JP2004197619A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＥＧＲガスが供給されているときの筒内吸入新気量又は吸気管圧力を簡単にかつ正確に求める。
【解決手段】スロットル弁下流の吸気管と排気管とをＥＧＲ供給管を介し互いに接続して吸気管内に排気ガスを再循環させる。スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力Ｐｍと、筒内に充填された新気の量を表す機関負荷率ＫＬとの関係であって、定常運転時におけるこれら吸気管圧力Ｐｍと機関負荷率ＫＬとの関係を、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、次の二つの一次関数式により表し、これら二つの一次関数式を予め求めて記憶しておく。
ＫＬ＝ａ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬ＝ａ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ＞ｂ
吸気管圧力Ｐｍを検出し、吸気管圧力Ｐｍからこれら一次関数式を用いて機関負荷率ＫＬを算出し、求められた機関負荷率ＫＬに基づいて燃料噴射量ＱＦを算出する。
【選択図】 図５
【解決手段】スロットル弁下流の吸気管と排気管とをＥＧＲ供給管を介し互いに接続して吸気管内に排気ガスを再循環させる。スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力Ｐｍと、筒内に充填された新気の量を表す機関負荷率ＫＬとの関係であって、定常運転時におけるこれら吸気管圧力Ｐｍと機関負荷率ＫＬとの関係を、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、次の二つの一次関数式により表し、これら二つの一次関数式を予め求めて記憶しておく。
ＫＬ＝ａ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬ＝ａ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ＞ｂ
吸気管圧力Ｐｍを検出し、吸気管圧力Ｐｍからこれら一次関数式を用いて機関負荷率ＫＬを算出し、求められた機関負荷率ＫＬに基づいて燃料噴射量ＱＦを算出する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されているガスの量、即ち筒内充填ガス量を、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力の一次関数式により表すことができることが既に知られている（特許文献１、特に［００１３］から［００１９］及び図３（Ｂ）参照、なお図３（Ｂ）の縦軸Ｑ（Ｐ）は正しくはＧ（Ｐ）であると思われる）。そうすると、この一次関数式を予め求めておけば、吸気管圧力を例えば測定することによって、筒内充填ガス量を簡単にかつ正確に算出できることになる。或いは、筒内充填ガス量を求めることによって、この一次関数式から吸気管圧力を算出できることにもなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３３４０５０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８０８７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、筒内に充填される新気の量、即ち筒内充填新気量を正確に求める必要があり、特に筒内充填新気量を簡単にかつ正確に求めることが必要である。
【０００５】
排気ガス再循環ガスが供給されていないときには、吸気行程開始時に筒内から吸気管内に流入した既燃ガスがこの吸気行程中に筒内に戻されるということを考えると、筒内に充填されるガスは新気のみであると考えてよく、そうすると、上述の一次関数式を用いて筒内充填新気量を簡単にかつ正確に算出することができる。
【０００６】
しかしながら、排気ガス再循環ガスが供給されているときには、新気と排気ガス再循環ガスとの混合ガスが筒内に充填されるので、上述の一次関数式から、筒内に充填された混合ガスの量を知ることができるけれども、筒内充填新気量を知ることができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量又は吸気管圧力を簡単にかつ正確に求めることができ、従って機関制御を簡単にかつ正確に行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、スロットル弁下流の吸気管と排気管とを排気ガス再循環通路を介し互いに接続して吸気管内に排気ガスを再循環させるようにした内燃機関において、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力と、筒内に充填された新気の量である筒内充填新気量との関係であって、定常運転時におけるこれら吸気管圧力と筒内充填新気量との関係を、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式により表すと共に、これら二つの一次関数式を予め求めて記憶しておく手段と、定常運転時における吸気管圧力と筒内充填新気量とのうちいずれか一方を求める手段と、該求められた吸気管圧力又は筒内充填新気量から前記一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出する手段と、該算出された筒内充填新気量又は吸気管圧力に基づいて機関運転を制御する手段と、を具備している。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、互いに異なる複数の排気ガス再循環制御弁開度に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、排気ガス再循環制御弁開度を求め、該求められた排気ガス再循環制御弁開度に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにしている。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、互いに異なる複数の機関回転数に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、機関回転数を求め、該求められた機関回転数に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにしている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記二つの一次関数式が、それぞれの勾配と接続点における吸気管圧力及び筒内充填新気量を用いた形でそれぞれ表される。
【００１２】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、前記勾配が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じてそれぞれ設定され、前記接続点における吸気管圧力が機関回転数に応じて設定され、前記接続点における筒内充填新気量が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じて設定される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。
【００１４】
図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓、１１は燃料噴射弁をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁１７下流の吸気ダクト、サージタンク１３、吸気枝管１２、及び吸気ポート７を吸気管と称する場合がある。
【００１５】
