JP2004211560A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンのシリンダから流出するガスの温度を運転状態から高精度に推定することである。
【解決手段】ＥＣＵ５１で、運転状態と、燃焼の廃熱のエネルギーとの対応関係をマップ化し、該マップにしたがって前記エネルギーを求め、エネルギーに相当する分の、シリンダ２１に流入するガスの温度からの、シリンダ２１から流出するガスの温度の上昇度を演算し、かかる温度上昇度に基づいてシリンダ２１から流出するガスの温度を推定する。前記エネルギーを考慮することで、ガス温度の推定を高精度化することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】ＥＣＵ５１で、運転状態と、燃焼の廃熱のエネルギーとの対応関係をマップ化し、該マップにしたがって前記エネルギーを求め、エネルギーに相当する分の、シリンダ２１に流入するガスの温度からの、シリンダ２１から流出するガスの温度の上昇度を演算し、かかる温度上昇度に基づいてシリンダ２１から流出するガスの温度を推定する。前記エネルギーを考慮することで、ガス温度の推定を高精度化することができる。
【選択図】 図１
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おける、制御に供するガス温度の推定技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、熱サイクルを行わせる作動物質として空気をシリンダ内に導入し、導入された空気と噴射燃料とよりなる混合気を燃焼させ、燃焼ガスを排ガスとして排出する。排ガス再循環（ＥＧＲ）方式の内燃機関では、排ガスの一部をシリンダに流入するガスの一部としている。
【０００３】
今日、内燃機関をより適正な状態で作動させるべく、内燃機関の運転状態の検出値や、これより演算される演算量に基づいて制御が行われている。
【０００４】
かかる制御に供される量として、吸排気系を流通するガスの温度、例えば、シリンダに流入するガスの温度、シリンダから流出するガスの温度、ＥＧＲガスの温度がある。シリンダに流入するガスの温度を利用するものとして、シリンダ流入ガスの温度を推定して、その結果を目標ＥＧＲ量に反映し、ＥＧＲガス温度を調整している（特許文献１）。また、シリンダ流出ガスの温度を利用するものとして、シリンダ流出ガスの温度を検出または推定して、その結果を、ＮＯｘ 触媒におけるＮＯｘ の浄化に適した燃料噴射量や噴射時期に反映させるものがある（特許文献２）。また、ＥＧＲガスの温度を制御に利用するものとして、ＥＧＲガスの温度を検出し、その検出温度に基づいて、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを通す排ガスとＥＧＲクーラをバイパスする排ガスとの割合を調整することで、ＥＧＲガス温度を調整するものがある（特許文献３）。
【０００５】
ところで、ガスの温度をセンサにより検出するのでは、センサの応答遅延によって運転状態の変化に追随できないおそれがあり、ガス温を内燃機関の運転状態に基づいて推定するものが種々、提案されている。例えば、排気温度を噴射量（機関負荷）と機関回転数とに基づいて推定するものがある（特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６６４５２号公報
【特許文献２】
特開２００２−０３８９３９号公報
【特許文献３】
特開２００１−４１１１０号公報
【特許文献４】
特開平８−１８９４０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、噴射量と機関回転数とから一義的に排気温度を推定するのでは、ポスト噴射や遅角（リタード）等の高度な制御を行う今日の内燃機関においては、運転状態によって温度の推定誤差が大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、吸排気系を流通するガスの温度を高精度に推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態と、燃料の燃焼に基因して発生する廃熱のエネルギーに応じたエネルギー変数との予め記憶した対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記エネルギー変数を演算するエネルギー変数演算手段と、前記エネルギー変数と、シリンダに流入するガスの流量に応じた流入ガス流量変数とに基づいて、シリンダから流出するガスの、流入するガスの温度からの温度上昇度を演算する温度上昇度演算手段と、前記温度上昇度に基づいてシリンダ流出ガス温度を演算する流出ガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００１０】
燃料の燃焼に基因して発生する熱のうち、トルクとして取り出されない廃熱のエネルギーはシリンダから流出するガスの温度を上昇させる方向に作用する。そして、温度上昇度は、シリンダに流入するガスの流量に応じたものとなる。廃熱のエネルギーは燃料噴射量だけではなく、噴射条件によっても変わるから、シリンダ流出ガスの温度の推定において、前記エネルギーによる温度上昇寄与分を考慮することで、より高精度なガス温度の推定が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、シリンダ流入ガスの熱容量を演算する流入ガス熱容量演算手段と、
シリンダ流出ガスの熱容量を演算する流出ガス熱容量演算手段とを具備せしめ、
前記温度上昇度演算手段は、前記流入ガス流量変数および前記エネルギー変数に加え、前記流入ガス熱容量および前記流出ガス熱容量に基づいて前記温度上昇度を演算するように設定する。
【００１２】
混合気の燃焼反応に基因した、シリンダ流入ガスとシリンダ流出ガスとの熱容量の相違が考慮されて、前記エネルギーに基因した温度上昇度が演算されるから、さらに高精度にシリンダ流出ガスの温度を推定することができる。
【００１３】
請求項２の発明の構成において、流入ガス熱容量は、請求項３記載の発明のように、前記流入ガス熱容量演算手段において、新気の組成および成分ガスの熱容量、シリンダ流出ガスの組成および成分ガスの熱容量、およびＥＧＲ率に基づいて演算することができる。
【００１４】
請求項２または３の発明の構成において、流出ガス熱容量は、請求項４記載の発明のように、シリンダ流入ガスの組成および成分ガスの熱容量、前記流入ガス流量変数および噴射燃料量に基づいて演算することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記温度上昇度演算手段は、前記エネルギー変数を前記流入ガス流量変数で除して、除数値を前記温度上昇度とするように設定する。
【００１６】
シリンダ流出ガスの温度推定に要求される仕様によっては、シリンダ流入ガスとシリンダ流出ガスとで熱容量を同じとみなし、前記エネルギー変数を前記ガス流量変数で除す演算のみで、温度上昇度を得ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記運転状態とエネルギー変数との対応関係は、燃料噴射量および機関回転数に対してエネルギー変数が対応するマップを、複数の互いに異なる噴射条件ごとに記憶し、前記エネルギー変数演算手段は、噴射条件に応じてマップを選択するように設定する。
【００１８】
噴射条件によってマップを選択することで、適切に廃熱エネルギーを記述するエネルギー変数を簡易に得ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし６の発明の構成において、前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００２０】
ＥＧＲクーラにおける冷却効率と、冷却時間となるＥＧＲ通過所要時間とにより、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度低下度を知ることができる。すなわち、新気と混合するＥＧＲガスの温度が正確に知られることになる。これにより、シリンダ流入ガスの温度が正確に推定され、より高精度にシリンダ流出ガス温度の推定が可能となる。
【００２１】
請求項８記載の発明では、内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００２２】
ＥＧＲクーラにおける冷却効率と、冷却時間となるＥＧＲ通過所要時間とにより、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度低下度を知ることができる。これによりＥＧＲガスの温度を、より高精度に推定することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明では、請求項７または８の発明の構成において、前記ＥＧＲガス温度演算手段は、前記ＥＧＲ冷却効率変数として、熱伝達率αと、予め内燃機関の定常運転状態下で前記ＥＧＲ通過所要時間を適合化した適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ とを用いるとともに、前記ＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段により演算されたＥＧＲ通過所要時間をｔとし、シリンダ流出ガス温度をＴｅｘとし、前記ＥＧＲクーラの吸熱側の基準温度をＴｈｗとし、前記ＥＧＲガス温度をＴｅｇｒ として、算出式
Ｔｅｇｒ ＝Ｔｈｗ＋（Ｔｅｘ−Ｔｈｗ）・ｅｘｐ［（−α／ｔ０ ）・ｔ］により算出するように設定する。
【００２４】
ＥＧＲガスとＥＧＲクーラとの間の熱伝導速度は、ＥＧＲガス温度とＥＧＲクーラを代表する基準温度との差に比例すると考えられるので、かかる熱伝導モデルから得られる前記算出式によりＥＧＲガス温度が推定されることになる。
【００２５】
請求項１０記載の発明では、請求項９の発明の構成において、前記ＥＧＲ冷却効率変数演算手段は、予め記憶した内燃機関の運転状態と熱伝達率αとの対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記熱伝達率αを演算する熱伝達率演算手段と、予め記憶した内燃機関の運転状態と前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ との関係に基づいて前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ を演算する適合化所要時間演算手段とにより構成する。
