JP2005307803A - エンジンの弁開口面積算出装置及び内部egr量推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吹抜ガス量は、オーバーラップ期間中の吸気圧力及び排気圧力、並びに吸気弁及び排気弁により形成される有効開口面積ASUMOLをもとに、算出する。オーバーラップ期間を所定の期間DCA毎に分割し、分割した各区間について弁リフト量VLIFTnに応じた区間開口面積を算出する。算出した区間開口面積は、区間毎に対応させた配列として記憶する。吹抜ガス量の算出では、この配列を参照して、各区間の実質的な開口面積を算出するとともに、算出した区間開口面積を積算して、有効開口面積ASUMOLを算出する。
【選択図】 図7
Description
EGRには、排気管と吸気管との間に接続されたEGR管を介して行う外部EGRと、このEGR管を介さずに行う内部EGRとがある。これらのうち、内部EGRによる還流ガス量を推定する装置として、次のものが知られている(特許文献1)。吸気弁開期間と排気弁開期間とがオーバーラップしない作動条件のもと、エンジン回転数及び排気弁閉時期に基づいて内部EGR量の基本値を算出するとともに、オーバーラップするときは、オーバーラップ量及び吸気圧力等を考慮して算出したオーバーラップ分の補正値を加算して、内部EGR量を算出するものである。
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン1の構成を示している。
吸気通路11の導入部には、エアクリーナ12が取り付けられており、エアクリーナ12により吸入空気中の粉塵等が除去される。吸気通路11において、エアクリーナ12の下流には、電子制御式のスロットル弁13が設置されている。スロットル弁13の下流には、サージタンク14が取り付けられており、サージタンク14にブランチ15が取り付けられ、吸気マニホールドが構成されている。サージタンク14内の吸入空気は、ブランチ15及びシリンダヘッドに形成された吸気ポート16を介して筒内に流入する。各気筒の吸気ポート16には、燃料供給用のインジェクタ17が設置されている。
インジェクタ17、点火プラグ27及び各可変動弁装置25,26の動作は、エンジンコントロールユニット(以下「ECU」という。)41により制御される。ECU41には、エアフローメータ51からの吸入空気量検出信号、圧力センサ52からの吸気圧力検出信号、温度センサ53からの冷却水温度検出信号、クランク角センサ54からの単位クランク角及び基準クランク角検出信号(ECU41は、これをもとに、エンジン回転数Neを算出する。)、圧力センサ55からの排気圧力検出信号、温度センサ56からの排気温度検出信号、酸素センサ57からの空燃比検出信号、アクセルセンサ58からのアクセル開度検出信号、及びカム角センサ59,60からのカム角検出信号(これをもとに、カムとカムシャフトとの実際の位相差を検出可能である。)が入力される。ECU41は、入力した各信号をもとに、上記の各デバイスの制御量を設定する。
次に、ECU41による内部EGR量MRESの推定について説明する。
本実施形態では、内部EGR量MRESを、オーバーラップ期間中に排気側から吸気側に吹き抜ける排気の量である吹抜ガス量MRESOLと、排気弁閉時期を過ぎても筒内に残る排気の量である残留ガス量MRESCYLとに分け、算出した各ガス量を加算することにより算出する。
図2は、内部EGR量推定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、一サイクル毎に繰り返され、クランク角センサ54が出力する基準クランク角信号と同期させて実行される。
S101では、エンジン回転数Ne、吸気圧力Pin、排気圧力Pex及び排気温度Tex等、各種の運転状態を読み込む。
S103では、有効開口面積ASUMOLを算出する。有効開口面積ASUMOLは、オーバーラップ期間中に吸気弁20及び排気弁23により形成される実質的な瞬時開口面積を積算したものに相当し、後述する有効開口面積演算ルーチンにより算出される。
S104では、排気の比熱比SHEATRを算出する。比熱比SHEATRは、目標燃焼当量比TFBYA及び排気温度Texに応じて各比熱比を割り付けたマップ(図3)を検索して算出する。比熱比SHEATRは、排気温度Texを一定としたときに、理論空燃比相当下で最も小さく、目標燃焼当量比TFBYAがこれよりも小さく又は大きくなるほど、大きな値として算出される。また、目標燃焼当量比TFBYAを一定としたときに、リーン側及びリッチ側の領域の双方において、排気温度Texが高くなるほど、小さな値として算出される。
