JP2006200460A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine inhibiting a torque variation on changing of an air-fuel ratio by suitably controlling an injector for injecting fuel into a cylinder. <P>SOLUTION: A cylinder oxygen amount mo2 is estimated according to an engine operation state and a fuel injection parameter Q* is calculated according to the in-cylinder oxygen amount mo2. Fuel injection by the injector is controlled according to the fuel injection parameter Q*. When the air-fuel ratio is changed from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio or when it is changed vice versa, the fuel injection parameter Q* in the transition of the air-fuel ratio is set to smoothly change according to an objective fuel injection parameter Q*tgt and an objective in-cylinder oxygen amount mo2tgt after the change of the air-fuel ratio and to an initial fuel injection parameter Q*ini and an initial in-cylinder oxygen amount mo2ini before the change (S97-S99). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、排ガスの一部を吸気系に還流する排ガス還流装置を備えた内燃機関の制御装置に関し、特にインジェクタによる燃料噴射などの制御を行うものに関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of exhaust gas to an intake system, and more particularly to a device that controls fuel injection by an injector.

特許文献1には、内燃機関で燃焼する混合気の空燃比を、理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比に設定するリーンバーン運転を行っているときに、排ガス中のNOxを吸収するリーンNOx触媒を備えた排ガス浄化装置が示されている。この装置では、リーンバーン運転を継続すると、リーンNOx触媒に吸収されたNOx量が増加するので、そのNOx量が許容限界を超える前に空燃比を理論空燃比よりリッチ化することにより、リーンNOx触媒に吸収されたNOxの還元が行われる。このような空燃比のリッチ化を以下「NOx還元リッチ化」という。   Patent Document 1 discloses a lean NOx that absorbs NOx in exhaust gas when performing a lean burn operation in which the air-fuel ratio of an air-fuel mixture combusted in an internal combustion engine is set to a lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. An exhaust gas purification device with a catalyst is shown. In this apparatus, if the lean burn operation is continued, the amount of NOx absorbed by the lean NOx catalyst increases. Therefore, before the NOx amount exceeds the allowable limit, the air / fuel ratio is made richer than the stoichiometric air / fuel ratio, thereby reducing the lean NOx. Reduction of NOx absorbed by the catalyst is performed. Such enrichment of the air-fuel ratio is hereinafter referred to as “NOx reduction enrichment”.

特許第2600492号公報Japanese Patent No. 2600492

上記特許文献1に示された装置では、NOx還元リッチ化を行うときは、空燃比は、先ずリーン空燃比からリッチ空燃比にステップ的に切り換えられ、NOxの還元が終了した時点で、リッチ空燃比からリーン空燃比にステップ的に戻される。そのため、空燃比の切換時に機関出力トルクの変動を起こすという課題があった。   In the apparatus disclosed in Patent Document 1, when performing NOx reduction enrichment, the air-fuel ratio is first switched stepwise from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, and when the NOx reduction is completed, the rich air-fuel ratio is changed. The air-fuel ratio is returned stepwise from the fuel ratio. Therefore, there has been a problem that the engine output torque fluctuates when the air-fuel ratio is switched.

本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比切換時において気筒内に燃料を噴射するインジェクタの制御を適切に行い、トルク変動を抑制することが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。   The present invention has been made paying attention to this point, and provides a control device for an internal combustion engine capable of appropriately controlling an injector that injects fuel into a cylinder at the time of air-fuel ratio switching and suppressing torque fluctuations. The purpose is to do.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、吸気系(4)を介して気筒(3a)に空気を吸入し、インジェクタ(6)から噴射された燃料を前記気筒(3a)内に供給するとともに、内燃機関(3)から排出された排ガスの一部を排ガス還流装置(14)により前記吸気系(4)に還流排ガスとして還流する内燃機関の制御装置において、前記吸気系(4)を介して前記気筒(3a)に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段(2,7)と、前記吸入空気量(Fa)を検出する吸入空気量検出手段(27)と、前記排ガス還流装置(14)による還流排ガスの流量(Fe)を推定する還流排ガス流量推定手段と、前記検出された吸入空気量(Fa)、及び前記推定された還流排ガス流量(Fe)に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量(mo2)を推定する気筒内酸素量推定手段(2)と、前記内燃機関の回転数(Ne)を検出する回転数検出手段(22)と、該検出された内燃機関の回転数(Ne)、及び前記推定された気筒内酸素量(mo2)に基づいて、燃料噴射パラメータ(Q*)を決定する燃料噴射パラメータ決定手段(2)と、該決定された燃料噴射パラメータ(Q*)に基づいて、前記インジェクタ(6)を制御するインジェクタ制御手段(2)と、前記気筒内で燃焼する混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えること、またはリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換えることを指令する切換指令手段(2)とを備え、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記切換指令手段により前記空燃比の切換が指令されたときは、切換前の推定気筒内酸素量(mo2ini)、及び切換後の目標気筒内酸素量(mo2tgt)とに応じて、前記燃料噴射パラメータ(Q*)を滑らかに変化するように決定することを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, air is sucked into the cylinder (3a) through the intake system (4), and the fuel injected from the injector (6) is put into the cylinder (3a). In the control device for an internal combustion engine that supplies and recirculates a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (3) to the intake system (4) as recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device (14), the intake system (4) Intake air amount control means (2, 7) for controlling the amount of intake air sucked into the cylinder (3a) via the intake air amount detection means (27) for detecting the intake air amount (Fa), Based on the recirculated exhaust gas flow rate estimating means for estimating the flow rate (Fe) of the recirculated exhaust gas from the exhaust gas recirculation device (14), the detected intake air amount (Fa), and the estimated recirculated exhaust gas flow rate (Fe). In the cylinder In-cylinder oxygen amount estimating means (2) for estimating the amount of oxygen present (mo2), rotation speed detecting means (22) for detecting the rotation speed (Ne) of the internal combustion engine, and the detected rotation of the internal combustion engine A fuel injection parameter determination means (2) for determining a fuel injection parameter (Q *) based on the number (Ne) and the estimated in-cylinder oxygen amount (mo2); and the determined fuel injection parameter (Q *) Based on the injector control means (2) for controlling the injector (6) and switching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusting in the cylinder from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, or from the rich air-fuel ratio. Switching command means (2) for instructing switching to a lean air-fuel ratio, and the fuel injection parameter determining means, when commanded to switch the air-fuel ratio by the switching command means, According to the in-cylinder oxygen amount (mo2ini), and switching the target cylinder oxygen amount of 換後 and (mo2tgt), and determines to smoothly change the fuel injection parameter (Q *).

具体的には、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記切換前の推定気筒内酸素量(mo2ini)と切換後の目標気筒内酸素量(mo2tgt)の差(|mo2ini−mo2tgt|)に対する、切換指令後の推定気筒内酸素量の変化量(|mo2v−mo2ini|)の比率(Oxyratio)を算出する比率算出手段と、前記比率(Oxyratio)が増加するほど、増加するように比率パラメータ(Q*ratio)を設定する比率パラメータ設定手段とを備え、前記切換前の燃料噴射パラメータの値(Q*ini)、前記切換後の燃料噴射パラメータの目標値(Q*tgt)、及び前記比率パラメータ(Q*ratio)とを用いて、前記燃料噴射パラメータ(Q*)を決定することが望ましい。   Specifically, the fuel injection parameter determining means is configured to switch a command for a difference (| mo2ini−mo2tgt |) between the estimated in-cylinder oxygen amount (mo2ini) before switching and the target cylinder oxygen amount (mo2tgt) after switching. Ratio calculation means for calculating the ratio (| mo2v−mo2ini |) of the estimated change in oxygen amount (| mo2v−mo2ini |) later, and a ratio parameter (Q * ratio) that increases as the ratio (Oxyratio) increases. Ratio parameter setting means for setting the fuel injection parameter value before switching (Q * ini), the target value (Q * tgt) of the fuel injection parameter after switching, and the ratio parameter (Q *) The fuel injection parameter (Q *) is preferably determined using the ratio).

前記比率パラメータ設定手段は、前記空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるときは、前記比率(Oxyratio)の変化に対する前記比率パラメータ(Q*ratio)の変化率(dQ*ratio/dOxyratio)が、前記比率(Oxyratio)が増加するほど徐々に増加するように前記比率パラメータ(Q*ratio)を設定し、前記空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換えるときは、前記変化率(dQ*ratio/dOxyratio)が、前記比率(Oxyratio)が増加するほど徐々に減少するように前記比率パラメータ(Q*ratio)を設定することが望ましい。   When the air-fuel ratio is switched from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio, the ratio parameter setting means has a change rate (dQ * ratio / dOxyratio) of the ratio parameter (Q * ratio) with respect to a change in the ratio (Oxyratio). When the ratio parameter (Q * ratio) is set so that the ratio (Oxyratio) increases gradually as the ratio (Oxyratio) increases, and the air-fuel ratio is switched from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the rate of change (dQ * It is desirable to set the ratio parameter (Q * ratio) so that ratio / dOxyratio) gradually decreases as the ratio (Oxyratio) increases.