【００２６】
熱伝達率α、適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ を、予め記憶した対応関係から運転状態に応じた適切な数値に容易に設定することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明では、請求項１ないし１０の発明の構成において、前記ガス温度推定手段に、新気の温度とＥＧＲガスの温度との、新気量とＥＧＲガス量とに基づく重み付き平均値を演算し、これをシリンダに流入するガスの温度とするシリンダ流入ガス温度演算手段を具備せしめる。
【００２８】
シリンダ流入ガスについても簡易に推定することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明では、請求項１ないし１１の発明の構成において、前記ガス温度推定手段により推定されるガス温度を検出する温度センサを設け、
前記前記ガス温度推定手段を、内燃機関の運転状態が定常状態のときにおける、ガス温度の推定値と前記温度センサによる検出値との差分に基づいて、その後の推定値を補正するように設定した内燃機関の制御装置。
【００３０】
温度センサによる検出値を用いて推定値の誤差を管理することができるので、より高精度なガス温度の推定が可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用した内燃機関の構成を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関に適用したものである。エンジン本体１１のシリンダブロックに形成されたシリンダ２１内には図中上下方向に往復動するピストン３３が配設されており、ピストン３３は図示しないコンロッドを介してクランク軸に連結されている。ピストン３３の上方には燃焼室２２が形成される。燃焼室２２には、シリンダヘッドを貫通してインジェクタ４１の先端部が突出し、燃焼室２２内に燃料を噴射する。
【００３２】
燃焼室２２は吸気バルブ３１の開時に吸気ポート２３と連通し、排気バルブ３２の開時に排気ポート２４と連通する。吸気ポート２３は、吸気通路２５の下流部を構成するインテークマニホールド２５１と、排気ポート２４は、排気通路２６の上流部を構成するイグゾーストマニホールド２６１と、それぞれ連通している。インテークマニホールド２５１よりも上流には、運転条件により電気制御される電動スロットルバルブ３４が設けられており、吸気量を調整している。また、排ガスはイグゾーストマニホールド２６１および触媒４２を介して大気中に排出される。
【００３３】
本エンジンはＥＧＲ方式のもので、インテークマニホールド２５１とイグゾーストマニホールド２６１とが、吸気通路２５および排気通路２６とともに吸排気系を構成するＥＧＲ通路２７により接続されており、排ガスの一部がＥＧＲガスとしてインテークマニホールド２５１に還流するようになっている。ＥＧＲ通路２７には、流通量を調整するＥＧＲバルブ３７とともに、ＥＧＲ通路２７を流通する排ガスを冷却するＥＧＲクーラ４３が設けられている。また、ＥＧＲクーラ４３に吸熱用の作動流体としての冷却水を供給する冷却水通路４４には、冷却水量制御バルブ４５が設けられて、冷却水の流量を調整する。
【００３４】
また、本エンジンはターボ付きのもので、排気通路２６に設けられたタービン３５の動力で、吸気通路２５に設けられたコンプレッサ３６を回転し、吸入量を増大する。
【００３５】
前記スロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ３７、インジェクタ４１等は、それぞれ、エンジン本体１１の各部を制御する制御装置１２の電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１により制御される。ＥＣＵ５１は、基本的な構成は一般的なエンジン用のもので、アクセルペダルの踏み込み量等に応じて所定の噴射時期、燃料噴射量等が与えられるようにする。
【００３６】
ＥＣＵ５１における制御に供する運転条件は種々のセンサ類により与えられるが、ＥＣＵ５１に検出信号が入力するセンサ類として、エアフローメータ等の新気の流量を測定する新気量センサ５２、スロットルバルブ３４の下流で吸気圧を検出する吸気圧センサ５３、吸気温を検出する吸気温センサ５４、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ５５がある。水温センサ５５による検出温度は、ＥＧＲクーラ４３に供給される冷却水の温度をも代表する。また、クランク角センサにより構成されるエンジン回転数検出センサ５６がある。ＥＣＵ５１には、プログラム上で実現される、センサ類からの出力信号を受けて検出値を処理するセンサ検出値処理演算部、指令燃料噴射量を演算する指令噴射量演算部、シリンダ２１に流出入するガスである、インテークマニホールド２５１からシリンダ２１に流入するガス（以下、適宜、インテークマニホールドガスまたはインマニガスという）、シリンダ２１からイグゾーストマニホールド２６１に排出される排ガス（以下、適宜、イグゾーストマニホールドガスまたはエキマニガスという）、ＥＧＲ通路２７からインテークマニホールド２５１に還流するＥＧＲガスのそれぞれの温度を推定する温度推定演算部等が設けられている。
【００３７】
次にガス温度推定手段としてのＥＣＵ５１の温度推定演算部における処理を、図２、図３、図４、図５、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３８】
ステップＳ１０１では、運転条件を更新する。すなわち、センサ類による検出値やこれらに基づく演算量として、エンジン回転数ＮＥ、新気量Ｇｎ 、新気温Ｔｈａ、吸気圧Ｐｉｎ、エンジン水温Ｔｈｗ、指令燃料噴射量Ｑを最新のものに更新する。
【００３９】
ステップＳ１０２では、吸気圧およびインマニガスの温度（以下、適宜、インマニガス温という）と、運転条件、例えばエンジン回転数ＮＥと指令燃料噴射量Ｑの関数や、吸気圧とインマニガス温の関数等で決定される吸気効率とに基づいて、予め記憶したマップにしたがって流入ガス流量変数であるシリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ を算出する。
【００４０】
ステップＳ１０３では、前記シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ および新気量Ｇｎ に基づいてＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒ を算出する。新気量Ｇｎ は、新気量センサ５２位置からシリンダ２１入口の時間遅れが考慮される。
【００４１】
ステップＳ１０４では、エキマニガスの温度（以下、適宜、エキマニガス温という）を推定する。図３はエキマニガス温Ｔｅｘの推定処理の内容である。ステップＳ２０１は流入ガス熱容量演算手段および流出ガス熱容量演算手段としての処理で、インマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｉｎ、エキマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｅｘを算出する。算出手順は以下のように行う。先ず、インマニガスの成分ガスの組成を、式（１）、（２）、（３）、（４）にしたがって算出する。式では、新気すなわち大気の組成を、Ｏ２ ：ＸＯ２（％）、Ｎ２ ：ＸＮ２（％）としている。組成は予め記憶される。エキマニガスの組成（シリンダ２１の出口における組成）を、Ｏ２ ：ＹＯ２（％）、Ｎ２ ：ＹＮ２（％）、ＣＯ２ ：ＹＣＯ２ （％）、Ｈ２ Ｏ：ＹＨ２Ｏ （％）としている。エキマニガスの組成については後述する。また、ＥＧＲ率をε（％）とする。εはＥＣＵ５１における制御のパラメータとして演算されたものが用いられる。インマニガスの組成は、Ｏ２ ：ＺＯ２（％）、Ｎ２ ：ＺＮ２（％）、ＣＯ２ ：ＺＣＯ２ （％）、Ｈ２ Ｏ：ＺＨ２Ｏ （％）としている。なお、インマニガス、エキマニガスの組成は、初期値を例えば大気の組成とし、所定周期で立ち上がる本温度推定演算処理が実行されるごとに、更新されていくことになる。
【００４２】
前記エキマニガスの組成は、燃料噴射量および燃料の組成（Ｃｌ Ｈｍ Ｏｎ ）に基づいて、燃焼反応により生成されるＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏの量および燃焼反応により消費されるＯ２ を算出し、その算出値と、シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ 、前記インマニガスの組成に基づいて推定することができる。
【００４３】
さらに、算出されたインマニガスの組成を使って、式（５）によりインマニガスガスの平均熱容量Ｃｐ−ｉｎを算出する。成分ガスの熱容量を、Ｏ２ ：Ｃｐ−Ｏ２、Ｎ２ ：Ｃｐ−Ｎ２、ＣＯ２ ：Ｃｐ−ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ：Ｃｐ−Ｈ２Ｏ としている。式（５）はこれら各成分ガスの熱容量をインマニガスの組成に応じた重み付き平均をとったものである。
Ｃｐ−ｉｎ＝Ｃｐ−Ｏ２×ＺＯ２／１００ ＋Ｃｐ−Ｎ２×ＺＮ２／１００ ＋Ｃｐ−ＣＯ２ ×ＺＣＯ２ ／１００ ＋Ｃｐ−Ｈ２Ｏ ×ＺＨ２Ｏ ／１００ ・・・（５）
【００４４】
また、エキマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｅｘも前記エキマニガスの組成に基づいて式（６）により算出する。
Ｃｐ−ｅｘ＝Ｃｐ−Ｏ２×ＹＯ２／１００ ＋Ｃｐ−Ｎ２×ＹＮ２／１００ ＋Ｃｐ−ＣＯ２ ×ＹＣＯ２ ／１００ ＋Ｃｐ−Ｈ２Ｏ ×ＹＨ２Ｏ ／１００ ・・・（６）
【００４５】
ステップＳ２０２はエネルギー変数演算手段としての処理で、シリンダ流入ガスの温度上昇に寄与するエネルギー変数であるエネルギーＥを算出する。図４はエネルギーＥの算出処理の内容である。ステップＳ３０１，Ｓ３０２で燃料噴射方法および燃料噴射時期の組み合わせを判定し、その結果に応じてステップＳ３０３〜Ｓ３０５のいずれかでエネルギーＥを求める。
【００４６】
先ず、ステップＳ３０１では、燃料噴射方法に変更があるか否かを判定する。これは、略ＴＤＣにおいて１回だけ、所定の期間、インジェクタ４１を開弁する通常の噴射とは異なる燃料噴射方法、例えば、メイン噴射の後でポスト噴射等が行われたか否かに基づいてなされる。
【００４７】