一方、排気ポート９は排気マニホルド１８及び排気管１９を介して触媒コンバータ２０に連結され、この触媒コンバータ２０は図示しないマフラを介して大気に連通される。
【００１６】
排気マニホルド１８と各吸気枝管１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）供給管２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ供給管２１内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。図１に示される内燃機関では、ＥＧＲ制御弁２２下流のＥＧＲ供給管２１が分岐され、各吸気枝管１２に接続されている。なお、ＥＧＲ制御弁２２はステップモータを備えており、このステップモータのステップ数ＳＴＰが大きくなるとＥＧＲ制御弁２２の開度が大きくなる。即ち、ステップ数ＳＴＰはＥＧＲ制御弁２２の開度を表している。
【００１７】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。サージタンク１３内には吸気管内の圧力である吸気管圧力Ｐｍを検出するための圧力センサ３９が取り付けられる。また、スロットル弁１７にはスロットル開度θｔを検出するためのスロットル開度センサ４０が取り付けられる。更に、アクセルペダル４１にはアクセルペダル４１の踏み込み量を検出するための負荷センサ４２が接続される。アクセルペダル４１の踏み込み量は要求負荷を表している。これらセンサ３９，４０，４２の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４３が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４３の出力パルスに基づいて機関回転数ＮＥが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１６、及びＥＧＲ制御弁２２にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００１８】
図１に示される内燃機関では、燃料噴射量ＱＦは例えば次式に基づいて算出される。
【００１９】
ＱＦ＝ｋＡＦ・ＫＬ
ここで、ｋＡＦは空燃比設定係数を、ＫＬは機関負荷率（％）をそれぞれ示している。
【００２０】
空燃比設定係数ｋＡＦは目標空燃比を表す係数であり、目標空燃比が大きくなると即ちリーンになると小さくなり、目標空燃比が小さくなると即ちリッチになると大きくなる。この空燃比設定係数ｋＡＦは機関運転状態例えば要求負荷及び機関回転数の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２１】
一方、機関負荷率ＫＬは各気筒の筒内に充填された新気の量を表すものであり、例えば次式により定義される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、Ｍｃａｉｒは吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気の密度（約１．２ｇ／リットル）をそれぞれ示している。
【００２４】
従って、実際の空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、機関負荷率ＫＬを正確に求ればよいことになる。
【００２５】
なお、ＥＧＲ制御弁２２が開弁され従ってＥＧＲガスが供給されているときには、各気筒の筒内に新気とＥＧＲガスとの混合ガスが吸入される。従って、吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている混合ガス及びＥＧＲガスの量をそれぞれ筒内充填ガス量Ｍｃ及び筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒと称すると、筒内充填ガス量Ｍｃは筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和で表されることになる（Ｍｃ＝Ｍｃａｉｒ＋Ｍｃｅｇｒ）。
【００２６】
ところで、冒頭で述べたように、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表されることが知られている。即ち、理論及び経験則によれば、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの筒内圧力に比例し、この筒内圧力は吸気弁７上流の混合ガス圧力、即ち吸気管圧力Ｐｍにほぼ一致する。
【００２７】
ＥＧＲガスが供給されていないときには、吸気行程開始時に筒内から吸気管内に流入した既燃ガスがこの吸気行程中に筒内に戻されるということを考えると、筒内に新気のみが充填されると考えることができ、そうすると、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒ従って機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。即ち、機関負荷率ＫＬを簡単にかつ正確に求めることができる。
【００２８】
ところが、ＥＧＲガスが供給されているときには状況が全く異なり、筒内には新気だけでなくＥＧＲガスも充填される。このため、従来では、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことは到底できないと考えられていたのである。
【００２９】
筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるならば、筒内充填ガス量Ｍｃを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができること、筒内充填ガス量Ｍｃが筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和であることを考えれば、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。
【００３０】
しかしながら、従来では、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒも吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができないと考えられていたのである。このことを図２を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、図２（Ａ）に示されるように、ＥＧＲ制御弁２２上流のＥＧＲガス圧力が排気マニホルド１８内の排気圧Ｐｅ（ｋＰａ）であり、ＥＧＲ制御弁上流のＥＧＲガス温度が排気マニホルド１８内の排気温Ｔｅ（Ｋ）であり、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの圧力が吸気管圧力Ｐｍ（ｋＰａ）であると考えると、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）は次式（１）により表すことができる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ここで、μはＥＧＲ制御弁２２における流量係数を、ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開口断面積（ｍ２）を、Ｒｅは気体定数Ｒに関する定数を、Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＰｍ／Ｐｅの関数を、それぞれ表している。なお、流量係数μおよび開口断面積ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開度θｅによって定まる値であり、定数Ｒｅは気体定数Ｒを１ｍｏｌ当たりの排気ガスないしＥＧＲガスの質量Ｍｅで除算した値である（Ｒｅ＝Ｒ／Ｍｅ）。