また、前記比率パラメータ設定手段は、前記リーン空燃比に応じて前記比率パラメータ(Q*ratio)を補正することが望ましい。具体的には、前記空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるときは、前記リーン空燃比が小さいほど前記比率パラメータ(Q*ratio)が増加するように補正し、前記空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換えるときは、前記リーン空燃比が小さいほど前記比率パラメータ(Q*ratio)が減少するように補正することが望ましい。   The ratio parameter setting means preferably corrects the ratio parameter (Q * ratio) according to the lean air-fuel ratio. Specifically, when the air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, the ratio parameter (Q * ratio) is corrected so as to decrease as the lean air-fuel ratio decreases, and the air-fuel ratio is adjusted to the rich air-fuel ratio. When switching from an air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio, it is desirable to correct so that the ratio parameter (Q * ratio) decreases as the lean air-fuel ratio decreases.

請求項1に記載の発明によれば、空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えること、またはリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換えることが指令されたときは、切換前の推定気筒内酸素量、及び切換後の目標気筒内酸素量とに応じて、燃料噴射パラメータが滑らかに変化するように決定されるので、空燃比切換時のトルクショックを抑制することができる。   According to the first aspect of the present invention, when it is instructed to switch the air-fuel ratio from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio or from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the estimated in-cylinder oxygen before switching is instructed. Since the fuel injection parameter is determined so as to change smoothly according to the amount and the target cylinder oxygen amount after switching, torque shock at the time of air-fuel ratio switching can be suppressed.

以下本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図1に示す内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンである。各気筒3aのピストン3bとシリンダヘッド3cの間には、燃焼室3dが形成されている。燃焼室3dには、吸気管4(吸気系)および排気管5が接続されており、これらの吸気ポートおよび排気ポートには、吸気弁および排気弁(いずれも図示せず)がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド3cには、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6および筒内圧センサ21が、燃焼室3dに臨むように取り付けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 shown in FIG. 1 is a diesel engine of, for example, four cylinders (only one is shown) mounted on a vehicle (not shown). A combustion chamber 3d is formed between the piston 3b and the cylinder head 3c of each cylinder 3a. An intake pipe 4 (intake system) and an exhaust pipe 5 are connected to the combustion chamber 3d, and an intake valve and an exhaust valve (both not shown) are provided in the intake port and the exhaust port, respectively. Yes. A fuel injection valve (hereinafter referred to as “injector”) 6 and an in-cylinder pressure sensor 21 are attached to the cylinder head 3c so as to face the combustion chamber 3d.

インジェクタ6は、シリンダヘッド3cの中央に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ(いずれも図示せず)に接続されている。燃料タンク(図示せず)の燃料は、高圧ポンプで昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ6に送られ、インジェクタ6から燃焼室3dに噴射される。インジェクタ6の噴射圧力Pe、噴射時間(開弁時間)Deおよび噴射タイミング(開弁タイミング)TMeは、図2に示される電子制御ユニット(以下「ECU」という)2からの制御信号によって制御される。以下の説明では図2も合わせて参照する。   The injector 6 is disposed at the center of the cylinder head 3c and is connected to a high-pressure pump (both not shown) via a common rail. Fuel in a fuel tank (not shown) is boosted by a high-pressure pump, then sent to the injector 6 through the common rail, and injected from the injector 6 into the combustion chamber 3d. The injection pressure Pe, injection time (valve opening time) De, and injection timing (valve opening timing) TMe of the injector 6 are controlled by control signals from an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 2 shown in FIG. . In the following description, FIG. 2 is also referred to.

筒内圧センサ21(燃焼状態検出手段)は、例えば圧電素子タイプのものであり、燃焼室3d内の圧力(以下「筒内圧」という)Pの変化に応じて、圧電素子(図示せず)が変位することにより、筒内圧Pの変化量ΔPを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この検出信号を積分することによって、筒内圧Pを求める。   The in-cylinder pressure sensor 21 (combustion state detection means) is, for example, of the piezoelectric element type, and a piezoelectric element (not shown) is provided in accordance with a change in pressure (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”) P in the combustion chamber 3d. By displacing, a detection signal indicating the change amount ΔP of the in-cylinder pressure P is output to the ECU 2. The ECU 2 obtains the in-cylinder pressure P by integrating this detection signal.

また、エンジン3のクランクシャフト3eには、マグネットロー夕22aが取り付けられている。このマグネットロータ22aとMREピックアップ22bによって、クランク角センサ22(回転数検出手段)が構成されている。クランク角センサ22は、クランクシャフト3eの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。   A magnet row 22a is attached to the crankshaft 3e of the engine 3. The magnet rotor 22a and the MRE pickup 22b constitute a crank angle sensor 22 (rotational speed detection means). The crank angle sensor 22 outputs a CRK signal and a TDC signal, which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3e rotates.

CRK信号は、所定のクランク角(例えば30度)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)Neを求める。TDC信号は、各気筒のピストン3bが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180度ごとに出力される。   The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 degrees). The ECU 2 obtains the rotational speed Ne (hereinafter referred to as “engine rotational speed”) Ne of the engine 3 based on the CRK signal. The TDC signal is a signal indicating that the piston 3b of each cylinder is at a predetermined crank angle position near the TDC (top dead center) at the start of the intake stroke, and in this example of the four-cylinder type, every crank angle of 180 degrees. Is output.

吸気管4の吸気マニホルド4aの集合部よりも上流側には、スロットル弁7(吸入量制御手段)が設けられており、スロットル弁7には、これを駆動するアクチュエータ8が連結されている。アクチュエータ8は、モータやギヤ機構(いずれも図示せず)などで構成されており、その動作がECU2からの制御信号で制御されることにより、スロットル弁7の開度(以下「スロットル弁開度」という)THが変化し、それに応じて、燃焼室3dに吸入される吸入空気量が制御される。スロットル弁開度THは、スロットル弁開度センサ23によって検出され、その検出信号はECU2に出力される。   A throttle valve 7 (intake amount control means) is provided on the upstream side of the intake manifold 4a of the intake pipe 4 and an actuator 8 for driving the throttle valve 7 is connected to the throttle valve 7. The actuator 8 is composed of a motor, a gear mechanism (not shown) or the like, and the operation of the actuator 8 is controlled by a control signal from the ECU 2 so that the opening of the throttle valve 7 (hereinafter referred to as “throttle valve opening”). TH) changes, and the amount of intake air taken into the combustion chamber 3d is controlled accordingly. The throttle valve opening TH is detected by a throttle valve opening sensor 23, and the detection signal is output to the ECU 2.

吸気マニホルド4aには、吸気圧センサ24および吸気温センサ25が設けられている。吸気圧センサ24は、吸気マニホルド4a内の圧力(以下「インマニ圧」という)Piを検出し、吸気温センサ25は、サーミスタなどで構成され、吸気マニホルド4a内の温度(以下「インマニ温度」という)Tsを検出し、それらの検出信号はECU2に出力される。エンジン3の本体には、エンジン水温センサ26が取り付けられている。エンジン水温センサ26は、サーミスタなどで構成され、エンジン3の本体内を循環する冷却水の温度(以下「エンジン水温」という)Twを検出し、その検出信号をECU2に出力する。   The intake manifold 4a is provided with an intake pressure sensor 24 and an intake air temperature sensor 25. The intake pressure sensor 24 detects the pressure in the intake manifold 4a (hereinafter referred to as “in manifold pressure”) Pi, and the intake air temperature sensor 25 includes a thermistor and the like, and the temperature in the intake manifold 4a (hereinafter referred to as “in manifold temperature”). ) Ts is detected, and those detection signals are output to the ECU 2. An engine water temperature sensor 26 is attached to the main body of the engine 3. The engine water temperature sensor 26 is composed of a thermistor or the like, detects the temperature (hereinafter referred to as “engine water temperature”) Tw of the coolant circulating in the main body of the engine 3, and outputs a detection signal to the ECU 2.

