the EGR opening S, an EGR opening S ′ correlated with the opening area is obtained. On the other hand, the engine speed Ne and the intake negative pressure Pb are input to the EGR flow speed calculator 32, and the EGR flow speed Q is calculated from a map based on these information.
[0028]
The obtained EGR opening area S and EGR flow speed Q are input to the EGR amount calculation unit 33, and the EGR amount ΔPr (n) introduced into the surge tank 3 during one stroke is calculated according to the following equation (1). The unit of the EGR amount ΔPr (n) is represented by a partial pressure of the surge tank 3.
ΔPr (n) = S × Q (1)
The EGR amount ΔPr (n) is input to the EGR partial pressure calculation unit 34, and the EGR partial pressure Pr (n) in the surge tank 3 is calculated according to the following equation (2).
Pr (n) = Pr (n−1) × (1−Vcyl / Vst) + ΔPr (n) × Vcyl / Vst (2)
Here, Vcyl is the cylinder volume, Vst is the surge tank volume, and the ratio Vcyl / Vst represents the degree of influence of the inflow / outflow of the mixed gas per cylinder on the entire surge tank 3. Therefore, the first half of the equation (2) corresponds to the remaining amount after the EGR gas partial pressure Pr (n−1) at the time of the previous processing (one stroke before) has flowed out by the cylinder volume, and the second half of the equation (2). Corresponds to a new inflow, and the current EGR partial pressure Pr (n) in the surge tank 3 is obtained by adding these partial pressures.
[0029]
The EGR partial pressure Pr (n) is input to the in-tank EGR rate calculation unit 35, and the in-tank EGR rate R is calculated according to the following equation (3). _S (N) is calculated (first EGR rate calculating means).
R _S (N) = EGR partial pressure / new air partial pressure × 100
= Pr (n) / {Pb (n) -Pr (n)} × 100 (3)
The average value during one stroke is applied as the intake negative pressure Pb.
[0030]
<< In-cylinder EGR rate R _C Estimation of (n) >>
On the other hand, the calculated in-tank EGR rate R _S (N) is the EGR rate R upstream of the branch four strokes ago _U (N-4) EGR rate R at branch downstream four strokes before _L (N-4), the current intake negative pressure Pb (n), the intake negative pressure Pb (n-4) four strokes ago, the branch upstream EGR rate calculation unit 36, the branch downstream EGR rate calculation unit 37, and the in-cylinder EGR The EGR rate calculation unit 38 utilizes the EGR rate R in the branch upstream by the EGR rate calculation units 36 to 38. _U (N), branch downstream EGR rate R _L (N), in-cylinder EGR rate R _C (N) is calculated (second EGR rate calculating means).
[0031]
Here, in the present embodiment, after taking into account the compression and expansion of the mixed gas in the branch 2a, the EGR rates R _U (N), R _L (N), R _C (N) is calculated. Since the compression / expansion of the mixed gas is caused by the pressure change in the surge tank 3 due to the opening and closing of the throttle valve 6, the variation of the intake negative pressure Pb (for example, the deviation of Pb (n) -Pb (n-4)) ), The steady state, the acceleration, and the deceleration are determined, and the corresponding calculation processing is performed by each of the EGR rate calculation units 36 to 38, which will be sequentially described below.
[0032]
<At steady state>
The stationary mixed gas is transferred without being compressed and expanded in the branch 2a. Therefore, as the estimation process at this time, the EGR rate R in the tank eight strokes ago is used, for example, as in the prior art of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-254659. _S (N-8) is replaced with the in-cylinder EGR rate R _C (N). However, in the present embodiment, the branch upstream EGR rate R four strokes before in the estimation process during acceleration / deceleration _U (N-4) and branch upstream EGR rate R _L Since (n-4) is required, each value is calculated according to the following equation, and then the branch upstream EGR rate R _U (N) and branch upstream EGR rate R _L (N) is stored in the ECU 21 as the previous value (EGR rate storage means), and the stored value is updated each time it is calculated (EGR rate update means).