【００３４】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＥＧＲガスの流速が音速を越えないように、比熱比κ（一定とする）を用いて次式により表される。
【００３５】
【数３】
【００３６】
上述した式（１）は簡単に説明すると、ＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスについての質量、エネルギ、及び運動量の各保存則、並びにＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスの状態方程式を用いて導出される。
【００３７】
ここで、計算を簡単にするために排気圧Ｐｅが大気圧Ｐａであるとすると、式（１）により表されるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは図２（Ｂ）のようになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは吸気管圧力Ｐｍが小さいときにはほぼ一定に維持され、吸気管圧力Ｐｍが高くなると図２（Ｂ）においてＮＲで示されるように吸気管圧力Ｐｍに対し非線形性を示しながら大気圧Ｐａに向けて減少する。なお、この非線形性部分ＮＲは式（１）のうちＰｅ／√Ｔｅの部分及び関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）によるものである。
【００３８】
従って、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒとりわけ非線形性部分ＮＲを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことはできないものと考えられていたのである。もっとも、かなり多くの数の一次関数式を用いれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができると考えられる。しかしながら、この場合には、もはや機関負荷率ＫＬを簡単に求めているとは言えない。
【００３９】
ところが、本願発明者らによれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができ、従って筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることが判明したのである。
【００４０】
即ち、まず、図３に示されるように、排気温Ｔｅは吸気管圧力Ｐｍの増大に対し、排気圧Ｐｅが増大するよりも大幅に増大し、その結果Ｐｅ／√Ｔｅを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。
【００４１】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）も吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。これを図４を参照して説明する。排気圧Ｐｅが一定の大気圧Ｐａに維持されるのではなく、吸気管圧力Ｐｍに応じて変動することを考慮すると、図４（Ａ）に示されるように、吸気管圧力ＰｍがＰｍ１のときの関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は大気圧Ｐａに収束する曲線Ｃａ上にあるのではなく、排気圧Ｐｅ１に収束する曲線Ｃ１上にあり、これがプロット（○）で表されている。同様に、Ｐｍ＝Ｐｍ２（＞Ｐｍ１）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ２（＞Ｐｅ１）に収束する曲線Ｃ２上にあり、Ｐｍ＝Ｐｍ３（＞Ｐｍ２）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ３（＞Ｐｅ２）に収束する曲線Ｃ３上にある。
【００４２】
このようにして得られるプロットは図４（Ｂ）に示されるように、直線Ｌ２で結ぶことができる。従って、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は吸気管圧力Ｐｍが小さいときには直線Ｌ１に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが大きいときには直線Ｌ２に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができ、斯くして吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるのである。
【００４３】
ここで、定常運転時には、単位時間当たりに吸気管内に流入するＥＧＲガス量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒと、単位時間当たりに吸気管から流出して気筒内に流入するＥＧＲガスの量である筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）とが互いに等しい。また、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒに、各気筒の吸気行程１回に要する時間ΔＴ（ｓｅｃ）を乗算することにより得られるものである（Ｍｃｅｇｒ＝ｍｃｅｇｒ・ΔＴ）。
【００４４】
そうすると、定常運転時の筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるということになる。
【００４５】
従って、定常運転時の筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるということになる。これが本発明の基本的な考え方である。
【００４６】
図５には、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがそれぞれ一定であるときの、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例が示されている。図５に示されるように、機関負荷率ＫＬは、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式により表される。即ち、吸気管圧力Ｐｍが小さいときには勾配ａ１の一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが高いときには勾配ａ２の一次関数式により、機関負荷率ＫＬが表される。
【００４７】
ここで、二つの一次関数式の勾配をそれぞれａ１，ａ２とし、接続点ＣＰにおける吸気管圧力及び機関負荷率をそれぞれｂ，ｃとすると、これら二つの一次関数式は次式により表すことができる。
【００４８】
ＫＬ＝ａ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬ＝ａ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ＞ｂ
これらをひとまとめにして表すと次式（２）のようになる。
【００４９】
ＫＬ＝ａ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ （２）
ａ＝ａ１ …Ｐｍ≦ｂ
ａ＝ａ２ …Ｐｍ＞ｂ
本発明による実施例では、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が式（２）に示す形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。このようにすると、二つの一次関数式をａ，ｂ，ｃの三つのパラメータで表すことができる。即ち、二つの一次関数式を表すために必要なパラメータの数を少なくすることができる。
【００５０】
上述の式（１）におけるＥＧＲ制御弁２２の開口断面積ＡｅはＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに依存し、機関充填効率が機関回転数ＮＥに依存することを考慮して、本発明による実施例ではパラメータａ（ａ１，ａ２），ｂ，ｃをＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰ又は機関回転数ＮＥに応じて設定している。