また、吸気管4には過給装置9が設けられている。過給装置9は、夕ーボチャージャ式の過給機10と、これに連結されたアクチュエータ11と、べーン開度制御弁12を備えている。過給機10は、吸気管4のスロットル弁7よりも上流側に設けられた回転自在のコンプレッサブレード10aと、排気管5の途中に設けられたタービンブレード10bおよび複数の回動自在の可変ベーン10c(2つのみ図示)と、これらのブレード10a,10bを一体に連結するシャフト10dを有している。過給機10は、排気管5内の排ガスによってタービンブレード10bが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード10aが回転駆動されることによって、過給動作を行う。   The intake pipe 4 is provided with a supercharging device 9. The supercharger 9 includes an evening charger-type supercharger 10, an actuator 11 connected thereto, and a vane opening control valve 12. The supercharger 10 includes a rotatable compressor blade 10a provided upstream of the throttle valve 7 of the intake pipe 4, a turbine blade 10b provided in the middle of the exhaust pipe 5, and a plurality of rotatable variable vanes. 10c (only two are shown) and a shaft 10d for integrally connecting these blades 10a and 10b. The supercharger 10 performs a supercharging operation by rotating the compressor blade 10a integrally therewith as the turbine blade 10b is rotationally driven by the exhaust gas in the exhaust pipe 5.

各可変べーン10cは、アクチュエータ11に連結されており、その開度(以下「ベーン開度」という)VOがアクチュエータ11を介して制御される。アクチュエータ11は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、負圧ポンプ(図示せず)に接続されていて、その途中に前記べーン開度制御弁12が設けられている。負圧ポンプは、エンジン3を動力源として作動し、発生した負圧をアクチュエータ11に供給する。ベーン開度制御弁12は、電磁弁で構成されており、その弁開度がECU2からの制御信号で制御されることにより、アクチュエータ11に供給される負圧が変化し、それに伴い、可変べーン10cのべーン開度VOが変化することによって、過給圧が制御される。   Each variable vane 10 c is connected to the actuator 11, and its opening degree (hereinafter referred to as “vane opening degree”) VO is controlled via the actuator 11. The actuator 11 is of a diaphragm type that operates by negative pressure, and is connected to a negative pressure pump (not shown), and the vane opening control valve 12 is provided in the middle thereof. The negative pressure pump operates using the engine 3 as a power source and supplies the generated negative pressure to the actuator 11. The vane opening degree control valve 12 is configured by an electromagnetic valve, and the negative pressure supplied to the actuator 11 changes when the valve opening degree is controlled by a control signal from the ECU 2. The supercharging pressure is controlled by changing the vane opening VO of the engine 10c.

また、吸気管4の過給機10よりも上流側には、エアフローセンサ27(吸入空気量検出手段)が設けられている。エアフローセンサ27は、吸気管4内を流れる吸入空気量Faを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
さらに、吸気管4の吸気マニホールド4aは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路4bとバイパス通路4cに仕切られている。バイパス通路4cには、燃焼室3d内にスワールを発生させるためのスワール装置13が設けられている。スワール装置13は、スワール弁13a、これを駆動するアクチュエータ13b、およびスワール制御弁13cを備えている。アクチュエータ13bおよびスワール制御弁13cはそれぞれ、過給装置9のアクチュエータ11およびベーン開度制御弁12と同様に構成されており、スワール制御弁13cは前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁13cの弁開度がECU2からの制御信号で制御されることにより、アクチュエータ13bに供給される負圧が変化し、スワール弁13aの開度SVOが変化することによって、スワールの強さが制御される。
An air flow sensor 27 (intake air amount detection means) is provided upstream of the supercharger 10 in the intake pipe 4. The air flow sensor 27 detects the intake air amount Fa flowing in the intake pipe 4 and outputs a detection signal to the ECU 2.
Further, the intake manifold 4a of the intake pipe 4 is divided into a swirl passage 4b and a bypass passage 4c from the collecting portion to the branch portion. The bypass passage 4c is provided with a swirl device 13 for generating a swirl in the combustion chamber 3d. The swirl device 13 includes a swirl valve 13a, an actuator 13b for driving the swirl valve 13a, and a swirl control valve 13c. The actuator 13b and the swirl control valve 13c are respectively configured similarly to the actuator 11 and the vane opening control valve 12 of the supercharging device 9, and the swirl control valve 13c is connected to the negative pressure pump. With the above configuration, when the valve opening degree of the swirl control valve 13c is controlled by the control signal from the ECU 2, the negative pressure supplied to the actuator 13b changes, and the opening degree SVO of the swirl valve 13a changes. The strength of the swirl is controlled.

また、吸気マニホルド4aのスワール通路4bの集合部の部分と、排気管5の後述する酸化触媒15のすぐ下流側との間には、排ガス還流管(以下「EGR管」という)14aが接続されており、このEGR管14aとその途中に設けられた排ガス還流制御弁(以下「EGR制御弁」という)14bによって、排ガス還流装置(以下「EGR装置」という)14が構成されている。このEGR管14aを介して、エンジン3の排ガスの一部が還流排ガスとして吸気管4に還流される。EGR制御弁14bは、リニア電磁弁で構成されており、その開度(以下「EGR弁開度」、という)LEがECU2からの制御信号に応じて制御されることによって、還流排ガス流量Feが制御される。EGR弁開度LEは、EGR弁開度センサ28によって検出され、その検出信号はECU2に出力される。   Further, an exhaust gas recirculation pipe (hereinafter referred to as “EGR pipe”) 14a is connected between the portion of the collecting portion of the swirl passage 4b of the intake manifold 4a and the downstream side of the oxidation catalyst 15 described later of the exhaust pipe 5. The EGR pipe 14a and the exhaust gas recirculation control valve (hereinafter referred to as “EGR control valve”) 14b provided in the middle thereof constitute an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as “EGR device”) 14. A part of the exhaust gas from the engine 3 is recirculated to the intake pipe 4 as recirculated exhaust gas through the EGR pipe 14a. The EGR control valve 14b is composed of a linear electromagnetic valve, and its opening degree (hereinafter referred to as “EGR valve opening degree”) LE is controlled in accordance with a control signal from the ECU 2, whereby the recirculated exhaust gas flow rate Fe is reduced. Be controlled. The EGR valve opening degree LE is detected by the EGR valve opening degree sensor 28, and the detection signal is output to the ECU 2.

また、排気管5の過給機10よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒15およびNOx吸収触媒16が設けられている。酸化触媒15は、排ガス中のHCおよびCOを酸化し、排ガスを浄化する。また、NOx吸収触媒16は、リーンな酸化雰囲気下において、排ガス中のNOxを吸収するとともに、吸収したNOxを、リッチな還元雰囲気下において還元する。   Further, an oxidation catalyst 15 and a NOx absorption catalyst 16 are provided in order from the upstream side of the exhaust pipe 5 on the downstream side of the supercharger 10. The oxidation catalyst 15 oxidizes HC and CO in the exhaust gas and purifies the exhaust gas. Further, the NOx absorption catalyst 16 absorbs NOx in the exhaust gas in a lean oxidizing atmosphere and reduces the absorbed NOx in a rich reducing atmosphere.

さらに、排気管5の過給機10と酸化触媒15との間には、酸素濃度センサ29が設けられている。酸素濃度センサ29は、排ガス中の酸素濃度λをリニアに検出し、その検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この酸素濃度λに基づいて、燃焼室3dで燃焼されるガスの空燃比A/Fを算出する。ECU2にはさらに、アクセル開度センサ30(アクセル踏込み量検出手段)から、エンジン3により駆動される車両のアクセルペダル(図示せず)の踏込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。   Further, an oxygen concentration sensor 29 is provided between the supercharger 10 and the oxidation catalyst 15 in the exhaust pipe 5. The oxygen concentration sensor 29 linearly detects the oxygen concentration λ in the exhaust gas and outputs the detection signal to the ECU 2. The ECU 2 calculates the air-fuel ratio A / F of the gas burned in the combustion chamber 3d based on the oxygen concentration λ. The ECU 2 further detects from the accelerator opening sensor 30 (accelerator depression amount detection means) the depression amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) AP of the accelerator pedal (not shown) of the vehicle driven by the engine 3. A signal is output.

ECU2は、本実施形態において、吸入空気量制御手段、還流排ガス流量推定手段、気筒内酸素量推定手段、回転数検出手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、切換指令手段、比率算出手段、及び比率パラメータ設定手段を構成する。ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種センサ21〜30からの検出信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を実行する。具体的には、上記の検出信号からエンジン3の運転状態を判別し、その判別結果に基づいてエンジン3の燃焼モードを決定するとともに、決定した燃焼モードなどに応じ、スロットル弁開度THを介して吸入空気量を制御するとともに、インジェクタ6による燃料噴射などを制御する。   In this embodiment, the ECU 2 includes an intake air amount control means, a recirculated exhaust gas flow rate estimation means, an in-cylinder oxygen amount estimation means, a rotation speed detection means, a fuel injection parameter determination means, an injector control means, a switching command means, a ratio calculation means, And ratio parameter setting means. The ECU 2 is composed of a microcomputer including an I / O interface, CPU, RAM, ROM, and the like, and according to the detection signals from the various sensors 21 to 30 described above, various types of ECU 2 are performed according to a control program stored in the ROM. Perform arithmetic processing. Specifically, the operating state of the engine 3 is determined from the detection signal, and the combustion mode of the engine 3 is determined based on the determination result, and the throttle valve opening TH is determined according to the determined combustion mode. Thus, the intake air amount is controlled, and the fuel injection by the injector 6 is controlled.