ステップＳ３０１が肯定判断されると、ステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０１が否定判断されると、ステップＳ３０２で燃料噴射時期に変更があるか否かを判定する。これは、例えば、遅角（リタード）等が行われるか否かに基づいてなされる。ステップＳ３０２が肯定判断されると、ステップＳ３０４に進み、ステップＳ３０２が否定判断されると、ステップＳ３０５に進む。
【００４８】
ステップＳ３０３〜Ｓ３０５ではそれぞれ前記のごとくエネルギーＥを求める。これは、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥに基づいて、燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに対してエネルギーＥが対応するマップにしたがって行う。エネルギーＥは燃焼により発生する廃熱のエネルギーであり、マップは、図７に示すように、エネルギーＥ（Ｊ（ジュール））として、燃料噴射量Ｑが高いほど大きな値を与え、エンジン回転数ＮＥが高いほど大きな値を与える。
【００４９】
また、前記ステップＳ３０１が肯定判断されたときに選択されるステップＳ３０３のマップの例として、ポスト噴射を実行する場合について説明すると、ポスト噴射による燃料の一部がシリンダ２１内で燃焼し、シリンダ流出ガスの温度が上昇する方向に作用する。したがって、マップは、ステップＳ３０２が否定判断されたときにステップＳ３０５で用いられるマップに比してエネルギーが高側にシフトする。
【００５０】
また、前記ステップＳ３０２が肯定判断されたときに選択されるステップＳ３０４のマップの例として、リタードされた場合について説明すると、リタードはその量が大きいほど出力効率を低下せしめ、トルクとして取り出されない廃熱が増大するので、シリンダ流出ガスの温度が上昇する方向に作用する。したがって、マップは、ステップＳ３０２が否定判断されたときにステップＳ３０５で用いられるマップに比してエネルギーが高側にシフトする。
【００５１】
なお、マップは図例では３つのマップの中からいずれかが選択されることになるが、運転条件によってさらに選択されるマップの数を増やしたり、少ないマップ数であっても複数のマップ間で補間によりエネルギーＥを求めたり、噴射条件によって補正をするのもよい。また、マップの引数も、図例ではエンジン回転数ＮＥと指令噴射量Ｑとなっているが、エンジン回転数ＮＥとトルク差でもよい。
【００５２】
ステップＳ３０３〜Ｓ３０５のいずれかでエネルギーＥが求められると、本フローを終了する。
【００５３】
ステップＳ２０３（図３）は温度上昇度演算手段としての処理で、温度上昇度ΔＴ（＝Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）を式（７）により算出する。
ΔＴ＝［（Ｃｐ−ｅｘ−Ｃｐ−ｉｎ）／Ｃｐ−ｅｘ］・Ｔｉｎ＋Ｅ／（Ｃｐ−ｅｘ・Ｇｃｙｌ ）・・・（７）
【００５４】
これはエネルギー保存則により式（８）が成立することから導かれたものである。
Ｃｐ−ｉｎ・Ｇｃｙｌ ・Ｔｉｎ＋Ｅ＝Ｃｐ−ｅｘ・Ｇｃｙｌ ・Ｔｅｘ・・・（８）
【００５５】
ステップＳ２０４では、エンジン水温に基づく補正値ΔＴｗ を算出する。補正値ΔＴｗ は、水温センサにより得られた現在の水温と予め設定した基準水温との差を算出する。燃焼室２２壁の熱伝導によるエネルギーの授受を考慮したもので、熱伝導は燃焼室２２壁内外の温度差に応じたものとなるから、現在の水温が高いほど燃焼室２２内からの熱の逃げが少なく、エキマニガス温度Ｔｅｘを上昇させる方向に作用する。したがって、補正値ΔＴｗ は現在の水温が高いほど大きな値が与えられる。
【００５６】
ステップＳ２０５は流出ガス温度演算手段としての処理で、エキマニガス温Ｔｅｘを、ステップＳ２０３，Ｓ２０４により得られたΔＴ，ΔＴｗ に基づいて、式（９）により算出する。これにより本エキマニガス温推定処理を終了する。この式中のＴｉｎはインマニガス温の過去の演算値である。
Ｔｅｘ＝Ｔｉｎ＋ΔＴ＋ΔＴｗ ・・・（９）
【００５７】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲガスの温度（以下、適宜、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ という）を推定する。図５はＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ の推定処理の内容である。ステップＳ４０１，Ｓ４０２はＥＧＲ冷却効率変数演算手段としての処理である。ステップＳ４０１では、指令燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、マップにしたがって熱伝達率α値を取得し、ステップＳ４０２では、指令燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、マップにしたがって適合ＥＧＲ通過所要時間であるＥＧＲ系通過所要時間ｔ０ を取得する。熱伝達率αは、予め、定常運転での各運転状態（Ｑ，ＮＥ）下でＥＧＲクーラ４３にＥＧＲガスを流通させる試験を行い、このときに、ＥＧＲクーラ４３に流入時のＥＧＲガスの温度とみなせるエキマニガス温Ｔｅｘ、ＥＧＲクーラ４３通過後のＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒ を計測し、式（１０）により算出したものである。また、ＥＧＲ系通過所要時間ｔ０ は、前記試験のときにＥＧＲ量Ｇｅｇｒ を計測し、式（１１）により算出したものである。
【００５８】
α＝ｌｎ［（Ｔｅｘ０ −Ｔｈｗ０ ）／（Ｔｅｇｒ０−Ｔｈｗ０ ）］・・・（１０）
ｔ０ ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ０・・・（１１）
【００５９】
式中、Ｔｅｘ０ はこの試験で計測されたエキマニガス温であり、Ｔｅｇｒ０はＥＧＲガス温である。また、Ｔｈｗ０ はＥＧＲクーラ４３の管壁の温度とみなせるエンジン水温である。また、Ｇｅｇｒ０はＥＧＲガス量である。すなわち、添え字に「０」がついているものは、前記試験すなわち定常運転状態に適合化したものであることを示す。以下、同じ。Ｖｅｇｒ は、ＥＧＲクーラ４３を含めたＥＧＲ通路２７の通路容積である。
【００６０】
なお、式（１０）は、温度Ｔｈｗ０ のＥＧＲ通路２７の管壁と、管内を流通するＥＧＲガスとの間の熱の伝達速度がＥＧＲガスと管壁との温度差に比例するという熱伝達のモデルにしたがうものである（式（１２）参照）。そして、ｔ０ ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ０ は排ガスがＥＧＲクーラ４３を含めたＥＧＲ通路２７の入口から出口に到るまでの所要時間であり、前記管壁と、管内流通ＥＧＲガスとの間の熱の伝達により、排ガス温度がＴｅｘ０ からＴｅｇｒ０まで下降する時間ということができる。
ｄＴ／ｄｔ＝−ｋ（Ｔ−Ｔｈｗ）・・・（１２）
【００６１】
ステップＳ４０３では、ステップＳ１０３で算出されたＥＧＲガス量Ｇｅｇｒ に基づいて、ＥＧＲ系通過所要時間ｔを式（１３）にしたがって算出する。
ｔ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ ・・・（１３）
【００６２】
続くステップＳ４０４では、このＥＧＲ系通過所要時間ｔに基づいて、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ を式（１４）にしたがって算出し、これをＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ の推定値とする。式（１４）も前記モデルにしたがう式である。
Ｔｅｇｒ ＝Ｔｈｗ＋ｅｘｐ｛−（α／ｔ０ ）ｔ｝・（Ｔｅｘ−Ｔｈｗ）・・・（１４）
【００６３】
式中、ＴｈｗはステップＳ１０１で更新されたエンジン水温であり、α，ｔ０ はステップＳ４０１，Ｓ４０２で取得された熱伝達率、ＥＧＲ系通過所要時間であり、ＴｅｘはステップＳ１０４で推定されたエキマニガス温である。
【００６４】
これにより、本ＥＧＲガス温推定処理フローは終了となる。
【００６５】
ステップＳ１０６は流入ガス温度演算手段としての処理で、インマニガスの温度（以下、適宜、インマニガス温という）Ｔｉｎを推定する。図６はインマニガス温Ｔｉｎの推定処理の内容である。ステップＳ５０１では、新気とＥＧＲガスとが混合されたガスの温度Ｔｂｂを式（１５）にしたがって算出する。
Ｔｂｂ＝（Ｇｎ ・Ｔｈａ＋Ｇｅｇｒ ・Ｔｅｇｒ ）／（Ｇｎ ＋Ｇｅｇｒ ）・・・（１５）
【００６６】
ステップＳ５０２では、エンジン水温Ｔｈｗに基づいて、インマニガス温Ｔｉｎの補正値ΔＴｗ を算出する。
【００６７】
ステップＳ５０３では、前記ガス温度Ｔｂｂと補正値ΔＴｗ とに基づいて、式（１６）によりインマニガス温Ｔｉｎを算出する。補正値ΔＴｗ は、インテークマニホールド２５１におけるインマニガスと管壁との間の熱伝達による温度変化を補正するものであり、エンジン水温Ｔｈｗが高いほど、インテークマニホールド２５１管壁からのインマニガスの吸熱が多くなるから、補正値ΔＴｗ は大きな値が与えられる。
Ｔｉｎ＝Ｔｂｂ＋ΔＴｗ ・・・（１６）
【００６８】
なお、本実施形態では、エキマニガス温Ｔｅｘ、インマニガス温Ｔｉｎについてきわめて高精度な推定が可能であるが、要求される推定精度やエンジンの実使用状態によっては、簡易な方法をとるのもよい。
【００６９】
エキマニガス温Ｔｅｘについての簡易な推定方法について説明する。前記エキマニガス温推定フロー（図３）のステップＳ２０１では、インマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｉｎ、エキマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｅｘをそれぞれ算出しているが、燃料噴射やＥＧＲ等の条件によってはインマニガスとエキマニガスとで平均熱容量を同じとみなしてよい。この場合は、Ｃｐ−ｉｎ＝Ｃｐ−ｅｘ＝Ｃｐ として、式（７）を式（１７）と書ける。そして、前記エキマニガス温推定フロー（図３）のステップＳ２０３で、この式（１７）によりΔＴを算出する。
ΔＴ＝Ｅ／（Ｃｐ ・Ｇｃｙｌ ）・・・（１７）
【００７０】