【００５１】
具体的に説明すると、勾配ａ１は図６（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。また、勾配ａ２は図６（Ｂ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。これら勾配ａ１，ａ２は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
一方、接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂは図７に示されるように、機関回転数ＮＥが高くなるつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂも予め実験により求められており、機関回転数ＮＥの関数として図７に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５３】
更に、接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃは図８（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃも予め実験により求められており、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５４】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数のＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに対し、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数ＮＥに対し、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。
【００５５】
図９は一定の機関回転数ＮＥでかつ様々なＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰにおける、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例を示している。なお、図９における破線はＥＧＲガスが供給されていないとき、即ちＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがゼロのときの機関負荷率ＫＬを示している。
【００５６】
従って、吸気管圧力Ｐｍを例えば圧力センサ３９により検出すれば、この検出された吸気管圧力Ｐｍから上述の式（２）を用いて機関負荷率ＫＬを正確にかつ簡単に求めることができ、斯くして空燃比を目標空燃比に正確にかつ簡単に一致させることができることになる。
【００５７】
このように機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表せるということは、機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係を表すマップを作成する必要がないことを意味しており、従ってまずマップの作成労力がなくされる。また、複雑な例えば微分方程式などを解く必要がないということも意味しており、従ってＣＰＵ３４の計算負荷が軽減されることにもなる。
【００５８】
図１０は上述した本発明による実施例における燃料噴射量ＱＦの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【００５９】
図１０を参照すると、まずステップ１００では吸気管圧力Ｐｍ、機関回転数ＮＥ、及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが読み込まれる。続くステップ１０１では、図７及び図８（Ｂ）のマップから接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ及び機関負荷率ｃが算出される。続くステップ１０２では、検出された吸気管圧力Ｐｍが接続点における吸気管圧力ｂ以下か否かが判別される。Ｐｍ≦ｂのときには次いでステップ１０３に進み、図６（Ｃ）のマップからａ１が算出される。続くステップ１０４では、勾配ａがこのａ１とされる。次いでステップ１０７に進む。これに対し、Ｐｍ＞ｂのときには次いでステップ１０５に進み、図６（Ｄ）のマップからａ２が算出される。続くステップ１０６では、勾配ａがこのａ２とされる。次いでステップ１０７に進む。
【００６０】
ステップ１０７では、式（２）に基づいて機関負荷率ＫＬが算出される（ＫＬ＝ａ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ）。続くステップ１０８では機関運転状態に基づいて空燃比設定係数ｋＡＦが算出され、続くステップ１０９では燃料噴射量ＱＦが算出される（ＱＦ＝ｋＡＦ・ＫＬ）。各燃料噴射弁１１からはＱＦだけ燃料が噴射される。
【００６１】
従って、一般的に言うと、吸気管圧力Ｐｍを求め、吸気管圧力Ｐｍから一次関数式（２）を用いて筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを算出し、算出された筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬに基づいて機関運転を制御しているということになる。
【００６２】
これまで述べてきた本発明による実施例では、圧力センサ３９により検出された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出するようにしている。しかしながら、例えばスロットル開度、又はスロットル弁１７上流の吸気ダクト１４内に配置されたエアフローメータの出力に基づき吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出することもできる。或いは、例えば計算モデルを用いて吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出するようにしてもよい。
【００６３】
ところで、上述の吸気管圧力Ｐｍの一次関数式（２）を、吸気管圧力Ｐｍを表す機関負荷率ＫＬの一次関数式の形に書き換えると次式（３）が得られる。
【００６４】
Ｐｍ＝（１／ａ）・（ＫＬ−ｃ）＋ｂ （３）
ａ＝ａ１ …ＫＬ≦ｃ
ａ＝ａ２ …ＫＬ＞ｃ
従って、機関負荷率ＫＬないし筒内充填新気量から式（３）を用いて吸気管圧力Ｐｍを算出することができる。
【００６５】
【発明の効果】
排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量又は吸気管圧力を簡単にかつ正確に求めることができ、従って機関制御を簡単にかつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＥＧＲ制御弁通過ガス量ｍｅｇｒを説明するための図である。
【図３】排気圧Ｐｅ、排気温Ｔｅ、及びＰｅ／√Ｔｅを示す線図である。
【図４】関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）を示す線図である。
【図５】機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図６】勾配ａ１，ａ２を示す線図である。
【図７】接続点における吸気管圧力ｂを示す線図である。
【図８】接続点における機関負荷率ｃを示す線図である。
【図９】機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図１０】燃料噴射量ＱＦの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
１２…吸気枝管
１７…スロットル弁