上記のエンジン3の燃焼モードは、低温燃焼モードと、それ以外の通常燃焼モードに大別される。低温燃焼モードは、エンジン3の暖機終了後、低負荷域で実行されるものであり、ー方、通常燃焼モードは、それよりも高い負荷域で実行される。また、両燃焼モードでは、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御したリーン運転が通常、行われるとともに、NOx吸収触媒16に吸収されたNOxを還元するため、あるいはNOx吸収触媒16に付着した燃料中のイオウを脱離するために、空燃比を理論空燃比よりもリッチ化するリッチ運転が適宜、行われる。低温燃焼モードでは、以下に説明する主として気筒内酸素量及びエンジン回転数Neに基づく燃料噴射制御(以下「O2基準LTC制御」という)が実行され、通常燃焼モードでは、スロットル弁開度TH及びEGR弁開度LEの変更により吸入空気量の制御が可能な低負荷側で、主として気筒内酸素量及びエンジン回転数Neに基づく燃料噴射制御(以下「O2基準STD制御」という)が実行され、スロットル弁7を全開とし、EGR制御弁14bを全閉とする高負荷側で、アクセル開度AP及びエンジン回転数Neに基づく燃料噴射制御(以下「ペダル基準STD制御」という)が実行される。   The combustion mode of the engine 3 is roughly divided into a low temperature combustion mode and a normal combustion mode other than that. The low-temperature combustion mode is executed in a low load region after the warm-up of the engine 3 is finished. On the other hand, the normal combustion mode is executed in a higher load region. In both combustion modes, a lean operation in which the air-fuel ratio is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is normally performed, and NOx absorbed by the NOx absorption catalyst 16 is reduced or attached to the NOx absorption catalyst 16. In order to desorb the sulfur in the fuel, a rich operation for making the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is appropriately performed. In the low-temperature combustion mode, fuel injection control (hereinafter referred to as “O2 reference LTC control”) mainly based on the in-cylinder oxygen amount and the engine speed Ne described below is executed, and in the normal combustion mode, the throttle valve opening TH and EGR are controlled. On the low load side where the intake air amount can be controlled by changing the valve opening LE, fuel injection control (hereinafter referred to as “O2 standard STD control”) based mainly on the in-cylinder oxygen amount and the engine speed Ne is executed, and the throttle Fuel injection control (hereinafter referred to as “pedal reference STD control”) based on the accelerator opening AP and the engine speed Ne is executed on the high load side where the valve 7 is fully opened and the EGR control valve 14b is fully closed.

以下、ECU2で実行される処理について説明する。ECU2は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度APに応じて図3に示すA*マップを検索し、空気調節パラメータA*を決定する。空気調節パラメータA*は、目標スロットル弁開度THR、目標EGR弁開度LER、目標ベーン開度VOR及び目標スワール弁開度SVORを要素とするベクトルである。A*マップ上の番地i,jの格子点には、対応するエンジン回転数Ne及びアクセル開度APに適した目標スロットル弁開度THR、目標EGR弁開度LER、目標ベーン開度VOR及び目標スワール弁開度SVOが設定されている。そしてECU2は、実際のスロットル弁開度TH,EGR弁開度LE,ベーン開度VO,及びスワール弁開度SVOが、A*マップから検索された目標開度となるように対応するアクチュエータを駆動する。これにより、エンジン回転数Ne及びアクセル開度APに応じた吸入空気量、還流排ガス流量、過給圧、及びスワールの制御が行われる。   Hereinafter, the process performed by ECU2 is demonstrated. The ECU 2 searches the A * map shown in FIG. 3 according to the engine speed Ne and the accelerator pedal opening AP, and determines the air conditioning parameter A *. The air adjustment parameter A * is a vector whose elements are the target throttle valve opening THR, the target EGR valve opening LER, the target vane opening VOR, and the target swirl valve opening SVOR. A grid point at addresses i and j on the A * map includes a target throttle valve opening degree THR, a target EGR valve opening degree LER, a target vane opening degree VOR and a target that are suitable for the corresponding engine speed Ne and accelerator opening degree AP. A swirl valve opening SVO is set. Then, the ECU 2 drives the corresponding actuator so that the actual throttle valve opening TH, EGR valve opening LE, vane opening VO, and swirl valve opening SVO become the target opening retrieved from the A * map. To do. Thus, the intake air amount, the recirculated exhaust gas flow rate, the supercharging pressure, and the swirl are controlled in accordance with the engine speed Ne and the accelerator pedal opening AP.

なお、A*マップは、上述したO2基準LTC制御、O2基準STD制御、及びペダル基準STD制御のそれぞれに対応して設けられており、さらにこれらの各制御毎に、通常リーン運転用マップ、PM(Particulate Matter)酸化用マップ、NOx還元用マップ、及びイオウ脱離用マップが設定されている。通常リーン運転用マップ、PM酸化用マップ、NOx還元用マップ、及びイオウ脱離用マップを用いたときの設定空燃比をそれぞれA/FLN,A/FLP,A/FRN,及びA/FRSとすると、A/FLN>A/FLP>A/FRS>A/FRNなる関係が成立する。   The A * map is provided corresponding to each of the above-described O2 reference LTC control, O2 reference STD control, and pedal reference STD control, and for each of these controls, a normal lean operation map, PM (Particulate Matter) An oxidation map, a NOx reduction map, and a sulfur desorption map are set. The set air-fuel ratio when using the normal lean operation map, PM oxidation map, NOx reduction map, and sulfur desorption map are A / FLN, A / FLP, A / FRN, and A / FRS, respectively. A / FLN> A / FLP> A / FRS> A / FRN is established.

次にECU2による燃料噴射制御について説明する。図4は、O2基準LTC制御及びO2基準STD制御に用いられる気筒内状態パラメータ[O2]の算出処理を示している。この気筒内状態パラメータ[O2]は、燃料の噴射直前における気筒3a内の状態を表すものであり、気筒内酸素量mo2、気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiの計3つのパラメータで構成される。この気筒内酸素量mo2は、燃料の噴射前に気筒3a内に存在する酸素の量を表し、気筒内不活性ガス量mint は、燃料の噴射前に気筒3a内に存在する不活性ガス(酸素以外の燃焼に寄与しないガス)の量を表し、また、実インマニ温度Tiは、吸気マニホルド4aの実際の温度を表す。このうち、気筒内酸素量mo2は、燃焼に主要な影響を及ぼす主パラメータである。これに対し、気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiは、気筒内酸素量mo2を補完する副パラメータであり、エンジン3の定常状態では、気筒内酸素量mo2に応じてほぼ一義的に定まるとともに、過渡状態では、後述するように、気筒内酸素量mo2を補正するのに用いられる。   Next, fuel injection control by the ECU 2 will be described. FIG. 4 shows a calculation process of the in-cylinder state parameter [O2] used for the O2 reference LTC control and the O2 reference STD control. This in-cylinder state parameter [O2] represents the state in the cylinder 3a immediately before fuel injection, and is a total of three parameters: the in-cylinder oxygen amount mo2, the in-cylinder inert gas amount mint, and the actual intake manifold temperature Ti. Composed. The in-cylinder oxygen amount mo2 represents the amount of oxygen existing in the cylinder 3a before fuel injection, and the in-cylinder inert gas amount mint is an inert gas (oxygen) present in the cylinder 3a before fuel injection. The actual intake manifold temperature Ti represents the actual temperature of the intake manifold 4a. Of these, the in-cylinder oxygen amount mo2 is a main parameter that has a major influence on combustion. On the other hand, the in-cylinder inert gas amount mint and the actual intake manifold temperature Ti are sub-parameters that complement the in-cylinder oxygen amount mo2, and in the steady state of the engine 3, are almost uniquely determined according to the in-cylinder oxygen amount mo2. At the same time, in the transient state, it is used to correct the in-cylinder oxygen amount mo2 as described later.

この処理ではまず、吸気温センサ25で検出されたインマニ温度Tsから、実インマニ温度Tiを次式(1)によって算出する(ステップ31)。
Ti=Ts(τo・s+1) (1)
ここで、τo:吸気温センサの時定数
s :ラプラス変換演算子
このような算出によって、吸気温センサ25の検出結果に基づき、その応答遅れを補償しながら、実インマニ温度Tiをリアルタイムで正しく推定することができる。
In this process, first, the actual intake manifold temperature Ti is calculated by the following equation (1) from the intake manifold temperature Ts detected by the intake air temperature sensor 25 (step 31).
Ti = Ts (τo · s + 1) (1)
Where τo: intake air temperature sensor time constant
s: Laplace transform operator By such calculation, the actual intake manifold temperature Ti can be correctly estimated in real time while compensating for the response delay based on the detection result of the intake air temperature sensor 25.