なお、熱容量Ｃｐ は、インマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｉｎの推定値、若しくはエキマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｅｘの推定値のいずれかを用いてもよいし、さらに簡易には大気の熱容量とすることもできる。
【００７１】
また、適合時と推定時とで熱容量に差がないとみなせる場合には、エネルギーＥに熱容量Ｃｐ を組み込み、エネルギーＥのマップに代えて燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに対してエネルギー変数であるＥ／Ｃｐ （＝Ｅ＊ ）が対応するＥ／Ｃｐ のマップを予め記憶し、式（１８）によりΔＴを算出するのもよい。適合時にはＥ＊ ＝Ｇｃｙｌ０・ΔＴ０ によりＥ＊ を求め、マップを作成する。
ΔＴ＝Ｅ＊ ／Ｇｃｙｌ ・・・（１８）
【００７２】
あるいは、シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ はインテークマニホールド２５１内の圧力（以下、適宜、インマニガス圧という）Ｐｉｎと略比例関係にあるので、インマニガス圧Ｐｉｎを、シリンダ流入ガス量に応じた流入ガス流量変数として、さらに式（１９）によりΔＴを算出するのもよい。適合時にはＥ＊＊＝Ｐｉｎ０ ・ΔＴ０ によりエネルギー変数であるＥ＊＊を求め、マップを作成する。
ΔＴ＝Ｅ＊＊／Ｐｉｎ・・・（１９）
【００７３】
また、インマニガス温Ｔｉｎは、新気温Ｔｈａで代替するのもよい。インマニガス温Ｔｉｎと新気温Ｔｈａとで温度差を生じさせる大きな要因は、ＥＧＲガスであるが、ＥＧＲクーラ４３により十分に冷却されているとみなせる場合や、ＥＧＲ率が適合化された運転条件から実質的に変化しない場合等には、Ｔｉｎ＝Ｔｈａとみなすことができる。
【００７４】
このように本発明によれば、エキマニガス温Ｔｅｘ、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ 、インマニガス温Ｔｉｎを、単にエンジン回転数、燃料噴射量やエンジン負荷により推定するものに比しても、またセンサによる場合に比しても遜色なく高精度に推定することができる。特に、応答性が必ずしも十分ではないセンサでは追随できないような運転状態の過渡期においても高精度に推定することができるので、高精度を達成しつつコスト低減を図ることができる。そして、推定値は種々の制御に供給される。例えば、エキマニガス温Ｔｅｘは触媒の温度制御に、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ はＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御に、インマニガス温Ｔｉｎは吸気Ｏ２ 、排気Ｏ２ 濃度の算出やＥＧＲ率の算出に用いられる。このうち、図８により、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御の内容について説明する。なお、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御には、冷却水量制御バルブ４５の開度調整の他、図９に示す構成のエンジンのように、ＥＧＲ通路２７に、ＥＧＲクーラ４３をバイパスするＥＧＲバイパス通路２７ａが設けられ、ＥＧＲバイパスバルブ３７ａによりＥＧＲクーラ４３で冷却される排ガスの割合を調整可能なものに適用される場合には、ＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度調整によっても行い得る。
【００７５】
ステップＳ６０１では、運転条件を検出する。ステップＳ６０２では、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ を推定する。これは、前記ステップＳ１０５と同様に行い得る。
【００７６】
ステップＳ６０３では、前記運転条件に基づいてＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ の目標値を算出し、ステップＳ６０４では、前記ＥＧＲガス温の目標値に基づいてＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値を設定する。ここでは、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値の設定は、前記ステップＳ６０２で推定されたＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ が前記目標値となるように行う。これには種々の方式のフィードバック制御によりなし得る。
【００７７】
ステップＳ６０５では、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値に基づいて、冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度を演算し、ステップＳ６０６で、冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度が演算開度となるように冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの駆動信号を出力する。
【００７８】
なお、本実施形態では、エキマニガス温Ｔｅｘ、インマニガス温Ｔｉｎ、ＥＧＲ温Ｔｅｇｒ のいずれをも推定しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、いずれかは推定値ではなく温度センサにより検出した検出値を制御に供するようにしてもよい。
【００７９】
また、センサを温度推定誤差の管理用として用いるのもよい。すなわち、定常状態における推定値とセンサの検出値との偏差を演算し、偏差を推定誤差として、かかる推定誤差が相殺されるように、その後の温度推定にフィードバックする。これにより、センサによる校正で推定精度を高精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した内燃機関の制御装置を付設した内燃機関の構成図である。
【図２】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図３】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図４】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第３のフローチャートである。
【図５】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第４のフローチャートである。
【図６】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第５のフローチャートである。
【図７】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示すグラフである。
【図８】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第６のフローチャートである。
【図９】前記内燃機関の制御装置の変形例を付設した内燃機関の構成図である。
【符号の説明】
１１ エンジン本体
１２ 制御装置
２１ シリンダ
２２ 燃焼室
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２５ 吸気通路
２５１ インテークマニホールド
２６ 排気通路
２６１ イグゾーストマニホールド
２７ ＥＧＲ通路
２７ａ ＥＧＲバイパス通路
３１ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３３ ピストン
３４ スロットルバルブ
３５ タービン
３６ コンプレッサ
３７ ＥＧＲバルブ
３７ａ ＥＧＲバイパスバルブ
４１ インジェクタ
４２ 触媒
４３ ＥＧＲクーラ
４４ 冷却水通路
４５ 冷却水量制御バルブ
５１ ＥＣＵ（ガス温度推定手段、エネルギー変数演算手段、温度上昇度演算手段、流出ガス温度演算手段、流入ガス熱容量演算手段、流出ガス熱容量演算手段、ＥＧＲ冷却効率変数演算手段、ＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段、熱伝達率演算手段、適合所要時間演算手段、ＥＧＲガス温度演算手段、流入ガス温度演算手段）
５２ 新気量センサ
５３ 吸気圧センサ
５４ 新気温センサ
５５ エンジン水温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置における、制御に供するガス温度の推定技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、熱サイクルを行わせる作動物質として空気をシリンダ内に導入し、導入された空気と噴射燃料とよりなる混合気を燃焼させ、燃焼ガスを排ガスとして排出する。排ガス再循環（ＥＧＲ）方式の内燃機関では、排ガスの一部をシリンダに流入するガスの一部としている。
【０００３】
今日、内燃機関をより適正な状態で作動させるべく、内燃機関の運転状態の検出値や、これより演算される演算量に基づいて制御が行われている。
【０００４】
かかる制御に供される量として、吸排気系を流通するガスの温度、例えば、シリンダに流入するガスの温度、シリンダから流出するガスの温度、ＥＧＲガスの温度がある。シリンダに流入するガスの温度を利用するものとして、シリンダ流入ガスの温度を推定して、その結果を目標ＥＧＲ量に反映し、ＥＧＲガス温度を調整している（特許文献１）。また、シリンダ流出ガスの温度を利用するものとして、シリンダ流出ガスの温度を検出または推定して、その結果を、ＮＯｘ 触媒におけるＮＯｘ の浄化に適した燃料噴射量や噴射時期に反映させるものがある（特許文献２）。また、ＥＧＲガスの温度を制御に利用するものとして、ＥＧＲガスの温度を検出し、その検出温度に基づいて、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを通す排ガスとＥＧＲクーラをバイパスする排ガスとの割合を調整することで、ＥＧＲガス温度を調整するものがある（特許文献３）。
【０００５】
ところで、ガスの温度をセンサにより検出するのでは、センサの応答遅延によって運転状態の変化に追随できないおそれがあり、ガス温を内燃機関の運転状態に基づいて推定するものが種々、提案されている。例えば、排気温度を噴射量（機関負荷）と機関回転数とに基づいて推定するものがある（特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６６４５２号公報