１８…排気マニホルド
２１…ＥＧＲ供給管
２２…ＥＧＲ制御弁
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されているガスの量、即ち筒内充填ガス量を、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力の一次関数式により表すことができることが既に知られている（特許文献１、特に［００１３］から［００１９］及び図３（Ｂ）参照、なお図３（Ｂ）の縦軸Ｑ（Ｐ）は正しくはＧ（Ｐ）であると思われる）。そうすると、この一次関数式を予め求めておけば、吸気管圧力を例えば測定することによって、筒内充填ガス量を簡単にかつ正確に算出できることになる。或いは、筒内充填ガス量を求めることによって、この一次関数式から吸気管圧力を算出できることにもなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３３４０５０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８０８７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、筒内に充填される新気の量、即ち筒内充填新気量を正確に求める必要があり、特に筒内充填新気量を簡単にかつ正確に求めることが必要である。
【０００５】
排気ガス再循環ガスが供給されていないときには、吸気行程開始時に筒内から吸気管内に流入した既燃ガスがこの吸気行程中に筒内に戻されるということを考えると、筒内に充填されるガスは新気のみであると考えてよく、そうすると、上述の一次関数式を用いて筒内充填新気量を簡単にかつ正確に算出することができる。
【０００６】
しかしながら、排気ガス再循環ガスが供給されているときには、新気と排気ガス再循環ガスとの混合ガスが筒内に充填されるので、上述の一次関数式から、筒内に充填された混合ガスの量を知ることができるけれども、筒内充填新気量を知ることができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量又は吸気管圧力を簡単にかつ正確に求めることができ、従って機関制御を簡単にかつ正確に行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、スロットル弁下流の吸気管と排気管とを排気ガス再循環通路を介し互いに接続して吸気管内に排気ガスを再循環させるようにした内燃機関において、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力と、筒内に充填された新気の量である筒内充填新気量との関係であって、定常運転時におけるこれら吸気管圧力と筒内充填新気量との関係を、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式により表すと共に、これら二つの一次関数式を予め求めて記憶しておく手段と、定常運転時における吸気管圧力と筒内充填新気量とのうちいずれか一方を求める手段と、該求められた吸気管圧力又は筒内充填新気量から前記一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出する手段と、該算出された筒内充填新気量又は吸気管圧力に基づいて機関運転を制御する手段と、を具備している。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、互いに異なる複数の排気ガス再循環制御弁開度に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、排気ガス再循環制御弁開度を求め、該求められた排気ガス再循環制御弁開度に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにしている。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、互いに異なる複数の機関回転数に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、機関回転数を求め、該求められた機関回転数に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにしている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記二つの一次関数式が、それぞれの勾配と接続点における吸気管圧力及び筒内充填新気量を用いた形でそれぞれ表される。
【００１２】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、前記勾配が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じてそれぞれ設定され、前記接続点における吸気管圧力が機関回転数に応じて設定され、前記接続点における筒内充填新気量が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じて設定される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。
【００１４】
図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓、１１は燃料噴射弁をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁１７下流の吸気ダクト、サージタンク１３、吸気枝管１２、及び吸気ポート７を吸気管と称する場合がある。
【００１５】
一方、排気ポート９は排気マニホルド１８及び排気管１９を介して触媒コンバータ２０に連結され、この触媒コンバータ２０は図示しないマフラを介して大気に連通される。
【００１６】
排気マニホルド１８と各吸気枝管１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）供給管２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ供給管２１内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。図１に示される内燃機関では、ＥＧＲ制御弁２２下流のＥＧＲ供給管２１が分岐され、各吸気枝管１２に接続されている。なお、ＥＧＲ制御弁２２はステップモータを備えており、このステップモータのステップ数ＳＴＰが大きくなるとＥＧＲ制御弁２２の開度が大きくなる。即ち、ステップ数ＳＴＰはＥＧＲ制御弁２２の開度を表している。
【００１７】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。サージタンク１３内には吸気管内の圧力である吸気管圧力Ｐｍを検出するための圧力センサ３９が取り付けられる。また、スロットル弁１７にはスロットル開度θｔを検出するためのスロットル開度センサ４０が取り付けられる。更に、アクセルペダル４１にはアクセルペダル４１の踏み込み量を検出するための負荷センサ４２が接続される。アクセルペダル４１の踏み込み量は要求負荷を表している。これらセンサ３９，４０，４２の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４３が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４３の出力パルスに基づいて機関回転数ＮＥが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１６、及びＥＧＲ制御弁２２にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００１８】
図１に示される内燃機関では、燃料噴射量ＱＦは例えば次式に基づいて算出される。
【００１９】
ＱＦ＝ｋＡＦ・ＫＬ
ここで、ｋＡＦは空燃比設定係数を、ＫＬは機関負荷率（％）をそれぞれ示している。
【００２０】