次に、気筒内酸素量mo2を推定によって算出する(ステップ32)。この算出は、エアフローセンサ27で検出された吸入空気量Fa、吸気圧センサ24で検出されたインマニ圧Pi、およびステップ31で推定された実インマニ温度Tiに応じ、さらに後述するEGRモデルを用いて、次の手順で行われる。   Next, the cylinder oxygen amount mo2 is calculated by estimation (step 32). This calculation is based on the intake air amount Fa detected by the airflow sensor 27, the intake manifold pressure Pi detected by the intake pressure sensor 24, and the actual intake manifold temperature Ti estimated in step 31, and using an EGR model to be described later. The following procedure is performed.

A.EGR率Riの推定
B.気筒内酸素量mo2の推定
A.EGR率Riの推定
EGR率Riの基本式は、次式(2)で与えられる。
Ri=Fe_hat/Fi (2)
ここで、Fiは、気筒に流入する総ガス流量、Fe_hatは、気筒3aに流入する還流排ガス流量の予測値(推定した還流排ガス流量)であり、リーン運転とリッチ運転の間の過渡状態におけるEGR装置14の応答遅れを考慮して求められる。
A. B. Estimation of EGR rate Ri Estimation of cylinder oxygen amount mo2 Estimation of EGR Rate Ri The basic equation of the EGR rate Ri is given by the following equation (2).
Ri = Fe_hat / Fi (2)
Here, Fi is the total gas flow rate flowing into the cylinder, Fe_hat is a predicted value of the recirculation exhaust gas flow rate (estimated recirculation exhaust gas flow rate) flowing into the cylinder 3a, and EGR in a transient state between the lean operation and the rich operation. It is obtained in consideration of the response delay of the device 14.

式(2)中の総ガス流量Fiは、周知のスピードデンシティの式から、次式(3)で算出される。
Fi=Ne・Vd・Pi・ηv/(60×2R・Ti) (3)
ここで、Ne:エンジン回転数(rpm)
Vd:エンジンの押しのけ容積
Pi:インマニ圧
ηv:エンジンの体積効率
R :気体定数
Ti:インマニ温度
なお、上記の体積効率ηvは、例えば、実験結果に基づいてあらかじめ設定したマップから、エンジン回転数Neおよびインマニ圧Piに応じてマップ値を求めるとともに、求めたマップ値を実インマニ温度Tiに応じて補正することによって求められる。
The total gas flow Fi in the equation (2) is calculated by the following equation (3) from a well-known speed density equation.
Fi = Ne · Vd · Pi · ηv / (60 × 2R · Ti) (3)
Where Ne: engine speed (rpm)
Vd: Engine displacement
Pi: In manifold pressure
ηv: Volumetric efficiency of the engine
R: Gas constant
Ti: Intake manifold temperature Note that the volume efficiency ηv is obtained, for example, from a map set in advance based on the experimental result, in accordance with the engine speed Ne and the intake manifold pressure Pi, and the obtained map value is obtained from the actual intake manifold. It is calculated | required by correct | amending according to temperature Ti.

一方、吸気マニホルド4aに対して、一定温度の条件の下で、理想気体の法則を適用すると、還流排ガス流量Fe、吸入空気量Faおよび総ガス流量Fiの間には、次式(4)の関係が成立する。
dPi/dt=(R・Ti/Vi)・(Fe+Fa−Fi) (4)
ここで、Vi:インマニ容積
式(4)を還流排ガス流量Feについて解くと、次式(5)が得られる。
Fe=(dPi/dt)・Vi/(R・Ti)−Fa+Fi (5)
On the other hand, when the ideal gas law is applied to the intake manifold 4a under a constant temperature condition, the following equation (4) is established between the recirculated exhaust gas flow rate Fe, the intake air amount Fa, and the total gas flow rate Fi. A relationship is established.
dPi / dt = (R · Ti / Vi) · (Fe + Fa−Fi) (4)
When Vi: intake manifold volume equation (4) is solved for the recirculated exhaust gas flow rate Fe, the following equation (5) is obtained.
Fe = (dPi / dt) · Vi / (R · Ti) −Fa + Fi (5)

また、ラプラス変換演算子sを導入し(dPi/dt=sPi)、式(5)を書き換えると、次式(6)が得られる。
Fe=s・Pi・Vi/(R・Ti)−Fa+Fi (6)
一方、還流排ガス流量の予測値Fe_hatは、EGR装置14の応答の一次遅れを考慮すると、次式(7)で表される。
Fe_hat=(1/(τs+1))・Fe (7)
Further, when the Laplace transform operator s is introduced (dPi / dt = sPi) and the equation (5) is rewritten, the following equation (6) is obtained.
Fe = s · Pi · Vi / (R · Ti) −Fa + Fi (6)
On the other hand, the predicted value Fe_hat of the recirculated exhaust gas flow rate is expressed by the following equation (7) in consideration of the first-order lag of the response of the EGR device 14.
Fe_hat = (1 / (τs + 1)) · Fe (7)

したがって、還流排ガス流量の予測値Fe_hatは、両式(6)(7)から、次式(8)のように求められる。
Fe_hat=(s・Pi/(τs+1))(Vi/(R・Ti))
−(1/(τs+1))・Fa+(1/(τs+1))・Fi
(8)
ここで、s・Pi/(τs+1)は、数値差分フィルタs/(τs+1)を用いたdPi/dtの近似値であり、時定数τは、実験結果に基づいて決定される。
Therefore, the predicted value Fe_hat of the recirculated exhaust gas flow rate is obtained from both equations (6) and (7) as in the following equation (8).
Fe_hat = (s · Pi / (τs + 1)) (Vi / (R · Ti))
− (1 / (τs + 1)) · Fa + (1 / (τs + 1)) · Fi
(8)
Here, s · Pi / (τs + 1) is an approximate value of dPi / dt using the numerical difference filter s / (τs + 1), and the time constant τ is determined based on experimental results.

したがって、式(3)で算出した総ガス流量Fiと、式(8)で算出した過渡状態での還流排ガス流量の予測値Fe_hatを、式(2)に代入することによって、過渡状態でのEGR率Riを算出することができる。
また、定常状態では、次式(9)が成立するので、
Fe_hat=Fe=Fi−Fa (9)
この式(9)と式(2)から、定常状態でのEGR率Riは次式(10)によって算出される。
Ri=(Fi−Fa)/Fi (10)
Therefore, by substituting the total gas flow rate Fi calculated by the equation (3) and the predicted value Fe_hat of the recirculated exhaust gas flow rate in the transient state calculated by the equation (8) into the equation (2), the EGR in the transient state is obtained. The rate Ri can be calculated.
In the steady state, the following equation (9) holds, so
Fe_hat = Fe = Fi-Fa (9)
From the equations (9) and (2), the EGR rate Ri in the steady state is calculated by the following equation (10).
Ri = (Fi−Fa) / Fi (10)

B.気筒内酸素量mo2の推定
次いで、上記のようにして求めた総ガス流量FiおよびEGR率Riなどに基づいて、気筒内酸素量mo2を推定する。
B. Estimation of In-Cylinder Oxygen Mo2 Next, the in-cylinder oxygen amount mo2 is estimated based on the total gas flow rate Fi and the EGR rate Ri obtained as described above.

気筒内酸素量mo2の基本式は、次式(11)で与えられる。
mo2=ma×φ(O2)a +me×φ(O2)e (11)
ここで、ma :各燃焼サイクルにおいて気筒に流入する空気量
me :各燃焼サイクルにおいて気筒に流入する還流排ガス量
φ(O2)a :空気中の酸素濃度(定数)
φ(O2)e :還流排ガス中の酸素濃度
式(11)の空気量ma および還流排ガス量me は、総ガス流量FiおよびEGR率Riから、それぞれ次式(12)(13)によって算出される。
ma = (Fi×(1−Ri)×60×2)/(Ne×ncyl) (12)
me = (Fi×Ri×60×2)/(Ne×ncyl) (13)
ここで、ncyl:エンジンの気筒数
The basic equation of the cylinder oxygen amount mo2 is given by the following equation (11).
mo2 = ma × φ (O2) a + me × φ (O2) e (11)
Where ma is the amount of air flowing into the cylinder in each combustion cycle
me: Amount of recirculated exhaust gas flowing into the cylinder in each combustion cycle
φ (O2) a: oxygen concentration in air (constant)
φ (O2) e: Oxygen concentration in the recirculated exhaust gas The air amount ma and the recirculated exhaust gas amount me in the equation (11) are calculated from the total gas flow rate Fi and the EGR rate Ri by the following equations (12) and (13), respectively. .
ma = (Fi × (1-Ri) × 60 × 2) / (Ne × ncyl) (12)
me = (Fi × Ri × 60 × 2) / (Ne × ncyl) (13)
Where ncyl: number of engine cylinders

また、還流排ガス中の酸素濃度φ(O2)e は、EGR装置14の応答遅れを考慮すると次式(14)によって算出できる。

Figure 2006200460
ここで、iは燃焼サイクルを表す添え字であり(累乗を意味するものではない)、a0,a1,a2,…anは、実験結果に基づき、エンジン3の運転状態および排気マニホルドの容積によって決定される重み係数である。 Further, the oxygen concentration φ (O2) e in the recirculated exhaust gas can be calculated by the following equation (14) in consideration of the response delay of the EGR device 14.
Figure 2006200460
Here, i is a subscript representing the combustion cycle (not meaning a power), and a0, a1, a2,..., An are determined by the operating state of the engine 3 and the volume of the exhaust manifold based on the experimental results. Weighting factor.