【特許文献２】
特開２００２−０３８９３９号公報
【特許文献３】
特開２００１−４１１１０号公報
【特許文献４】
特開平８−１８９４０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、噴射量と機関回転数とから一義的に排気温度を推定するのでは、ポスト噴射や遅角（リタード）等の高度な制御を行う今日の内燃機関においては、運転状態によって温度の推定誤差が大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、吸排気系を流通するガスの温度を高精度に推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態と、燃料の燃焼に基因して発生する廃熱のエネルギーに応じたエネルギー変数との予め記憶した対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記エネルギー変数を演算するエネルギー変数演算手段と、前記エネルギー変数と、シリンダに流入するガスの流量に応じた流入ガス流量変数とに基づいて、シリンダから流出するガスの、流入するガスの温度からの温度上昇度を演算する温度上昇度演算手段と、前記温度上昇度に基づいてシリンダ流出ガス温度を演算する流出ガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００１０】
燃料の燃焼に基因して発生する熱のうち、トルクとして取り出されない廃熱のエネルギーはシリンダから流出するガスの温度を上昇させる方向に作用する。そして、温度上昇度は、シリンダに流入するガスの流量に応じたものとなる。廃熱のエネルギーは燃料噴射量だけではなく、噴射条件によっても変わるから、シリンダ流出ガスの温度の推定において、前記エネルギーによる温度上昇寄与分を考慮することで、より高精度なガス温度の推定が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、シリンダ流入ガスの熱容量を演算する流入ガス熱容量演算手段と、
シリンダ流出ガスの熱容量を演算する流出ガス熱容量演算手段とを具備せしめ、
前記温度上昇度演算手段は、前記流入ガス流量変数および前記エネルギー変数に加え、前記流入ガス熱容量および前記流出ガス熱容量に基づいて前記温度上昇度を演算するように設定する。
【００１２】
混合気の燃焼反応に基因した、シリンダ流入ガスとシリンダ流出ガスとの熱容量の相違が考慮されて、前記エネルギーに基因した温度上昇度が演算されるから、さらに高精度にシリンダ流出ガスの温度を推定することができる。
【００１３】
請求項２の発明の構成において、流入ガス熱容量は、請求項３記載の発明のように、前記流入ガス熱容量演算手段において、新気の組成および成分ガスの熱容量、シリンダ流出ガスの組成および成分ガスの熱容量、およびＥＧＲ率に基づいて演算することができる。
【００１４】
請求項２または３の発明の構成において、流出ガス熱容量は、請求項４記載の発明のように、シリンダ流入ガスの組成および成分ガスの熱容量、前記流入ガス流量変数および噴射燃料量に基づいて演算することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記温度上昇度演算手段は、前記エネルギー変数を前記流入ガス流量変数で除して、除数値を前記温度上昇度とするように設定する。
【００１６】
シリンダ流出ガスの温度推定に要求される仕様によっては、シリンダ流入ガスとシリンダ流出ガスとで熱容量を同じとみなし、前記エネルギー変数を前記ガス流量変数で除す演算のみで、温度上昇度を得ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記運転状態とエネルギー変数との対応関係は、燃料噴射量および機関回転数に対してエネルギー変数が対応するマップを、複数の互いに異なる噴射条件ごとに記憶し、前記エネルギー変数演算手段は、噴射条件に応じてマップを選択するように設定する。
【００１８】
噴射条件によってマップを選択することで、適切に廃熱エネルギーを記述するエネルギー変数を簡易に得ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし６の発明の構成において、前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００２０】
ＥＧＲクーラにおける冷却効率と、冷却時間となるＥＧＲ通過所要時間とにより、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度低下度を知ることができる。すなわち、新気と混合するＥＧＲガスの温度が正確に知られることになる。これにより、シリンダ流入ガスの温度が正確に推定され、より高精度にシリンダ流出ガス温度の推定が可能となる。
【００２１】
請求項８記載の発明では、内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめる。
【００２２】
ＥＧＲクーラにおける冷却効率と、冷却時間となるＥＧＲ通過所要時間とにより、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度低下度を知ることができる。これによりＥＧＲガスの温度を、より高精度に推定することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明では、請求項７または８の発明の構成において、前記ＥＧＲガス温度演算手段は、前記ＥＧＲ冷却効率変数として、熱伝達率αと、予め内燃機関の定常運転状態下で前記ＥＧＲ通過所要時間を適合化した適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ とを用いるとともに、前記ＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段により演算されたＥＧＲ通過所要時間をｔとし、シリンダ流出ガス温度をＴｅｘとし、前記ＥＧＲクーラの吸熱側の基準温度をＴｈｗとし、前記ＥＧＲガス温度をＴｅｇｒ として、算出式
Ｔｅｇｒ ＝Ｔｈｗ＋（Ｔｅｘ−Ｔｈｗ）・ｅｘｐ［（−α／ｔ０ ）・ｔ］により算出するように設定する。
【００２４】
ＥＧＲガスとＥＧＲクーラとの間の熱伝導速度は、ＥＧＲガス温度とＥＧＲクーラを代表する基準温度との差に比例すると考えられるので、かかる熱伝導モデルから得られる前記算出式によりＥＧＲガス温度が推定されることになる。
【００２５】
請求項１０記載の発明では、請求項９の発明の構成において、前記ＥＧＲ冷却効率変数演算手段は、予め記憶した内燃機関の運転状態と熱伝達率αとの対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記熱伝達率αを演算する熱伝達率演算手段と、予め記憶した内燃機関の運転状態と前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ との関係に基づいて前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ を演算する適合化所要時間演算手段とにより構成する。
【００２６】
熱伝達率α、適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ を、予め記憶した対応関係から運転状態に応じた適切な数値に容易に設定することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明では、請求項１ないし１０の発明の構成において、前記ガス温度推定手段に、新気の温度とＥＧＲガスの温度との、新気量とＥＧＲガス量とに基づく重み付き平均値を演算し、これをシリンダに流入するガスの温度とするシリンダ流入ガス温度演算手段を具備せしめる。
【００２８】
シリンダ流入ガスについても簡易に推定することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明では、請求項１ないし１１の発明の構成において、前記ガス温度推定手段により推定されるガス温度を検出する温度センサを設け、
前記前記ガス温度推定手段を、内燃機関の運転状態が定常状態のときにおける、ガス温度の推定値と前記温度センサによる検出値との差分に基づいて、その後の推定値を補正するように設定した内燃機関の制御装置。
【００３０】
温度センサによる検出値を用いて推定値の誤差を管理することができるので、より高精度なガス温度の推定が可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用した内燃機関の構成を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関に適用したものである。エンジン本体１１のシリンダブロックに形成されたシリンダ２１内には図中上下方向に往復動するピストン３３が配設されており、ピストン３３は図示しないコンロッドを介してクランク軸に連結されている。ピストン３３の上方には燃焼室２２が形成される。燃焼室２２には、シリンダヘッドを貫通してインジェクタ４１の先端部が突出し、燃焼室２２内に燃料を噴射する。
【００３２】
燃焼室２２は吸気バルブ３１の開時に吸気ポート２３と連通し、排気バルブ３２の開時に排気ポート２４と連通する。吸気ポート２３は、吸気通路２５の下流部を構成するインテークマニホールド２５１と、排気ポート２４は、排気通路２６の上流部を構成するイグゾーストマニホールド２６１と、それぞれ連通している。インテークマニホールド２５１よりも上流には、運転条件により電気制御される電動スロットルバルブ３４が設けられており、吸気量を調整している。また、排ガスはイグゾーストマニホールド２６１および触媒４２を介して大気中に排出される。
【００３３】
本エンジンはＥＧＲ方式のもので、インテークマニホールド２５１とイグゾーストマニホールド２６１とが、吸気通路２５および排気通路２６とともに吸排気系を構成するＥＧＲ通路２７により接続されており、排ガスの一部がＥＧＲガスとしてインテークマニホールド２５１に還流するようになっている。ＥＧＲ通路２７には、流通量を調整するＥＧＲバルブ３７とともに、ＥＧＲ通路２７を流通する排ガスを冷却するＥＧＲクーラ４３が設けられている。また、ＥＧＲクーラ４３に吸熱用の作動流体としての冷却水を供給する冷却水通路４４には、冷却水量制御バルブ４５が設けられて、冷却水の流量を調整する。