空燃比設定係数ｋＡＦは目標空燃比を表す係数であり、目標空燃比が大きくなると即ちリーンになると小さくなり、目標空燃比が小さくなると即ちリッチになると大きくなる。この空燃比設定係数ｋＡＦは機関運転状態例えば要求負荷及び機関回転数の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２１】
一方、機関負荷率ＫＬは各気筒の筒内に充填された新気の量を表すものであり、例えば次式により定義される。
【００２２】
【数１】
ここで、Ｍｃａｉｒは吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気の密度（約１．２ｇ／リットル）をそれぞれ示している。
【００２４】
従って、実際の空燃比を目標空燃比に正確に一致させるためには、機関負荷率ＫＬを正確に求ればよいことになる。
【００２５】
なお、ＥＧＲ制御弁２２が開弁され従ってＥＧＲガスが供給されているときには、各気筒の筒内に新気とＥＧＲガスとの混合ガスが吸入される。従って、吸気弁７が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている混合ガス及びＥＧＲガスの量をそれぞれ筒内充填ガス量Ｍｃ及び筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒと称すると、筒内充填ガス量Ｍｃは筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和で表されることになる（Ｍｃ＝Ｍｃａｉｒ＋Ｍｃｅｇｒ）。
【００２６】
ところで、冒頭で述べたように、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表されることが知られている。即ち、理論及び経験則によれば、筒内充填ガス量Ｍｃは吸気弁７が閉弁したときの筒内圧力に比例し、この筒内圧力は吸気弁７上流の混合ガス圧力、即ち吸気管圧力Ｐｍにほぼ一致する。
【００２７】
ＥＧＲガスが供給されていないときには、吸気行程開始時に筒内から吸気管内に流入した既燃ガスがこの吸気行程中に筒内に戻されるということを考えると、筒内に新気のみが充填されると考えることができ、そうすると、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒ従って機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。即ち、機関負荷率ＫＬを簡単にかつ正確に求めることができる。
【００２８】
ところが、ＥＧＲガスが供給されているときには状況が全く異なり、筒内には新気だけでなくＥＧＲガスも充填される。このため、従来では、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことは到底できないと考えられていたのである。
【００２９】
筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるならば、筒内充填ガス量Ｍｃを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができること、筒内充填ガス量Ｍｃが筒内充填新気量Ｍｃａｉｒと筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒとの和であることを考えれば、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができる。
【００３０】
しかしながら、従来では、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒも吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができないと考えられていたのである。このことを図２を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、図２（Ａ）に示されるように、ＥＧＲ制御弁２２上流のＥＧＲガス圧力が排気マニホルド１８内の排気圧Ｐｅ（ｋＰａ）であり、ＥＧＲ制御弁上流のＥＧＲガス温度が排気マニホルド１８内の排気温Ｔｅ（Ｋ）であり、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの圧力が吸気管圧力Ｐｍ（ｋＰａ）であると考えると、ＥＧＲ制御弁２２を通過するＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）は次式（１）により表すことができる。
【００３２】
【数２】
ここで、μはＥＧＲ制御弁２２における流量係数を、ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開口断面積（ｍ２）を、Ｒｅは気体定数Ｒに関する定数を、Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＰｍ／Ｐｅの関数を、それぞれ表している。なお、流量係数μおよび開口断面積ＡｅはＥＧＲ制御弁２２の開度θｅによって定まる値であり、定数Ｒｅは気体定数Ｒを１ｍｏｌ当たりの排気ガスないしＥＧＲガスの質量Ｍｅで除算した値である（Ｒｅ＝Ｒ／Ｍｅ）。
【００３４】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）はＥＧＲガスの流速が音速を越えないように、比熱比κ（一定とする）を用いて次式により表される。
【００３５】
【数３】
上述した式（１）は簡単に説明すると、ＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスについての質量、エネルギ、及び運動量の各保存則、並びにＥＧＲ制御弁２２の上流及び下流におけるＥＧＲガスの状態方程式を用いて導出される。
【００３７】
ここで、計算を簡単にするために排気圧Ｐｅが大気圧Ｐａであるとすると、式（１）により表されるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは図２（Ｂ）のようになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒは吸気管圧力Ｐｍが小さいときにはほぼ一定に維持され、吸気管圧力Ｐｍが高くなると図２（Ｂ）においてＮＲで示されるように吸気管圧力Ｐｍに対し非線形性を示しながら大気圧Ｐａに向けて減少する。なお、この非線形性部分ＮＲは式（１）のうちＰｅ／√Ｔｅの部分及び関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）によるものである。
【００３８】
従って、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒとりわけ非線形性部分ＮＲを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことはできないものと考えられていたのである。もっとも、かなり多くの数の一次関数式を用いれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができると考えられる。しかしながら、この場合には、もはや機関負荷率ＫＬを簡単に求めているとは言えない。
【００３９】
ところが、本願発明者らによれば、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができ、従って筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることが判明したのである。
【００４０】
即ち、まず、図３に示されるように、排気温Ｔｅは吸気管圧力Ｐｍの増大に対し、排気圧Ｐｅが増大するよりも大幅に増大し、その結果Ｐｅ／√Ｔｅを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。
【００４１】