R _C (N) = R _L (N-4) ... (4)
R _L (N) = R _U (N-4) ... (5)
R _U (N) = R _S (N) ... (6)
<When accelerating>
FIG. 4 is a schematic diagram showing the behavior of the mixed gas in the surge tank 3, upstream of the branch, downstream of the branch, and in-cylinder 1a during acceleration. In the initial stage of acceleration at the moment when the throttle valve 6 is opened, the mixed gas has not yet been compressed by inertia, and the surge tank 3 has the current EGR rate R in the tank. _S The mixed gas of (n) exists, and the EGR rate R upstream of the branch four strokes before the branch upstream _U (N-4) is present, and the branch upstream EGR rate R four strokes before is present downstream of the branch. _L The mixed gas of (n-4) exists.
[0033]
Immediately thereafter, the pressure in the surge tank 3 increases with an increase in the amount of fresh air and EGR gas introduced, and the mixed gas in the branch is compressed between the cylinder 1a closed by the intake valve. The mixed gas at this time is compressed toward the downstream side in accordance with the ratio Pb (n−4) / Pb (n) (volume change correlation value) of the intake negative pressure between this time and the four strokes before each cylinder makes one cycle. As a result, a part of the mixed gas in the surge tank 3 enters the upstream of the branch, and a part of the mixed gas of the upstream of the branch enters the downstream of the branch. Then, when the intake valve of the corresponding cylinder is opened, the mixed gas is transferred by a half stroke of the branch length.
[0034]
In the cylinder 1a at this time, all of the mixed gas existing downstream of the branch in the initial stage of acceleration and part of the mixed gas existing upstream of the branch in the initial stage of acceleration are filled with the above-mentioned ratio Pb (n−4). ) / Pb (n) is introduced in a compressed state, and the in-cylinder EGR rate R _C (N) can be represented by the following equation (7).
R _C (N) = R _L (N−4) × Pb (n−4) / Pb (n) +
R _U (N−4) × {1-Pb (n−4) / Pb (n)} (7)
In other words, the mixed gas introduced into the cylinder 1a was present downstream of the branch before the transfer (after compression), and downstream of the branch before the transfer, the EGR rate R _L (N-4) occupancy rate of the mixed gas (in other words, in-cylinder EGR rate R _C (Influence on (n)) is expressed in the first half of the equation (4), while the branch upstream EGR rate R _U (N-4) occupancy rate of the mixed gas (in-cylinder EGR rate R _C (Influence on (n)) is expressed in the latter half of equation (4), and based on these, the in-cylinder EGR rate R _C (N) is calculated.
[0035]
At this time, a part of the mixed gas existing in the upstream of the branch at the initial stage of the acceleration (the remaining portion introduced into the cylinder) and the gas in the surge tank 3 in the initial stage of the acceleration were located downstream of the branch. The mixed gas is transferred in a compressed state according to the ratio Pb (n−4) / Pb (n), and the branch downstream EGR rate R _L (N) can be represented by the following equation (8).
R _L (N) = R _U (N−4) × {2 × Pb (n−4) / Pb (n) −1} +
R _S (N) × {2-2 × Pb (n−4) / Pb (n)} (8)
That is, the mixed gas transferred downstream of the branch exists upstream of the branch before transfer (after compression), and the EGR rate R upstream of the branch upstream of the branch before transfer. _U The occupation ratio of the mixed gas of (n-4) is expressed by the first half of Expression (8), while the EGR ratio R in the tank is _S Since the occupation ratio of the mixed gas of (n) is expressed in the latter half of Expression (8), the branch downstream EGR ratio R _L (N) is calculated.
[0036]
Further, since only the mixed gas existing in the surge tank 3 at the initial stage of acceleration is transferred to the upstream of the branch at this time, the EGR rate R of the upstream of the branch is independent of the compression state. _U (N) can be represented by the following equation (9).