【００３４】
また、本エンジンはターボ付きのもので、排気通路２６に設けられたタービン３５の動力で、吸気通路２５に設けられたコンプレッサ３６を回転し、吸入量を増大する。
【００３５】
前記スロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ３７、インジェクタ４１等は、それぞれ、エンジン本体１１の各部を制御する制御装置１２の電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１により制御される。ＥＣＵ５１は、基本的な構成は一般的なエンジン用のもので、アクセルペダルの踏み込み量等に応じて所定の噴射時期、燃料噴射量等が与えられるようにする。
【００３６】
ＥＣＵ５１における制御に供する運転条件は種々のセンサ類により与えられるが、ＥＣＵ５１に検出信号が入力するセンサ類として、エアフローメータ等の新気の流量を測定する新気量センサ５２、スロットルバルブ３４の下流で吸気圧を検出する吸気圧センサ５３、吸気温を検出する吸気温センサ５４、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ５５がある。水温センサ５５による検出温度は、ＥＧＲクーラ４３に供給される冷却水の温度をも代表する。また、クランク角センサにより構成されるエンジン回転数検出センサ５６がある。ＥＣＵ５１には、プログラム上で実現される、センサ類からの出力信号を受けて検出値を処理するセンサ検出値処理演算部、指令燃料噴射量を演算する指令噴射量演算部、シリンダ２１に流出入するガスである、インテークマニホールド２５１からシリンダ２１に流入するガス（以下、適宜、インテークマニホールドガスまたはインマニガスという）、シリンダ２１からイグゾーストマニホールド２６１に排出される排ガス（以下、適宜、イグゾーストマニホールドガスまたはエキマニガスという）、ＥＧＲ通路２７からインテークマニホールド２５１に還流するＥＧＲガスのそれぞれの温度を推定する温度推定演算部等が設けられている。
【００３７】
次にガス温度推定手段としてのＥＣＵ５１の温度推定演算部における処理を、図２、図３、図４、図５、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３８】
ステップＳ１０１では、運転条件を更新する。すなわち、センサ類による検出値やこれらに基づく演算量として、エンジン回転数ＮＥ、新気量Ｇｎ 、新気温Ｔｈａ、吸気圧Ｐｉｎ、エンジン水温Ｔｈｗ、指令燃料噴射量Ｑを最新のものに更新する。
【００３９】
ステップＳ１０２では、吸気圧およびインマニガスの温度（以下、適宜、インマニガス温という）と、運転条件、例えばエンジン回転数ＮＥと指令燃料噴射量Ｑの関数や、吸気圧とインマニガス温の関数等で決定される吸気効率とに基づいて、予め記憶したマップにしたがって流入ガス流量変数であるシリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ を算出する。
【００４０】
ステップＳ１０３では、前記シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ および新気量Ｇｎ に基づいてＥＧＲガス流量Ｇｅｇｒ を算出する。新気量Ｇｎ は、新気量センサ５２位置からシリンダ２１入口の時間遅れが考慮される。
【００４１】
ステップＳ１０４では、エキマニガスの温度（以下、適宜、エキマニガス温という）を推定する。図３はエキマニガス温Ｔｅｘの推定処理の内容である。ステップＳ２０１は流入ガス熱容量演算手段および流出ガス熱容量演算手段としての処理で、インマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｉｎ、エキマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｅｘを算出する。算出手順は以下のように行う。先ず、インマニガスの成分ガスの組成を、式（１）、（２）、（３）、（４）にしたがって算出する。式では、新気すなわち大気の組成を、Ｏ２ ：ＸＯ２（％）、Ｎ２ ：ＸＮ２（％）としている。組成は予め記憶される。エキマニガスの組成（シリンダ２１の出口における組成）を、Ｏ２ ：ＹＯ２（％）、Ｎ２ ：ＹＮ２（％）、ＣＯ２ ：ＹＣＯ２ （％）、Ｈ２ Ｏ：ＹＨ２Ｏ （％）としている。エキマニガスの組成については後述する。また、ＥＧＲ率をε（％）とする。εはＥＣＵ５１における制御のパラメータとして演算されたものが用いられる。インマニガスの組成は、Ｏ２ ：ＺＯ２（％）、Ｎ２ ：ＺＮ２（％）、ＣＯ２ ：ＺＣＯ２ （％）、Ｈ２ Ｏ：ＺＨ２Ｏ （％）としている。なお、インマニガス、エキマニガスの組成は、初期値を例えば大気の組成とし、所定周期で立ち上がる本温度推定演算処理が実行されるごとに、更新されていくことになる。
前記エキマニガスの組成は、燃料噴射量および燃料の組成（Ｃｌ Ｈｍ Ｏｎ ）に基づいて、燃焼反応により生成されるＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏの量および燃焼反応により消費されるＯ２ を算出し、その算出値と、シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ 、前記インマニガスの組成に基づいて推定することができる。
【００４３】
さらに、算出されたインマニガスの組成を使って、式（５）によりインマニガスガスの平均熱容量Ｃｐ−ｉｎを算出する。成分ガスの熱容量を、Ｏ２ ：Ｃｐ−Ｏ２、Ｎ２ ：Ｃｐ−Ｎ２、ＣＯ２ ：Ｃｐ−ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ：Ｃｐ−Ｈ２Ｏ としている。式（５）はこれら各成分ガスの熱容量をインマニガスの組成に応じた重み付き平均をとったものである。
Ｃｐ−ｉｎ＝Ｃｐ−Ｏ２×ＺＯ２／１００ ＋Ｃｐ−Ｎ２×ＺＮ２／１００ ＋Ｃｐ−ＣＯ２ ×ＺＣＯ２ ／１００ ＋Ｃｐ−Ｈ２Ｏ ×ＺＨ２Ｏ ／１００ ・・・（５）
【００４４】
また、エキマニガスの平均熱容量Ｃｐ−ｅｘも前記エキマニガスの組成に基づいて式（６）により算出する。
Ｃｐ−ｅｘ＝Ｃｐ−Ｏ２×ＹＯ２／１００ ＋Ｃｐ−Ｎ２×ＹＮ２／１００ ＋Ｃｐ−ＣＯ２ ×ＹＣＯ２ ／１００ ＋Ｃｐ−Ｈ２Ｏ ×ＹＨ２Ｏ ／１００ ・・・（６）
【００４５】
ステップＳ２０２はエネルギー変数演算手段としての処理で、シリンダ流入ガスの温度上昇に寄与するエネルギー変数であるエネルギーＥを算出する。図４はエネルギーＥの算出処理の内容である。ステップＳ３０１，Ｓ３０２で燃料噴射方法および燃料噴射時期の組み合わせを判定し、その結果に応じてステップＳ３０３〜Ｓ３０５のいずれかでエネルギーＥを求める。
【００４６】
先ず、ステップＳ３０１では、燃料噴射方法に変更があるか否かを判定する。これは、略ＴＤＣにおいて１回だけ、所定の期間、インジェクタ４１を開弁する通常の噴射とは異なる燃料噴射方法、例えば、メイン噴射の後でポスト噴射等が行われたか否かに基づいてなされる。
【００４７】
ステップＳ３０１が肯定判断されると、ステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０１が否定判断されると、ステップＳ３０２で燃料噴射時期に変更があるか否かを判定する。これは、例えば、遅角（リタード）等が行われるか否かに基づいてなされる。ステップＳ３０２が肯定判断されると、ステップＳ３０４に進み、ステップＳ３０２が否定判断されると、ステップＳ３０５に進む。
【００４８】
ステップＳ３０３〜Ｓ３０５ではそれぞれ前記のごとくエネルギーＥを求める。これは、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥに基づいて、燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに対してエネルギーＥが対応するマップにしたがって行う。エネルギーＥは燃焼により発生する廃熱のエネルギーであり、マップは、図７に示すように、エネルギーＥ（Ｊ（ジュール））として、燃料噴射量Ｑが高いほど大きな値を与え、エンジン回転数ＮＥが高いほど大きな値を与える。
【００４９】
また、前記ステップＳ３０１が肯定判断されたときに選択されるステップＳ３０３のマップの例として、ポスト噴射を実行する場合について説明すると、ポスト噴射による燃料の一部がシリンダ２１内で燃焼し、シリンダ流出ガスの温度が上昇する方向に作用する。したがって、マップは、ステップＳ３０２が否定判断されたときにステップＳ３０５で用いられるマップに比してエネルギーが高側にシフトする。
【００５０】
また、前記ステップＳ３０２が肯定判断されたときに選択されるステップＳ３０４のマップの例として、リタードされた場合について説明すると、リタードはその量が大きいほど出力効率を低下せしめ、トルクとして取り出されない廃熱が増大するので、シリンダ流出ガスの温度が上昇する方向に作用する。したがって、マップは、ステップＳ３０２が否定判断されたときにステップＳ３０５で用いられるマップに比してエネルギーが高側にシフトする。
【００５１】
なお、マップは図例では３つのマップの中からいずれかが選択されることになるが、運転条件によってさらに選択されるマップの数を増やしたり、少ないマップ数であっても複数のマップ間で補間によりエネルギーＥを求めたり、噴射条件によって補正をするのもよい。また、マップの引数も、図例ではエンジン回転数ＮＥと指令噴射量Ｑとなっているが、エンジン回転数ＮＥとトルク差でもよい。
【００５２】
ステップＳ３０３〜Ｓ３０５のいずれかでエネルギーＥが求められると、本フローを終了する。
【００５３】
ステップＳ２０３（図３）は温度上昇度演算手段としての処理で、温度上昇度ΔＴ（＝Ｔｅｘ−Ｔｉｎ）を式（７）により算出する。
ΔＴ＝［（Ｃｐ−ｅｘ−Ｃｐ−ｉｎ）／Ｃｐ−ｅｘ］・Ｔｉｎ＋Ｅ／（Ｃｐ−ｅｘ・Ｇｃｙｌ ）・・・（７）
【００５４】
これはエネルギー保存則により式（８）が成立することから導かれたものである。
Ｃｐ−ｉｎ・Ｇｃｙｌ ・Ｔｉｎ＋Ｅ＝Ｃｐ−ｅｘ・Ｇｃｙｌ ・Ｔｅｘ・・・（８）
【００５５】
ステップＳ２０４では、エンジン水温に基づく補正値ΔＴｗ を算出する。補正値ΔＴｗ は、水温センサにより得られた現在の水温と予め設定した基準水温との差を算出する。燃焼室２２壁の熱伝導によるエネルギーの授受を考慮したもので、熱伝導は燃焼室２２壁内外の温度差に応じたものとなるから、現在の水温が高いほど燃焼室２２内からの熱の逃げが少なく、エキマニガス温度Ｔｅｘを上昇させる方向に作用する。したがって、補正値ΔＴｗ は現在の水温が高いほど大きな値が与えられる。