SLCHOKEL=(2/(SHEATR+1))^(SHEATR/(SHEATR−1)) ・・・(3b)
S107では、排気側から吸気側に吹き抜ける排気の流れにチョークが発生しているか否かを判定する。ここでのチョークの判定は、(3a)及び(3b)式により第1及び第2のチョーク判定値SLCHOKEH,SLCHOKELを算出するとともに、圧力比PINBYEXと算出した各チョーク判定値SLCHOKEH,SLCHOKELとを比較することにより行う。圧力比PINBYEXが所定の範囲内になく、チョークが発生しているときは、S110へ、これが所定の範囲内にあり、チョークが発生していないときは、S111へ進む。
MRSOLPC=√{(MIXSHR×(2/(MIXSHR+1))^((MIXSHR+1)/(MIXSHR−1)))} ・・・(4a)
Qa=MRESOLtmp=−√{1/(Rin×Tin)}×Pin×MRSOLPC ・・・(4b)
S109では、次式により過給非チョーク時吹抜ガス流量Qbを算出し、これを吹抜ガス流量MRESOLtmpとする。
Qb=MRESOLtmp=−1.4×√{1/(Rin×Tin)}×Pin×MRSOLPT ・・・(5b)
S110では、次式により無過給チョーク時吹抜ガス流量Qcを算出し、これを吹抜ガス流量MRESOLtmpとする。
MRSOLPC=√{(SHEATR×(2/(SHEATR+1))^((SHEATR+1)/(SHEATR−1)))} ・・・(6b)
Qc=MRESOLtmp=Pex×MRSOLD×MRSOLPC ・・・(6c)
S111では、次式により通常時吹抜ガス流量Qdを算出し、これを吹抜ガス流量MRESOLtmpとする。
MRSOLP=√{(SHEATR/(SHEATR−1)×(PINBYEX^(2/SHEATR)−PINBYEX^((SHEATR+1)/SHEATR)))} ・・・(7b)
Qd=MRESOLtmp=1.4×Pex×MRSOLD×MRSOLP ・・・(7c)
S112では、算出した吹抜ガス流量MRESOLtmpをもとに、次式により吹抜ガス量MRESOLを算出する。
S113では、算出した残留ガス量MRESCYL及び吹抜ガス量MRESOLをもとに、式(1)により内部EGR量MRESを算出する。
ECU41は、算出した内部EGR量MRESをもとに、次式により内部EGR率MRESFRを算出するとともに、算出した内部EGR率MRESFRをインジェクタ17による燃料噴射制御や、点火プラグ27による点火制御に反映させる。なお、下式において、エアフローメータ51により検出される吸入空気量をMACYLとし、目標燃空比をTFBYAとする。
次に、有効開口面積ASUMOLの演算について説明する。
図7は、クランク角CAと、弁作動特性値CAMPF及び弁リフト量VLIFTとの関係を示している。弁作動特性値CAMPFは、カムプロフィールそのものが与える弁の変位であり、弁リフト量VLIFTは、弁作動特定値CAMPFからバルブクリアランスVCLRを減じた実際の弁の変位である。弁作動特性値CAMPF及び弁リフト量VLIFTは、ともに閉弁時を基準(=0)としている。
S201では、列番号表示値nに1を加算する。列番号表示値nは、このルーチンによる配列の作成が終了するたびに、0に設定される。
S202では、列番号表示値nにより特定される吸気弁20及び排気弁23の弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEnを読み込む。
VLIFTEn=CAMPFEn−VCLREn ・・・(10b)
S204では、算出した弁リフト量VLIFTIn,VLIFTEnに対し、流量感度係数Cvに応じた係数KCVI#,KCVE#と、吸気弁20又は排気弁23の弁体投影面積VAREAI0#,VAREAE0#とを乗算し、吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEを算出する。なお、流量感度係数Cvは、弁リフト量VLIFTに対し、理論的に与えられる流量と、実際に与えられる流量との比で表し、弁開期間がオーバーラップする低リフト領域では、弁リフト量VLIFTにほぼ比例する。係数KCVI#,KCVE#は、流量感度係数Cvが描く近似直線の傾きとして算出し(図8)、固定値としてECU41に記憶させる。また、一気筒当たりに設けられる吸気弁20又は排気弁23の数をa,bとし、吸気弁20及び排気弁23のシート当接部径をVDI,VDEとする。
VAREAE=VLIFTEn×KCVE#×VAREAE0#×b ・・・(11a)
VAREAI0#=(VDI/2)^2×π ・・・(12a)
VAREAE0#=(VDE/2)^2×π ・・・(12b)
S205では、算出した区間開口面積VAREAI,VAREAEを列番号表示値nと対応させて記憶する。