R _U (N) = R _S (N) ... (9)
<During deceleration>
FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of the mixed gas in the surge tank, the branch upstream, the branch downstream, and the cylinder 1a during deceleration. At the initial stage of deceleration at the moment when the throttle valve 6 is closed, the mixed gas has not yet expanded due to inertia, so that the EGR rate of the mixed gas at each portion is the same as in the above-mentioned initial stage of acceleration.
[0037]
Immediately thereafter, the pressure in the surge tank 3 decreases with a decrease in the amount of fresh air and EGR gas introduced, and the mixed gas in the branch expands with the cylinder 1a closed by the intake valve. At this time, the mixed gas expands toward the upstream side in accordance with the ratio Pb (n−4) / Pb (n) of the intake negative pressure between the current time and the four strokes before each cylinder makes one cycle. A part of the mixed gas enters the upstream of the branch, and a part of the mixed gas enters the surge tank 3. Then, when the intake valve of the corresponding cylinder is opened, the mixed gas is transferred by a half stroke of the branch length.
[0038]
At this time, only a part of the mixed gas existing downstream of the branch in the initial stage of deceleration is transferred to the in-cylinder 1a. _C (N) can be represented by the following equation (10).
R _C (N) = R _L (N-4) ... (10)
At this time, a part of the mixed gas existing in the downstream of the branch in the initial stage of the deceleration (the remaining portion introduced into the cylinder 1a) and the mixing gas existing in the upstream of the branch in the initial stage of the deceleration are located downstream of the branch. A part of the gas is transported in an expanded state according to the ratio Pb (n-4) / Pb (n), and the branch downstream EGR rate R _L (N) can be represented by the following equation (11).
R _L (N) = R _L (N−4) × {Pb (n−4) / Pb (n) −1} +
R _U (N) × {2-Pb (n-4) / Pb (n)} (11)
In other words, the mixed gas transferred to the downstream of the branch exists before the transfer (after expansion), and is present in the upstream of the branch. _L The occupation ratio of the mixed gas of (n-4) is represented by the first half of the equation (11), while the upstream EGR rate R of the branch is _U Since the occupation ratio of the mixed gas of (n) is expressed in the latter half of the expression (11), the branch downstream EGR ratio R _L (N) is calculated.
[0039]
Further, at this time, a part of the mixed gas existing in the upstream of the branch at the initial stage of deceleration (the remaining portion transferred to the downstream of the branch) and the mixed gas existing in the surge tank 3 are located upstream of the branch at this time. Is transported in an expanded state according to the ratio Pb (n−4) / Pb (n), and the branch upstream EGR rate R _U (N) can be represented by the following equation (12).
R _U (N) = R _U (N−4) × {2 × Pb (n−4) / Pb (n) −2} +
R _S (N) × {3-2 × Pb (n-4) / Pb (n)} (12)
In other words, the mixed gas transferred to the upstream of the branch exists in the surge tank 3 before the transfer (after expansion), and the EGR rate R in the upstream of the branch in the surge tank 3 before the transfer. _L The occupation ratio of the mixed gas of (n-4) is expressed by the first half of Expression (12), while the EGR ratio R in the tank is _S Since the occupation rate of the mixed gas of (n) is expressed in the latter half of the equation (12), the EGR rate R of the branch upstream _U (N-4) is calculated.
[0040]
According to the above procedure, the EGR rate calculation units 35 to 38 in FIG. _S (N), R _U (N), R _L (N), R _C (N) are sequentially calculated, and the EGR rate R _U (N), R _L (N) is stored and updated as the previous value, and in the next estimation process of the cylinder, the EGR rate R four strokes ago _U (N-4), R _L Used as (n-4). Then, the obtained in-cylinder EGR rate R _C (N) is applied to the setting of the ignition timing SA and the volumetric efficiency coefficient.
[0041]
FIG. 6 is a control flow showing a processing procedure for setting the ignition timing SA. First, based on the engine speed Ne and the intake negative pressure Pb, the ignition timing SAw at the EGR time is calculated from the map by the EGR ignition timing calculation unit 41. On the other hand, the non-EGR ignition timing calculation unit 42 calculates the non-EGR ignition timing SAw / o from the map. Further, based on the engine rotation speed Ne and the intake negative pressure Pb, the target EGR rate R _STD On the other hand, the clip value calculation unit 44 calculates a clip value CP that limits the upper limit of the retard amount OFS described later from the map.