【００５６】
ステップＳ２０５は流出ガス温度演算手段としての処理で、エキマニガス温Ｔｅｘを、ステップＳ２０３，Ｓ２０４により得られたΔＴ，ΔＴｗ に基づいて、式（９）により算出する。これにより本エキマニガス温推定処理を終了する。この式中のＴｉｎはインマニガス温の過去の演算値である。
Ｔｅｘ＝Ｔｉｎ＋ΔＴ＋ΔＴｗ ・・・（９）
【００５７】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲガスの温度（以下、適宜、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ という）を推定する。図５はＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ の推定処理の内容である。ステップＳ４０１，Ｓ４０２はＥＧＲ冷却効率変数演算手段としての処理である。ステップＳ４０１では、指令燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、マップにしたがって熱伝達率α値を取得し、ステップＳ４０２では、指令燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、マップにしたがって適合ＥＧＲ通過所要時間であるＥＧＲ系通過所要時間ｔ０ を取得する。熱伝達率αは、予め、定常運転での各運転状態（Ｑ，ＮＥ）下でＥＧＲクーラ４３にＥＧＲガスを流通させる試験を行い、このときに、ＥＧＲクーラ４３に流入時のＥＧＲガスの温度とみなせるエキマニガス温Ｔｅｘ、ＥＧＲクーラ４３通過後のＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒ を計測し、式（１０）により算出したものである。また、ＥＧＲ系通過所要時間ｔ０ は、前記試験のときにＥＧＲ量Ｇｅｇｒ を計測し、式（１１）により算出したものである。
【００５８】
α＝ｌｎ［（Ｔｅｘ０ −Ｔｈｗ０ ）／（Ｔｅｇｒ０−Ｔｈｗ０ ）］・・・（１０）
ｔ０ ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ０・・・（１１）
【００５９】
式中、Ｔｅｘ０ はこの試験で計測されたエキマニガス温であり、Ｔｅｇｒ０はＥＧＲガス温である。また、Ｔｈｗ０ はＥＧＲクーラ４３の管壁の温度とみなせるエンジン水温である。また、Ｇｅｇｒ０はＥＧＲガス量である。すなわち、添え字に「０」がついているものは、前記試験すなわち定常運転状態に適合化したものであることを示す。以下、同じ。Ｖｅｇｒ は、ＥＧＲクーラ４３を含めたＥＧＲ通路２７の通路容積である。
【００６０】
なお、式（１０）は、温度Ｔｈｗ０ のＥＧＲ通路２７の管壁と、管内を流通するＥＧＲガスとの間の熱の伝達速度がＥＧＲガスと管壁との温度差に比例するという熱伝達のモデルにしたがうものである（式（１２）参照）。そして、ｔ０ ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ０ は排ガスがＥＧＲクーラ４３を含めたＥＧＲ通路２７の入口から出口に到るまでの所要時間であり、前記管壁と、管内流通ＥＧＲガスとの間の熱の伝達により、排ガス温度がＴｅｘ０ からＴｅｇｒ０まで下降する時間ということができる。
ｄＴ／ｄｔ＝−ｋ（Ｔ−Ｔｈｗ）・・・（１２）
【００６１】
ステップＳ４０３では、ステップＳ１０３で算出されたＥＧＲガス量Ｇｅｇｒ に基づいて、ＥＧＲ系通過所要時間ｔを式（１３）にしたがって算出する。
ｔ＝Ｖｅｇｒ ／Ｇｅｇｒ ・・・（１３）
【００６２】
続くステップＳ４０４では、このＥＧＲ系通過所要時間ｔに基づいて、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ を式（１４）にしたがって算出し、これをＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ の推定値とする。式（１４）も前記モデルにしたがう式である。
Ｔｅｇｒ ＝Ｔｈｗ＋ｅｘｐ｛−（α／ｔ０ ）ｔ｝・（Ｔｅｘ−Ｔｈｗ）・・・（１４）
【００６３】
式中、ＴｈｗはステップＳ１０１で更新されたエンジン水温であり、α，ｔ０ はステップＳ４０１，Ｓ４０２で取得された熱伝達率、ＥＧＲ系通過所要時間であり、ＴｅｘはステップＳ１０４で推定されたエキマニガス温である。
【００６４】
これにより、本ＥＧＲガス温推定処理フローは終了となる。
【００６５】
ステップＳ１０６は流入ガス温度演算手段としての処理で、インマニガスの温度（以下、適宜、インマニガス温という）Ｔｉｎを推定する。図６はインマニガス温Ｔｉｎの推定処理の内容である。ステップＳ５０１では、新気とＥＧＲガスとが混合されたガスの温度Ｔｂｂを式（１５）にしたがって算出する。
Ｔｂｂ＝（Ｇｎ ・Ｔｈａ＋Ｇｅｇｒ ・Ｔｅｇｒ ）／（Ｇｎ ＋Ｇｅｇｒ ）・・・（１５）
【００６６】
ステップＳ５０２では、エンジン水温Ｔｈｗに基づいて、インマニガス温Ｔｉｎの補正値ΔＴｗ を算出する。
【００６７】
ステップＳ５０３では、前記ガス温度Ｔｂｂと補正値ΔＴｗ とに基づいて、式（１６）によりインマニガス温Ｔｉｎを算出する。補正値ΔＴｗ は、インテークマニホールド２５１におけるインマニガスと管壁との間の熱伝達による温度変化を補正するものであり、エンジン水温Ｔｈｗが高いほど、インテークマニホールド２５１管壁からのインマニガスの吸熱が多くなるから、補正値ΔＴｗ は大きな値が与えられる。
Ｔｉｎ＝Ｔｂｂ＋ΔＴｗ ・・・（１６）
【００６８】
なお、本実施形態では、エキマニガス温Ｔｅｘ、インマニガス温Ｔｉｎについてきわめて高精度な推定が可能であるが、要求される推定精度やエンジンの実使用状態によっては、簡易な方法をとるのもよい。
【００６９】
エキマニガス温Ｔｅｘについての簡易な推定方法について説明する。前記エキマニガス温推定フロー（図３）のステップＳ２０１では、インマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｉｎ、エキマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｅｘをそれぞれ算出しているが、燃料噴射やＥＧＲ等の条件によってはインマニガスとエキマニガスとで平均熱容量を同じとみなしてよい。この場合は、Ｃｐ−ｉｎ＝Ｃｐ−ｅｘ＝Ｃｐ として、式（７）を式（１７）と書ける。そして、前記エキマニガス温推定フロー（図３）のステップＳ２０３で、この式（１７）によりΔＴを算出する。
ΔＴ＝Ｅ／（Ｃｐ ・Ｇｃｙｌ ）・・・（１７）
【００７０】
なお、熱容量Ｃｐ は、インマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｉｎの推定値、若しくはエキマニガス平均熱容量Ｃｐ−ｅｘの推定値のいずれかを用いてもよいし、さらに簡易には大気の熱容量とすることもできる。
【００７１】
また、適合時と推定時とで熱容量に差がないとみなせる場合には、エネルギーＥに熱容量Ｃｐ を組み込み、エネルギーＥのマップに代えて燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに対してエネルギー変数であるＥ／Ｃｐ （＝Ｅ＊ ）が対応するＥ／Ｃｐ のマップを予め記憶し、式（１８）によりΔＴを算出するのもよい。適合時にはＥ＊ ＝Ｇｃｙｌ０・ΔＴ０ によりＥ＊ を求め、マップを作成する。
ΔＴ＝Ｅ＊ ／Ｇｃｙｌ ・・・（１８）
【００７２】
あるいは、シリンダ流入ガス量Ｇｃｙｌ はインテークマニホールド２５１内の圧力（以下、適宜、インマニガス圧という）Ｐｉｎと略比例関係にあるので、インマニガス圧Ｐｉｎを、シリンダ流入ガス量に応じた流入ガス流量変数として、さらに式（１９）によりΔＴを算出するのもよい。適合時にはＥ＊＊＝Ｐｉｎ０ ・ΔＴ０ によりエネルギー変数であるＥ＊＊を求め、マップを作成する。
ΔＴ＝Ｅ＊＊／Ｐｉｎ・・・（１９）
【００７３】
また、インマニガス温Ｔｉｎは、新気温Ｔｈａで代替するのもよい。インマニガス温Ｔｉｎと新気温Ｔｈａとで温度差を生じさせる大きな要因は、ＥＧＲガスであるが、ＥＧＲクーラ４３により十分に冷却されているとみなせる場合や、ＥＧＲ率が適合化された運転条件から実質的に変化しない場合等には、Ｔｉｎ＝Ｔｈａとみなすことができる。
【００７４】
このように本発明によれば、エキマニガス温Ｔｅｘ、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ 、インマニガス温Ｔｉｎを、単にエンジン回転数、燃料噴射量やエンジン負荷により推定するものに比しても、またセンサによる場合に比しても遜色なく高精度に推定することができる。特に、応答性が必ずしも十分ではないセンサでは追随できないような運転状態の過渡期においても高精度に推定することができるので、高精度を達成しつつコスト低減を図ることができる。そして、推定値は種々の制御に供給される。例えば、エキマニガス温Ｔｅｘは触媒の温度制御に、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ はＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御に、インマニガス温Ｔｉｎは吸気Ｏ２ 、排気Ｏ２ 濃度の算出やＥＧＲ率の算出に用いられる。このうち、図８により、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御の内容について説明する。なお、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の制御には、冷却水量制御バルブ４５の開度調整の他、図９に示す構成のエンジンのように、ＥＧＲ通路２７に、ＥＧＲクーラ４３をバイパスするＥＧＲバイパス通路２７ａが設けられ、ＥＧＲバイパスバルブ３７ａによりＥＧＲクーラ４３で冷却される排ガスの割合を調整可能なものに適用される場合には、ＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度調整によっても行い得る。
【００７５】
ステップＳ６０１では、運転条件を検出する。ステップＳ６０２では、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ を推定する。これは、前記ステップＳ１０５と同様に行い得る。
【００７６】