VAREAEn=VAREAE ・・・(13b)
S206では、列番号表示値nが最終列番号Nに達したか否かを判定する。達したときは、S207へ進み、達していないときは、S201へ戻り、次の列について吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEを算出し、記憶する。
図6は、有効開口面積演算ルーチンのフローチャートである。
S301では、吸気カム捻り角ANGI及び排気カム捻り角ANGEを読み込む。
S302では、読み込んだカム捻り角ANGI,ANGEをもとに、排気側区間開口面積VAREAEの配列を相対的にずらし、現状のオーバーラップ期間に適合させる。すなわち、カム捻り角ANGI,ANGEをもとに、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期に対する排気弁閉時期の相対変化量SIFTEVCを算出し、吸気側区間開口面積VAREAIの配列に対し、排気側区間開口面積VAREAEの配列を算出した相対変化量SIFTEVCに応じた列数だけ前進させる(図10)。たとえば、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期及び排気弁閉時期の変化量が夫々クランク角で30°及び10°である場合は、相対変化量SIFTEVCが40°であり、配列の作成に当たりオーバーラップ期間を1°毎に分割しているので、排気側区間開口面積VAREAEの配列を40°に応じた列数(=40)だけ前進させる。
S304では、吸気側区間開口面積VAREAIの配列及び前進させた排気側区間開口面積VAREAEの配列から、列番号表示値nに対応する列の区間開口面積VAREAIn,VAREAEnを読み込む。
S305では、吸気側区間開口面積VAREAInが排気側区間開口面積VAREAEnよりも大きいか否かを判定する。大きいときは、S306へ進み、それ以外のときは、S307へ進む。
S307では、吸気側区間開口面積VAREAInをその区間についての実質的な区間開口面積VAREAnとする。
S308では、各区間について算出した区間開口面積VAREAnをオーバーラップ期間に渡り積算する。
S309では、列番号表示値nが最終列番号Nに達したか否かを判定する。達したときは、S310へ進み、達していないときは、S303へ戻り、次の列について区間開口面積VAREAnを算出し、積算する。
S310では、算出した積算値SIGMAを有効開口面積ASUMOLとする。
なお、ここでは、区間開口面積VAREAnをオーバーラップ期間に渡り積算して有効開口面積ASUMOLを算出することとしているが、区間開口面積VAREAnの選択及び積算は、排気弁リフト量VLIFTEが0となった時点で中断してもよい。
算出した有効開口面積ASUMOLは、既述の内部EGR量推定ルーチンにおいて、吹抜ガス量MRESOLの演算(S112)に用いられる。
第1に、最大オーバーラップ時におけるオーバーラップ期間を所定のクランク角DCA毎に分割するとともに、分割した各区間について実質的な区間開口面積VAREAnを算出し、算出した区間開口面積VAREAnを積算して有効開口面積ASUMOLを算出することとしたので、バルブクリアランス等の変化により実際の弁リフト量VLIFTが変化したとしても、その影響を区間毎に反映させて、正確な有効開口面積ASUMOLを算出することができる。
第3に、吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEを配列化し、バルブタイミングが変更された場合は、これらの配列をバルブタイミングの変化に応じた量だけ相対的にずらすこととしたので、変更後のバルブタイミングのもとで区間開口面積VAREAI,VAREAEを改めて演算する必要がなく、あらゆるバルブタイミングに対して簡単に対応することができる。
Claims (9)
- 吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間に吸気弁及び排気弁により形成される、ポート部の実質的な開口面積を有効開口面積として算出する装置であって、
オーバーラップ期間を含む所定の期間を複数の区間に分割し、
分割した各区間につき、予め定められた弁作動特性値をもとに、吸気弁及び排気弁により形成される区間開口面積を算出し、
算出した区間開口面積をオーバーラップ期間に亘り積算して、有効開口面積を算出するエンジンの弁開口面積算出装置。 - 吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中に排気側と吸気側との間で吹き抜ける排気の量を吹抜ガス量として算出する吹抜ガス量算出手段と、