また、φ(O2)exh は、排ガス中の酸素濃度であり、リーン運転においては、次式(15)によって算出される。

Figure 2006200460
ここで、mf は気筒に噴射される燃料量、Lstは、燃料のタイプに応じて決定される理論空燃比である。すなわち、式(15)中のmf×Lst×φ(O2)a は、リーン運転において噴射燃料量mf の完全燃焼により消費される酸素量に相当する。なお、式(14)(15)によれば、還流排ガス中の酸素濃度φ(O2)e を算出するには、排ガス中の酸素濃度φ(O2)exh の初期値が必要である。このφ(O2)exh の初期値は、例えば、エンジン3の始動直後にEGR動作を停止するという条件が設定されている場合には、φ(O2)e =0であることから、そのときの吸入空気量Faおよび燃料噴射量mf などに応じ、式(14)などを用いて求めることができる。 Φ (O2) exh is the oxygen concentration in the exhaust gas, and is calculated by the following equation (15) in the lean operation.
Figure 2006200460
Here, mf is the amount of fuel injected into the cylinder, and Lst is the stoichiometric air-fuel ratio determined according to the type of fuel. That is, mf × Lst × φ (O2) a in the equation (15) corresponds to the amount of oxygen consumed by complete combustion of the injected fuel amount mf in the lean operation. According to the equations (14) and (15), in order to calculate the oxygen concentration φ (O2) e in the recirculated exhaust gas, the initial value of the oxygen concentration φ (O2) exh in the exhaust gas is required. The initial value of φ (O2) exh is, for example, φ (O2) e = 0 when the condition that the EGR operation is stopped immediately after the start of the engine 3 is set. Depending on the intake air amount Fa, the fuel injection amount mf and the like, it can be obtained using the equation (14).

したがって、式(14)で算出した還流排ガス中の酸素濃度φ(O2)e と、式(12)(13)で算出した空気量ma および還流排ガス量me を、式(11)に代入することによって、リーン運転での気筒内酸素量mo2を算出することができる。また、リッチ運転では、気筒内酸素が燃焼によって完全に消費されることで、φ(O2)exh =0になるので、これを式(14)に代入することによって、還流排ガス中の酸素濃度φ(O2)e が求められ、気筒内酸素量mo2を算出することができる。   Therefore, the oxygen concentration φ (O2) e in the recirculated exhaust gas calculated by the equation (14), the air amount ma and the recirculated exhaust gas amount me calculated by the equations (12) and (13) are substituted into the equation (11). Thus, the in-cylinder oxygen amount mo2 in the lean operation can be calculated. Further, in the rich operation, since the in-cylinder oxygen is completely consumed by the combustion, φ (O2) exh = 0, so that by substituting this into the equation (14), the oxygen concentration φ in the recirculated exhaust gas (O2) e is obtained, and the in-cylinder oxygen amount mo2 can be calculated.

図4に戻り、前記ステップ32に続くステップ33では、気筒内不活性ガス量mint を算出する。前述したように、気筒内不活性ガスは、気筒3a内に存在するガスのうちの、酸素以外のガスであるので、気筒内不活性ガス量mint は、ステップ32で求めた気筒内酸素量mo2を用いて、次式(16)によって算出される。
mint =(ma+me)−mo2 (16)
Returning to FIG. 4, in step 33 following step 32, an in-cylinder inert gas amount mint is calculated. As described above, since the in-cylinder inert gas is a gas other than oxygen among the gases present in the cylinder 3a, the in-cylinder inert gas amount mint is the in-cylinder oxygen amount mo2 obtained in step 32. Is calculated by the following equation (16).
mint = (ma + me) -mo2 (16)

次いで、ステップ31〜33でそれぞれ推定した実インマニ温度Ti、気筒内酸素量mo2および気筒内不活性ガス量mint を1組として、気筒内状態パラメータ[O2]を決定し(ステップ34)、本処理を終了する。   Next, the in-cylinder state parameter [O2] is determined by setting the actual intake manifold temperature Ti, the in-cylinder oxygen amount mo2 and the in-cylinder inert gas amount mint estimated in steps 31 to 33, respectively (step 34), and the present process. Exit.

以上から明らかなように、この気筒内状態パラメータ[O2〕の算出処理では、エアフローセンサ27で検出された吸入空気量Fa、吸気圧センサ24で検出されたインマニ圧Pi、吸気温センサ25で検出されたインマニ温度Ts、およびEGRモデルを用い、過渡状態を含むすべての運転状態において、気筒内酸素量mo2、気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiが推定される。そして、これらの3つのパラメータを1組として、燃料の噴射直前における気筒3a内の状態を表す気筒内状態パラメータ[O2]が決定される。なお、気筒内状態パラメータ[O2]は、上記のように燃料の噴射直前における気筒3a内の状態を表すので、これにエンジン水温Twを含めてもよい。   As is apparent from the above, in the calculation process of the in-cylinder state parameter [O2], the intake air amount Fa detected by the airflow sensor 27, the intake manifold pressure Pi detected by the intake pressure sensor 24, and the intake air temperature sensor 25 are detected. The in-cylinder oxygen amount mo2, the in-cylinder inert gas amount mint, and the actual intake manifold temperature Ti are estimated in all operating states including a transient state using the intake manifold temperature Ts and the EGR model. Then, with these three parameters as one set, an in-cylinder state parameter [O2] representing a state in the cylinder 3a immediately before fuel injection is determined. Since the in-cylinder state parameter [O2] represents the state in the cylinder 3a immediately before fuel injection as described above, the engine water temperature Tw may be included in this.

図5は、Q*i,jマップの設定処理を示している。このQ*i,jマップは、定常状態において、気筒内状態パラメータ[O2〕およびエンジン回転数Neに対して最適な燃料噴射パラメータQ*i,jを定めるものである。燃料噴射パラメータQ*i,jは、インジェクタ6の噴射圧力Pe、噴射時間Deおよび噴射タイミングTMeの計3つの制御パラメータで構成され、添え字iは、エンジン回転数Neの番地を、添え字jは、気筒内状態パラメータ[O2]の番地を、それぞれ表す。この設定処理は、ベンチ試験(ベンチマーク試験)においてあらかじめ実行される。   FIG. 5 shows the Q * i, j map setting process. This Q * i, j map defines the optimum fuel injection parameter Q * i, j for the in-cylinder state parameter [O2] and the engine speed Ne in a steady state. The fuel injection parameter Q * i, j is composed of a total of three control parameters: the injection pressure Pe of the injector 6, the injection time De, and the injection timing TMe. The subscript i indicates the address of the engine speed Ne and the subscript j. Represents the address of the in-cylinder state parameter [O2]. This setting process is executed in advance in a bench test (benchmark test).

この処理ではまず、アクセル開度AP、ベーン開度制御弁12の開度やEGR弁開度LEなどをある一定の値に制御しながら、燃料噴射パラメータQ* 、すなわち噴射圧力Pe、噴射時間Teおよび噴射タイミングTMeをチューニング(調整)する(ステップ41)。次いで、この状態で、燃焼状態が最適になったか否かを判定する(ステップ42)。この判定は、適当な所定の1つの基準、例えば、NOxの排出量が最小(NOxベスト)、燃費が最良(燃費ベスト)、または出力が最大(出力ベスト)などの基準に基づいて行われる。あるいは、これらの複数の基準ごとに、判定を行い、燃料噴射パラメータQ* を設定してもよい。   In this process, first, the fuel injection parameter Q *, that is, the injection pressure Pe, the injection time Te, is controlled while the accelerator opening AP, the opening of the vane opening control valve 12, the EGR valve opening LE, and the like are controlled to certain values. Then, the injection timing TMe is tuned (adjusted) (step 41). Next, in this state, it is determined whether or not the combustion state has become optimal (step 42). This determination is performed based on one appropriate predetermined criterion, for example, a criterion such as a minimum NOx emission amount (NOx best), a best fuel consumption (fuel consumption best), or a maximum output (output best). Alternatively, determination may be made for each of the plurality of criteria, and the fuel injection parameter Q * may be set.