[0042]
Obtained ignition timing SAw, SAw / o, target EGR rate R _STD And the above-described in-cylinder EGR rate R _C (N) is input to the interpolation processing unit 45, and the current in-cylinder EGR rate R is calculated according to the following equation (13) _C The ignition timing SA corresponding to (n) is calculated by linear interpolation.
SA = SAw / o + (SAw-SAw / o) × R _C (N) / R _STD ............ (13)
Also, the in-cylinder EGR rate R _C (N) and target EGR rate R _STD Is input to the retard amount calculator 46, and the ratio R _C (N) / R _STD And the upper limit of the retard amount OFS is limited to the clip value CP or less. In the subtraction unit 47, the retard amount OFS is subtracted from the ignition timing SA, and the subtracted ignition timing SA is used as a target value in the ignition timing control.
[0043]
On the other hand, the volumetric efficiency coefficient is also calculated in the same procedure as the ignition timing SA. Although not described in detail, the volumetric efficiency coefficient obtained from the EGR map and the non-EGR map is interpolated, and the current The fresh air amount is obtained based on the volume efficiency coefficient and applied to the fuel injection control. In this interpolation processing, the above-described ratio R _C (N) / R _STD That is, the estimated in-cylinder EGR rate R _C (N) is used.
[0044]
As described above, in the EGR rate estimating device for the engine 1 according to the present embodiment, the compression / expansion of the mixed gas in the branch 2a, which is not considered in the prior art, is performed based on the equations (7) to (12). EGR rate R _C This is reflected in the calculation processing of (n). As a result, the transfer process of the mixed gas in the branch 2a can be simulated in a more realistic manner, and the EGR rate R introduced into the cylinder irrespective of the operating state of the engine 1. _C (N) can always be accurately estimated.
[0045]
In addition, in the equations (7) to (12), the ratio of the intake negative pressure Pb (n−4) / Pb (n), that is, the pressure change in the surge tank 3 which is a direct factor of the compression / expansion of the mixed gas. Is applied, it is possible to realize an estimation process that is more realistic.
On the other hand, in the EGR rate estimating device of the engine 1 according to the present embodiment, the EGR opening S is linearized to the opening area in accordance with the EGR opening S ′ and the EGR flow rate Q, and the EGR opening S is stored in the surge tank 3 according to the equation (1). The EGR amount ΔPr (n) to be introduced is obtained, and based on the EGR amount ΔPr (n), the EGR partial pressure Pr (n) is obtained from the remaining amount of the EGR gas in the surge tank 3 and the new inflow amount according to the equation (2). ) Is calculated. Since the calculation processes are performed based on the specific values as described above, the mixing process that occurs in the surge tank 3 can be simulated in a more realistic manner.
[0046]
Moreover, the ratio Vcyl / Vst used in the equation (2) corresponds to the filter constant of the primary filter for smoothing the EGR rate in the surge tank 3 in the prior art disclosed in JP-A-2000-254659. The ratio Vcyl / Vst is set based on more realistic specifications of the engine 1 (cylinder volume Vcyl, surge tank volume Vst). Due to these factors, the EGR partial pressure Pr (n) in the surge tank 3 and thus the EGR rate R in the tank _S (N) can be accurately estimated, and as a result, the EGR rate R _S The above EGR rate R based on (n) _C The estimation processing of (n) can be performed more accurately.
[0047]
Then, as described above, the in-cylinder EGR rate R _C Since (n) is accurately estimated, the in-cylinder EGR rate R _C The processing using (n), for example, the setting processing of the ignition timing SA and the volumetric efficiency coefficient described above is appropriately performed, and the accuracy of the ignition timing control and the fuel injection control based on these set values can be greatly improved. . Therefore, for example, in the ignition timing control, an appropriate ignition timing SA equivalent to MBT can be realized even during the transient operation of the engine 1, and the fuel consumption and drivability can be significantly improved by preventing misfire and knocking.