算出した吹抜ガス量をもとに、エンジンの内部EGR量を算出する内部EGR量算出手段と、を含んで構成され、
吹抜ガス量算出手段は、オーバーラップ期間における排気圧力を検出する排気圧力検出手段と、オーバーラップ期間における吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、吸気弁及び排気弁により形成される、吹抜ガスの通路の実質的な開口面積を有効開口面積として算出する有効開口面積算出手段と、を含んで構成され、少なくとも検出した排気圧力及び吸気圧力、並びに算出した有効開口面積をもとに、吹抜ガス量を算出し、
有効開口面積算出手段は、オーバーラップ期間を含む所定の期間を複数の区間に分割するとともに、各区間につき、予め定められた弁作動特性値をもとに、吸気弁及び排気弁により形成される実質的な区間開口面積を算出し、算出した区間開口面積をオーバーラップ期間に亘り積算して、有効開口面積を算出するエンジンの内部EGR量推定装置。 - 排気弁閉時期に筒内に残る排気の量を残留ガス量として算出する残留ガス量算出手段を更に含んで構成され、
内部EGR量算出手段は、吹抜ガス量算出手段及び残留ガス量算出手段により算出された各ガス量をもとに、エンジンの内部EGR量を算出する請求項2に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。 - 残留ガス量算出手段は、排気弁閉時期における筒内圧力を検出する手段と、排気弁閉時期における筒内温度を検出する手段と、排気弁閉時期における実質的なシリンダ容積を検出する手段と、混合気空燃比に応じた排気のガス定数を算出する手段と、を含んで構成され、検出した筒内圧力、筒内温度及びシリンダ容積、並びに算出したガス定数をもとに、残留ガス量を算出する請求項3に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- 内部EGR量算出手段は、算出された吹抜ガス量及び残留ガス量の和として内部EGR量を算出する請求項3又は4に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- 有効開口面積算出手段は、区間毎に対応させて、吸気弁により形成される区間開口面積の第1の配列と、排気弁により形成される区間開口面積の第2の配列とを作成するとともに、各区間につき、各配列の区間開口面積のうち小さい方をその区間に関する実質的な区間開口面積として選択し、選択した区間開口面積をオーバーラップ期間に亘り積算して、有効開口面積を算出する請求項2〜5のいずれかに記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- 吸気弁開期間及び排気弁開期間の少なくとも一方がクランク角に関して進遅可能なエンジンに設けられ、
有効開口面積算出手段は、弁開期間の変更により排気弁閉時期が吸気弁開時期に対して変化したときに、第1の配列に対し、第2の配列をこの変化に応じた量だけずらすとともに、各区間につき、各配列の区間開口面積のうち小さい方をその区間に関する実質的な区間開口面積として選択する請求項6に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。 - 有効開口面積算出手段は、所定の期間をクランク角で1°毎に分割する請求項2〜7のいずれかに記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- 吹抜ガス量算出手段は、排気温度を検出する手段を更に含んで構成され、検出した排気圧力、吸気圧力及び排気温度、並びに算出した有効開口面積をもとに、吹抜ガス量を算出する請求項2〜8のいずれかに記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
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Cited By (2)
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JP2016121566A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 株式会社デンソー | 内燃機関制御装置 |
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2004
- 2004-04-20 JP JP2004124025A patent/JP2005307803A/ja active Pending
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