ステップ42の答がYESで、燃焼状態が最適になったときには、そのときのエンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメータ[O2]に対応する番地i,jに対し、そのときの燃料噴射パラメータQ* を割り当てる(ステップ43)。これにより、1つの燃料噴射パラメータQ*i,jが決定される。次いで、Ne値および[O2]値のすべての番地i、jに対して、燃料噴射パラメータQ* の割当てが完了したか否かを判別する(ステップ44)。この答がNOのときには、前記ステップ41〜43を繰り返し、YESになったときに、本処理を終了する。これにより、図6に示すようなQ*i,jマップが得られ、エンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメータ[O2]に対応するすべての番地i,jに対して、燃料噴射パラメータQ*i,jが割り当てられる。   When the answer to step 42 is YES and the combustion state becomes optimum, the fuel injection parameter Q * at that time is assigned to the addresses i and j corresponding to the engine speed Ne and the in-cylinder state parameter [O2] at that time. Is assigned (step 43). Thereby, one fuel injection parameter Q * i, j is determined. Next, it is determined whether or not the assignment of the fuel injection parameter Q * has been completed for all addresses i and j of the Ne value and the [O2] value (step 44). When the answer is NO, the steps 41 to 43 are repeated, and when the answer is YES, the process is terminated. As a result, a Q * i, j map as shown in FIG. 6 is obtained, and the fuel injection parameter Q * i for all addresses i, j corresponding to the engine speed Ne and the in-cylinder state parameter [O2]. , j is assigned.

したがって、エンジン3の定常状態において、エンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメータ[O2]が求まれば、それらの番地i,jに対応する燃料噴射パラメータQ*i,jをQ*i,jマップから読み出すことによって、そのときの燃焼室3dの状態に最適な燃料噴射パラメータQ* 、すなわち噴射圧力Pe、噴射時間Teおよび噴射タイミングTMeを、一義的に決定することができる。また、燃料噴射パラメータQ*i,jが決定されると、そのときに得られるエンジン3のトルクTも、番地i,jを関数として一義的に決定され、決定したトルクTi,jは、Ti,jマップとして記憶される(図示せず)。   Accordingly, if the engine speed Ne and the in-cylinder state parameter [O2] are obtained in the steady state of the engine 3, the fuel injection parameters Q * i, j corresponding to the addresses i, j are represented in the Q * i, j map. By reading from, it is possible to uniquely determine the optimum fuel injection parameter Q * for the state of the combustion chamber 3d at that time, that is, the injection pressure Pe, the injection time Te, and the injection timing TMe. When the fuel injection parameter Q * i, j is determined, the torque T of the engine 3 obtained at that time is also uniquely determined using the address i, j as a function. The determined torque Ti, j is Ti , j map (not shown).

なお、これらのQ*i,jマップおよびTi,jマップは、リーン運転用およびリッチ運転用に別個に設定されている。リーン運転用マップとしては、通常リーン運転用マップ及びPM(Particulate Matter)酸化用マップが設けられ、リッチ運転用マップとしては、NOx還元用マップおよびイオウ脱離用マップが設けられている。通常リーン運転用マップ、PM酸化用マップ、NOx還元用マップ、及びイオウ脱離用マップを用いたときの設定空燃比をそれぞれA/FLN,A/FLP,A/FRN,及びA/FRSとすると、A/FLN>A/FLP>A/FRS>A/FRNなる関係が成立する。   The Q * i, j map and Ti, j map are set separately for lean operation and rich operation. As the lean operation map, a normal lean operation map and a PM (Particulate Matter) oxidation map are provided, and as the rich operation map, a NOx reduction map and a sulfur desorption map are provided. The set air-fuel ratio when using the normal lean operation map, PM oxidation map, NOx reduction map, and sulfur desorption map are A / FLN, A / FLP, A / FRN, and A / FRS, respectively. A / FLN> A / FLP> A / FRS> A / FRN is established.

また、本実施形態のエンジン制御では、燃料噴射パラメータQ* およびトルクTを含むすべての制御パラメータが、番地i,jを基準として設定される。
上記のQ*i,jマップは、エンジン3が定常状態にあることを前提にして設定されている。これは、定常状態であれば、ある気筒内酸素量mo2に対して、気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiがほぼ一義的に定まり、三者間の関係がほぼ一定とみなせることから、これらの三者によって代表される燃焼室3dの状態に対し、最適な燃料噴射パラメータQ* もまた一義的に定まるためである。しかし、過渡状態では、上記の三者の関係が定常状態からずれてしまい、例えば気筒内酸素量mo2が同じであっても、気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiが定常状態とは異なる値になるため、それに応じて燃焼状態も変化する。このため、過渡状態では、Q*i,jマップを参照しただけでは、最適な燃料噴射パラメータQ* を求めることができない。
Further, in the engine control of the present embodiment, all control parameters including the fuel injection parameter Q * and the torque T are set based on the addresses i and j.
The above Q * i, j map is set on the assumption that the engine 3 is in a steady state. This is because, in a steady state, the in-cylinder inert gas amount mint and the actual intake manifold temperature Ti are determined almost uniquely with respect to a certain cylinder oxygen amount mo2, and the relationship between the three components can be regarded as substantially constant. This is because the optimum fuel injection parameter Q * is also uniquely determined for the state of the combustion chamber 3d represented by these three parties. However, in the transient state, the relationship between the three is shifted from the steady state. For example, even if the in-cylinder oxygen amount mo2 is the same, the in-cylinder inert gas amount mint and the actual intake manifold temperature Ti are not in the steady state. Since the values are different, the combustion state changes accordingly. For this reason, in the transient state, the optimum fuel injection parameter Q * cannot be obtained only by referring to the Q * i, j map.

以上の観点から、過渡状態において気筒内不活性ガス量mint および実インマニ温度Tiのずれが燃焼に及ぼす影響を定量的に補償するために、次式(17)で表される補正関数f(α,β)i,jが導入される。
f(α,β)i,j=(mint /mints)-αi,j×(Ti/Tis)βi,j (17)
この補正関数f(α,β)i,jは、次式(18)に示すように、過渡状態における実際の気筒内酸素量mo2を、それと等価な定常状態での気筒内酸素量(以下「仮想気筒内酸素量」という)mo2v に変換するのに用いられる。
mo2v =mo2×f(α,β)i,j (18)
From the above viewpoint, in order to quantitatively compensate for the influence of the deviation of the in-cylinder inert gas amount mint and the actual intake manifold temperature Ti on the combustion in the transient state, the correction function f (α , Β) i, j is introduced.
f (α, β) i, j = (mint / mints) −αi, j × (Ti / Tis) βi , j (17)
This correction function f (α, β) i, j is obtained by changing the actual in-cylinder oxygen amount mo2 in the transient state to the in-cylinder oxygen amount (hereinafter ““ It is used to convert to mo2v (referred to as “virtual cylinder oxygen amount”).
mo2v = mo2 × f (α, β) i, j (18)

式(17)中のmints、Tis はそれぞれ、定常状態における気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。また、同式中のmint 、Tiはそれぞれ、前述した手法によって算出される過渡状態での実際の気筒内不活性ガス量および実インマニ温度である。すなわち、同式中の第1項(mint /mints)-αi,jは、気筒内不活性ガス量のずれによる燃焼への影響度合を表し、第2項(Ti/Tis)βi,jは、インマニ温度のずれによる燃焼への影響度合を表す。また、αi,j、βi,jは、これらの影響度合を規定するための補正変数である。このため、EGR装置14が停止されていて、気筒内不活性ガス量の影響がないとみなされる運転状態では、補正変数αは値0に設定される。 In the equation (17), mints and Tis are the in-cylinder inert gas amount and the actual intake manifold temperature in the steady state, respectively. Further, mint and Ti in the equation are the actual in-cylinder inert gas amount and the actual intake manifold temperature in the transient state calculated by the above-described method, respectively. That is, the first term (mint / mints) -αi, j in the equation represents the degree of influence on combustion due to the displacement of the in-cylinder inert gas amount, and the second term (Ti / Tis) βi, j is This represents the degree of influence on combustion due to the intake manifold temperature difference. Αi, j and βi, j are correction variables for defining the degree of influence. For this reason, the correction variable α is set to the value 0 in the operating state in which the EGR device 14 is stopped and it is considered that there is no influence of the in-cylinder inert gas amount.