また、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）も吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるのである。これを図４を参照して説明する。排気圧Ｐｅが一定の大気圧Ｐａに維持されるのではなく、吸気管圧力Ｐｍに応じて変動することを考慮すると、図４（Ａ）に示されるように、吸気管圧力ＰｍがＰｍ１のときの関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は大気圧Ｐａに収束する曲線Ｃａ上にあるのではなく、排気圧Ｐｅ１に収束する曲線Ｃ１上にあり、これがプロット（○）で表されている。同様に、Ｐｍ＝Ｐｍ２（＞Ｐｍ１）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ２（＞Ｐｅ１）に収束する曲線Ｃ２上にあり、Ｐｍ＝Ｐｍ３（＞Ｐｍ２）のときのΦ（Ｐｍ／Ｐｅ）は排気圧Ｐｅ３（＞Ｐｅ２）に収束する曲線Ｃ３上にある。
【００４２】
このようにして得られるプロットは図４（Ｂ）に示されるように、直線Ｌ２で結ぶことができる。従って、関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）は吸気管圧力Ｐｍが小さいときには直線Ｌ１に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが大きいときには直線Ｌ２に相当する吸気管圧力Ｐｍの一次関数式により表すことができ、斯くして吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができることになる。即ち、ＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるのである。
【００４３】
ここで、定常運転時には、単位時間当たりに吸気管内に流入するＥＧＲガス量であるＥＧＲ制御弁通過ガス流量ｍｅｇｒと、単位時間当たりに吸気管から流出して気筒内に流入するＥＧＲガスの量である筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒ（ｇ／ｓｅｃ）とが互いに等しい。また、筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒは筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｃｅｇｒに、各気筒の吸気行程１回に要する時間ΔＴ（ｓｅｃ）を乗算することにより得られるものである（Ｍｃｅｇｒ＝ｍｃｅｇｒ・ΔＴ）。
【００４４】
そうすると、定常運転時の筒内充填ＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表すことができるということになる。
【００４５】
従って、定常運転時の筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式で表すことができるということになる。これが本発明の基本的な考え方である。
【００４６】
図５には、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがそれぞれ一定であるときの、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例が示されている。図５に示されるように、機関負荷率ＫＬは、勾配が互いに異なりかつ接続点ＣＰにおいて連続している、吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式により表される。即ち、吸気管圧力Ｐｍが小さいときには勾配ａ１の一次関数式により、吸気管圧力Ｐｍが高いときには勾配ａ２の一次関数式により、機関負荷率ＫＬが表される。
【００４７】
ここで、二つの一次関数式の勾配をそれぞれａ１，ａ２とし、接続点ＣＰにおける吸気管圧力及び機関負荷率をそれぞれｂ，ｃとすると、これら二つの一次関数式は次式により表すことができる。
【００４８】
ＫＬ＝ａ１・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ≦ｂ
ＫＬ＝ａ２・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ …Ｐｍ＞ｂ
これらをひとまとめにして表すと次式（２）のようになる。
【００４９】
ＫＬ＝ａ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ （２）
ａ＝ａ１ …Ｐｍ≦ｂ
ａ＝ａ２ …Ｐｍ＞ｂ
本発明による実施例では、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が式（２）に示す形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。このようにすると、二つの一次関数式をａ，ｂ，ｃの三つのパラメータで表すことができる。即ち、二つの一次関数式を表すために必要なパラメータの数を少なくすることができる。
【００５０】
上述の式（１）におけるＥＧＲ制御弁２２の開口断面積ＡｅはＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに依存し、機関充填効率が機関回転数ＮＥに依存することを考慮して、本発明による実施例ではパラメータａ（ａ１，ａ２），ｂ，ｃをＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰ又は機関回転数ＮＥに応じて設定している。
【００５１】
具体的に説明すると、勾配ａ１は図６（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。また、勾配ａ２は図６（Ｂ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて大きくなる。これら勾配ａ１，ａ２は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
一方、接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂは図７に示されるように、機関回転数ＮＥが高くなるつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂも予め実験により求められており、機関回転数ＮＥの関数として図７に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５３】
更に、接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃは図８（Ａ）に示されるように、機関回転数ＮＥが低いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数ＮＥが高いときには機関回転数ＮＥが高くなるにつれて小さくなり、更に、ＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが大きくなるにつれて小さくなる。接続点ＣＰにおける機関負荷率ｃも予め実験により求められており、機関回転数ＮＥ及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰの関数として図８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５４】
従って、一般的に言うと、互いに異なる複数のＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰに対し、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数ＮＥに対し、筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。
【００５５】