[0048]
The embodiment has been described above, but aspects of the present invention are not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the EGR rate estimating device for the in-line four-cylinder gasoline engine 1 of the intake pipe injection type is embodied. However, the type of the engine is not limited to this. For example, fuel is directly injected into the cylinder. The present invention may be applied to an in-cylinder injection gasoline engine or a diesel engine, or to an engine having a different cylinder arrangement or number of cylinders.
[0049]
Further, in the above embodiment, the branch 2a is divided into an upstream and a _U (N), R _L Although (n) was calculated, as is clear from the above description, the number of divisions of the branch 2a is determined based on the ratio between the volume of the branch 2a and the cylinder volume. For example, the volume of the branch 2a is three times the cylinder volume. At times, the branch 2a is divided into three regions of upstream, middle and downstream, and the EGR rate is calculated individually.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the EGR rate estimating apparatus for an internal combustion engine according to the first and second aspects of the present invention, the transfer process of the mixed gas in the branch is performed in accordance with the actual condition while taking into account the compression and expansion of the mixed gas. It is possible to simulate, and therefore, it is possible to always accurately estimate the EGR rate of the mixed gas introduced into the cylinder regardless of the operation state of the internal combustion engine.
[0051]
According to the EGR rate estimating device for an internal combustion engine according to the third aspect of the present invention, in addition to the first and second aspects of the present invention, the mixing process of the mixed gas in the surge tank can be simulated in accordance with the actual condition. Of the mixed gas introduced into the cylinder can be more accurately estimated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an EGR rate estimation device for an engine according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an intake system of an engine.
FIG. 3 is a cylinder EGR rate R; _C It is explanatory drawing which shows the control flow at the time of estimating (n).
FIG. 4 is a schematic diagram showing the behavior of a mixed gas during acceleration.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of a mixed gas during deceleration.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a control flow when setting an ignition timing SA.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
1a In-cylinder
2 Intake manifold
2a branch
3 surge tank
11 EGR valve
21 ECU (first EGR rate calculating means, second EGR rate calculating means, EGR rate storing means, EGR rate updating means)

Claims

A surge tank that introduces fresh air from an intake system of the engine, recirculates EGR gas from an exhaust system of the engine in accordance with an opening degree of an EGR valve, and mixes the fresh air and EGR gas therein;
A branch of an intake manifold for connecting the surge tank to each cylinder of the engine,
First EGR rate calculation means for calculating an EGR rate in the surge tank each time the mixed gas from the surge tank is transferred in the branch with intake of the engine;
EGR rate storage means for storing the EGR rate of the internal mixed gas as a previous value for each region of the branch divided in advance by the mixed gas transfer stroke accompanying the intake,
For each transfer of the mixed gas accompanying the intake, the EGR rate in the surge tank calculated by the first EGR rate calculating means, the previous value of the EGR rate in each area stored in the storage means, and the A second EGR rate calculation for calculating the EGR rate of the mixed gas in each area after the transfer and the EGR rate of the mixed gas introduced into the cylinder based on the volume change correlation value correlated with the volume change of the mixed gas Means,
An internal combustion engine comprising: an EGR rate updating means for updating the EGR rate in the storage means based on the calculated EGR rate of the mixed gas in each region every time the second EGR rate calculating means calculates. EGR rate estimation device.

2. The EGR rate estimation of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second EGR rate calculation means sets a volume change correlation value based on a previous value and a current value of the pressure in the surge tank. apparatus.

The first EGR rate calculating means calculates the amount of EGR introduced into the surge tank based on the opening degree of the EGR valve linearized to the opening area and the EGR flow rate, and obtains the EGR amount from the EGR amount. The EGR rate in the surge tank is calculated based on an EGR partial pressure in the surge tank and a new air partial pressure corresponding to a fresh air amount introduced into the surge tank. 3. The EGR rate estimating device for an internal combustion engine according to 2.