ステップＳ６０３では、前記運転条件に基づいてＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ の目標値を算出し、ステップＳ６０４では、前記ＥＧＲガス温の目標値に基づいてＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値を設定する。ここでは、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値の設定は、前記ステップＳ６０２で推定されたＥＧＲガス温Ｔｅｇｒ が前記目標値となるように行う。これには種々の方式のフィードバック制御によりなし得る。
【００７７】
ステップＳ６０５では、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率の目標値に基づいて、冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度を演算し、ステップＳ６０６で、冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの開度が演算開度となるように冷却水量制御バルブ４５またはＥＧＲバイパスバルブ３７ａの駆動信号を出力する。
【００７８】
なお、本実施形態では、エキマニガス温Ｔｅｘ、インマニガス温Ｔｉｎ、ＥＧＲ温Ｔｅｇｒ のいずれをも推定しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、いずれかは推定値ではなく温度センサにより検出した検出値を制御に供するようにしてもよい。
【００７９】
また、センサを温度推定誤差の管理用として用いるのもよい。すなわち、定常状態における推定値とセンサの検出値との偏差を演算し、偏差を推定誤差として、かかる推定誤差が相殺されるように、その後の温度推定にフィードバックする。これにより、センサによる校正で推定精度を高精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した内燃機関の制御装置を付設した内燃機関の構成図である。
【図２】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図３】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図４】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第３のフローチャートである。
【図５】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第４のフローチャートである。
【図６】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第５のフローチャートである。
【図７】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示すグラフである。
【図８】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示す第６のフローチャートである。
【図９】前記内燃機関の制御装置の変形例を付設した内燃機関の構成図である。
【符号の説明】
１１ エンジン本体
１２ 制御装置
２１ シリンダ
２２ 燃焼室
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２５ 吸気通路
２５１ インテークマニホールド
２６ 排気通路
２６１ イグゾーストマニホールド
２７ ＥＧＲ通路
２７ａ ＥＧＲバイパス通路
３１ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３３ ピストン
３４ スロットルバルブ
３５ タービン
３６ コンプレッサ
３７ ＥＧＲバルブ
３７ａ ＥＧＲバイパスバルブ
４１ インジェクタ
４２ 触媒
４３ ＥＧＲクーラ
４４ 冷却水通路
４５ 冷却水量制御バルブ
５１ ＥＣＵ（ガス温度推定手段、エネルギー変数演算手段、温度上昇度演算手段、流出ガス温度演算手段、流入ガス熱容量演算手段、流出ガス熱容量演算手段、ＥＧＲ冷却効率変数演算手段、ＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段、熱伝達率演算手段、適合所要時間演算手段、ＥＧＲガス温度演算手段、流入ガス温度演算手段）
５２ 新気量センサ
５３ 吸気圧センサ
５４ 新気温センサ
５５ エンジン水温センサ
Claims (12)
- 内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態と、燃料の燃焼に基因して発生する廃熱のエネルギーに応じたエネルギー変数との予め記憶した対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記エネルギー変数を演算するエネルギー変数演算手段と、前記エネルギー変数と、シリンダに流入するガスの流量に応じた流入ガス流量変数とに基づいて、シリンダから流出するガスの、流入するガスの温度からの温度上昇度を演算する温度上昇度演算手段と、前記温度上昇度に基づいてシリンダ流出ガス温度を演算する流出ガス温度演算手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、シリンダ流入ガスの熱容量を演算する流入ガス熱容量演算手段と、
シリンダ流出ガスの熱容量を演算する流出ガス熱容量演算手段とを具備せしめ、
前記温度上昇度演算手段は、前記流入ガス流量変数および前記エネルギー変数に加え、前記流入ガス熱容量および前記流出ガス熱容量に基づいて前記温度上昇度を演算するように設定した内燃機関の制御装置。 - 請求項２記載の内燃機関の制御装置において、前記流入ガス熱容量演算手段は、新気の組成および成分ガスの熱容量、シリンダ流出ガスの組成および成分ガスの熱容量、およびＥＧＲ率に基づいて流入ガス熱容量を演算するように設定した内燃機関の制御装置。
- 請求項２または３いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記流出ガス熱容量演算手段は、シリンダ流入ガスの組成および成分ガスの熱容量、前記流入ガス流量変数および噴射燃料量に基づいて流出ガス熱容量を演算するように設定した内燃機関の制御装置。
- 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、前記温度上昇度演算手段は、前記エネルギー変数を前記流入ガス流量変数で除して、除数値を前記温度上昇度とするように設定した内燃機関の制御装置。
- 請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記運転状態とエネルギー変数との対応関係は、燃料噴射量および機関回転数に対してエネルギー変数が対応するマップを、複数の互いに異なる噴射条件ごとに記憶し、
前記エネルギー変数演算手段は、噴射条件に応じてマップを選択するように設定した内燃機関の制御装置。 - 請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
- 内燃機関の吸排気系を流通するガスの温度を推定するガス温度推定手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記ガス温度推定手段に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却効率に応じたＥＧＲ冷却効率変数を演算するＥＧＲ冷却効率変数演算手段と、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過するのに要するＥＧＲ通過所要時間を演算するＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段と、前記ＥＧＲ冷却効率変数、前記ＥＧＲ通過所要時間、ＥＧＲクーラの水温若しくはそれとみなせる温度、およびシリンダ流出ガスの温度に基づいて、新気と混合するＥＧＲガスの温度を演算するＥＧＲガス温度演算手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項７または８いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記ＥＧＲガス温度演算手段は、前記ＥＧＲ冷却効率変数として、熱伝達率αと、予め内燃機関の定常運転状態下で前記ＥＧＲ通過所要時間を適合化した適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ とを用いるとともに、前記ＥＧＲクーラ通過所要時間演算手段により演算されたＥＧＲ通過所要時間をｔとし、シリンダ流出ガス温度をＴｅｘとし、前記ＥＧＲクーラの吸熱側の基準温度をＴｈｗとし、前記ＥＧＲガス温度をＴｅｇｒ として、算出式
Ｔｅｇｒ ＝Ｔｈｗ＋（Ｔｅｘ−Ｔｈｗ）・ｅｘｐ［（−α／ｔ０ ）・ｔ］により算出するように設定した内燃機関の制御装置。 - 請求項９記載の内燃機関の制御装置において、前記ＥＧＲ冷却効率変数演算手段は、予め記憶した内燃機関の運転状態と熱伝達率αとの対応関係にしたがって、内燃機関の運転状態に基づいて前記熱伝達率αを演算する熱伝達率演算手段と、予め記憶した内燃機関の運転状態と前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ との関係に基づいて前記適合ＥＧＲ通過所要時間ｔ０ を演算する適合化所要時間演算手段とにより構成した内燃機関の制御装置。
- 請求項１ないし１０いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記ガス温度推定手段に、新気の温度とＥＧＲガスの温度との、新気量とＥＧＲガス量とに基づく重み付き平均値を演算し、これをシリンダに流入するガスの温度とするシリンダ流入ガス温度演算手段を具備せしめた内燃機関の制御装置。
- 請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の制御装置において、前記ガス温度推定手段により推定されるガス温度を検出する温度センサを設け、
前記ガス温度推定手段を、内燃機関の運転状態が定常状態のときにおける、ガス温度の推定値と前記温度センサによる検出値との差分に基づいて、その後の推定値を補正するように設定した内燃機関の制御装置。
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