図９は一定の機関回転数ＮＥでかつ様々なＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰにおける、定常運転時の機関負荷率ＫＬを表す吸気管圧力Ｐｍの二つの一次関数式の一例を示している。なお、図９における破線はＥＧＲガスが供給されていないとき、即ちＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰがゼロのときの機関負荷率ＫＬを示している。
【００５６】
従って、吸気管圧力Ｐｍを例えば圧力センサ３９により検出すれば、この検出された吸気管圧力Ｐｍから上述の式（２）を用いて機関負荷率ＫＬを正確にかつ簡単に求めることができ、斯くして空燃比を目標空燃比に正確にかつ簡単に一致させることができることになる。
【００５７】
このように機関負荷率ＫＬを吸気管圧力Ｐｍの一次関数式で表せるということは、機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係を表すマップを作成する必要がないことを意味しており、従ってまずマップの作成労力がなくされる。また、複雑な例えば微分方程式などを解く必要がないということも意味しており、従ってＣＰＵ３４の計算負荷が軽減されることにもなる。
【００５８】
図１０は上述した本発明による実施例における燃料噴射量ＱＦの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【００５９】
図１０を参照すると、まずステップ１００では吸気管圧力Ｐｍ、機関回転数ＮＥ、及びＥＧＲ制御弁開度ＳＴＰが読み込まれる。続くステップ１０１では、図７及び図８（Ｂ）のマップから接続点ＣＰにおける吸気管圧力ｂ及び機関負荷率ｃが算出される。続くステップ１０２では、検出された吸気管圧力Ｐｍが接続点における吸気管圧力ｂ以下か否かが判別される。Ｐｍ≦ｂのときには次いでステップ１０３に進み、図６（Ｃ）のマップからａ１が算出される。続くステップ１０４では、勾配ａがこのａ１とされる。次いでステップ１０７に進む。これに対し、Ｐｍ＞ｂのときには次いでステップ１０５に進み、図６（Ｄ）のマップからａ２が算出される。続くステップ１０６では、勾配ａがこのａ２とされる。次いでステップ１０７に進む。
【００６０】
ステップ１０７では、式（２）に基づいて機関負荷率ＫＬが算出される（ＫＬ＝ａ・（Ｐｍ−ｂ）＋ｃ）。続くステップ１０８では機関運転状態に基づいて空燃比設定係数ｋＡＦが算出され、続くステップ１０９では燃料噴射量ＱＦが算出される（ＱＦ＝ｋＡＦ・ＫＬ）。各燃料噴射弁１１からはＱＦだけ燃料が噴射される。
【００６１】
従って、一般的に言うと、吸気管圧力Ｐｍを求め、吸気管圧力Ｐｍから一次関数式（２）を用いて筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬを算出し、算出された筒内充填新気量Ｍｃａｉｒないし機関負荷率ＫＬに基づいて機関運転を制御しているということになる。
【００６２】
これまで述べてきた本発明による実施例では、圧力センサ３９により検出された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出するようにしている。しかしながら、例えばスロットル開度、又はスロットル弁１７上流の吸気ダクト１４内に配置されたエアフローメータの出力に基づき吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出することもできる。或いは、例えば計算モデルを用いて吸気管圧力Ｐｍを推定し、この推定された吸気管圧力Ｐｍから機関負荷率ＫＬを算出するようにしてもよい。
【００６３】
ところで、上述の吸気管圧力Ｐｍの一次関数式（２）を、吸気管圧力Ｐｍを表す機関負荷率ＫＬの一次関数式の形に書き換えると次式（３）が得られる。
【００６４】
Ｐｍ＝（１／ａ）・（ＫＬ−ｃ）＋ｂ （３）
ａ＝ａ１ …ＫＬ≦ｃ
ａ＝ａ２ …ＫＬ＞ｃ
従って、機関負荷率ＫＬないし筒内充填新気量から式（３）を用いて吸気管圧力Ｐｍを算出することができる。
【００６５】
【発明の効果】
排気ガス再循環ガスが供給されているときの筒内充填新気量又は吸気管圧力を簡単にかつ正確に求めることができ、従って機関制御を簡単にかつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＥＧＲ制御弁通過ガス量ｍｅｇｒを説明するための図である。
【図３】排気圧Ｐｅ、排気温Ｔｅ、及びＰｅ／√Ｔｅを示す線図である。
【図４】関数Φ（Ｐｍ／Ｐｅ）を示す線図である。
【図５】機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図６】勾配ａ１，ａ２を示す線図である。
【図７】接続点における吸気管圧力ｂを示す線図である。
【図８】接続点における機関負荷率ｃを示す線図である。
【図９】機関負荷率ＫＬと吸気管圧力Ｐｍとの関係の一例を示す線図である。
【図１０】燃料噴射量ＱＦの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
１２…吸気枝管
１７…スロットル弁
１８…排気マニホルド
２１…ＥＧＲ供給管
２２…ＥＧＲ制御弁
Claims (5)
- スロットル弁下流の吸気管と排気管とを排気ガス再循環通路を介し互いに接続して吸気管内に排気ガスを再循環させるようにした内燃機関において、スロットル弁下流の吸気管内の圧力である吸気管圧力と、筒内に充填された新気の量である筒内充填新気量との関係であって、定常運転時におけるこれら吸気管圧力と筒内充填新気量との関係を、勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式により表すと共に、これら二つの一次関数式を予め求めて記憶しておく手段と、定常運転時における吸気管圧力と筒内充填新気量とのうちいずれか一方を求める手段と、該求められた吸気管圧力又は筒内充填新気量から前記一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出する手段と、該算出された筒内充填新気量又は吸気管圧力に基づいて機関運転を制御する手段と、を具備した内燃機関の制御装置。
- 前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、互いに異なる複数の排気ガス再循環制御弁開度に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、排気ガス再循環制御弁開度を求め、該求められた排気ガス再循環制御弁開度に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 互いに異なる複数の機関回転数に対し、それぞれ前記一次関数式が予め求められて記憶されており、機関回転数を求め、該求められた機関回転数に応じて定まる一次関数式を用いて定常運転時における筒内充填新気量又は吸気管圧力を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記二つの一次関数式が、それぞれの勾配と接続点における吸気管圧力及び筒内充填新気量を用いた形でそれぞれ表される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記吸気管内に再循環される排気ガスの量を制御するための排気ガス再循環制御弁が前記排気ガス再循環通路内に配置されており、前記勾配が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じてそれぞれ設定され、前記接続点における吸気管圧力が機関回転数に応じて設定され、前記接続点における筒内充填新気量が機関回転数と排気ガス再循環制御弁開度とに応じて設定される請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
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