図7は、補正変数αi,j、βi,jの設定処理を示している。この処理は、前述したQ*i,jマップの設定処理と同様、ベンチ試験においてあらかじめ実行される。この処理ではまず、エンジン3が一定のエンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメータ[O2]で運転されている定常状態から、ベーン開度制御弁12の開度および/またはEGR弁開度LEを変化させることによって、気筒内不活性ガス量mint のみをオフセットする(少量変化させる)(ステップ61)。次いで、このオフセット状態で、燃料噴射パラメータQ* をチューニングしながら、燃焼状態が最適になったか否かを判定する(ステップ62)。この判定は、Q*i,jマップの設定に用いた前述した基準と同じ基準に基づいて行われる。   FIG. 7 shows a process for setting correction variables αi, j, βi, j. This process is executed in advance in the bench test in the same manner as the Q * i, j map setting process described above. In this process, first, the opening degree of the vane opening degree control valve 12 and / or the EGR valve opening degree LE is changed from a steady state in which the engine 3 is operated at a constant engine speed Ne and in-cylinder state parameter [O2]. By doing so, only the in-cylinder inert gas amount mint is offset (a small amount is changed) (step 61). Next, in this offset state, it is determined whether or not the combustion state has become optimal while tuning the fuel injection parameter Q * (step 62). This determination is made based on the same standard as the above-described standard used for setting the Q * i, j map.

ステップ62の答がYESになったときには、そのときの燃焼状態に最も近い定常状態での燃焼状態を、仮想燃焼状態として、Q*i,jマップから選択する(ステップ63)。この選択は、例えば、Q*i,jマップ上の各番地i,jにおける熱発生率の近似関数をあらかじめ求めておき、オフセット前のエンジン回転数Neに相当する番地i上において、そのときの熱発生率に最も近い近似関数値を有する番地jを特定することによって行われる。このように番地i,jが特定されると、気筒内状態パラメータ[O2〕もまた特定され、そのうちの気筒内酸素量mo2が仮想気筒内酸素量mo2v として求められる。   When the answer to step 62 is YES, the combustion state in the steady state closest to the combustion state at that time is selected as the virtual combustion state from the Q * i, j map (step 63). For this selection, for example, an approximate function of the heat generation rate at each address i, j on the Q * i, j map is obtained in advance, and the address i at that time corresponds to the engine speed Ne before the offset. This is done by specifying an address j having an approximate function value closest to the heat release rate. When the addresses i and j are specified in this manner, the in-cylinder state parameter [O2] is also specified, and the in-cylinder oxygen amount mo2 is obtained as the virtual cylinder oxygen amount mo2v.

次いで、補正変数αを算出する(ステップ64)。この算出は次のようにして行われる。すなわち、上記ステップ63で仮想気筒内酸素量mo2vが求められ、気筒内酸素量mo2は、式(11)から随時、算出されるので、これらのmo2v 値、mo2値と式(18)から、次式(19)によって、補正関数f(α,β)i,jが求められる。
f(α,β)i,j =mo2v/mo2 (19)
Next, a correction variable α is calculated (step 64). This calculation is performed as follows. That is, in step 63, the virtual cylinder oxygen amount mo2v is obtained, and the cylinder oxygen amount mo2 is calculated from Equation (11) at any time. Therefore, from these mo2v value, mo2 value and Equation (18), The correction function f (α, β) i, j is obtained by the equation (19).
f (α, β) i, j = mo2v / mo2 (19)

一方、式(17)中の気筒内不活性ガス量mint は式(16)によって随時、算出され、定常状態での気筒内不活性ガス量mintsは、オフセット前の番地jから既知であるとともに、Ti/Tis は、実インマニ温度Tiをオフセットしていないことから、値1に等しい。したがって、次式(20)が成立し、この式(20)と式(19)から、補正変数αを算出することができる。
f(α,β)i,j =(mint /mints)-αi,j (20)
On the other hand, the in-cylinder inert gas amount mint in the equation (17) is calculated at any time by the equation (16), and the in-cylinder inert gas amount mints in the steady state is known from the address j before the offset, Ti / Tis is equal to the value 1 because the actual intake manifold temperature Ti is not offset. Therefore, the following equation (20) is established, and the correction variable α can be calculated from the equations (20) and (19).
f (α, β) i, j = (mint / mints) −αi, j (20)

次いで、補正変数βを算出するために、定常状態から、べーン開度制御弁12の開度および/またはEGR弁開度LEを変化させることによって、実インマニ温度Tiのみをオフセットする(ステップ65)。以下、ステップ62〜64と同様にして、燃焼状態が最適になったか否かを判定し(ステップ66)、最適な燃焼状態に最も近い定常での燃焼状態を仮想燃焼状態として選択する(ステップ67)とともに、選択した仮想燃焼状態と式(17)(18)から、補正変数βを算出する(ステップ68)。以上により、1つ番地i,jに対して補正関数α、βが設定される。次いで、Ne値および[O2]値のすべての番地i,jに対して、補正関数α、βの算出が完了したか否かを判別する(ステップ69)。この答がNOのときには、前記ステップ61〜68を繰り返し、YESになったときに、本処理を終了する。以上により、すべての番地i,jに対して、補正変数α、βが設定され、αi,jマップおよびβi,jマップとして記憶されるとともに、αi,jおよびβi,jに応じて補正関数f(α,β)i,jが設定される。   Subsequently, in order to calculate the correction variable β, only the actual intake manifold temperature Ti is offset by changing the opening degree of the vane opening degree control valve 12 and / or the EGR valve opening degree LE from the steady state (step) 65). Thereafter, similarly to steps 62 to 64, it is determined whether or not the combustion state has become optimum (step 66), and the steady state combustion state closest to the optimum combustion state is selected as the virtual combustion state (step 67). ) And a correction variable β is calculated from the selected virtual combustion state and equations (17) and (18) (step 68). As described above, the correction functions α and β are set for one address i and j. Next, it is determined whether or not the calculation of the correction functions α and β is completed for all addresses i and j of the Ne value and the [O2] value (step 69). When this answer is NO, the above steps 61 to 68 are repeated, and when it becomes YES, this processing is ended. As described above, the correction variables α and β are set for all the addresses i and j, stored as α i, j map and β i, j map, and the correction function f according to α i, j and β i, j. (Α, β) i, j is set.

図8は、以上のようにしてあらかじめ設定したQ*i,jマップおよび補正関数f(α,β)i,jを用い、エンジン3の運転中において燃料噴射パラメータQ*i,jを決定する処理を示す。まず、エンジン3が過渡状態にあるか否かを判別する(ステップ71)。この答がNOで、エンジン3が定常状態のときには、前述した手法によって、定常状態での気筒内状態パラメータ[O2]s (気筒内酸素量mo2s 、気筒内不活性ガス量mints および実インマニ温度Tis)を算出する(ステップ72)。次に、エンジン回転数Neおよび算出した気筒内状態パラメータ[O2]に対応する番地i,jを決定する(ステップ73)とともに、決定した番地i,jに対応する燃料噴射パラメータQ*i,jをQ*i,jマップから読み出し、燃料噴射パラメータQ* として決定する(ステップ74)。また、αi,jマップおよびβi,jを検索することによって、補正変数α、βを決定する(ステップ75)。   FIG. 8 determines the fuel injection parameter Q * i, j during operation of the engine 3 using the Q * i, j map and the correction function f (α, β) i, j set in advance as described above. Indicates processing. First, it is determined whether or not the engine 3 is in a transient state (step 71). When the answer is NO and the engine 3 is in a steady state, the above-described method is applied to the in-cylinder state parameter [O2] s (in-cylinder oxygen amount mo2s, in-cylinder inert gas amount mints, and actual intake manifold temperature Tis in the steady state. ) Is calculated (step 72). Next, an address i, j corresponding to the engine speed Ne and the calculated in-cylinder state parameter [O2] is determined (step 73), and a fuel injection parameter Q * i, j corresponding to the determined address i, j is determined. Is determined from the Q * i, j map and determined as the fuel injection parameter Q * (step 74). Further, the correction variables α and β are determined by searching the α i, j map and β i, j (step 75).

前記ステップ71の答がYESで、エンジン3が定常状態から過渡状態に移行したときには、過渡状態での気筒内状態パラメータ[O2](mo2、mint およびTi)を算出する(ステップ76)。そして、算出したmint 値およびTi値、ステップ72で算出した定常状態でのmints値およびTis値と、ステップ75で決定した補正変数α、βを用い、式(17)によって、補正関数f(α,β)を算出する(ステップ77)。次いで、算出した補正関数f(α,β)と、ステップ76で算出した気筒内酸素量mo2を用い、式(18)によって、仮想気筒内酸素量mo2v を算出する(ステップ78)。これにより、過渡状態における実際の気筒内酸素量mo2が、定常状態における仮想気筒内酸素量mo2v に変換される。次に、同じ番地i上において、算出した仮想気筒内酸素量mo2v に最も近い気筒内酸素量mo2を含む気筒内状態パラメータ[O2]を選択し、それに対応する番地i,jを仮想番地i,jvとして決定する(ステップ79)。これにより、図9に示すように、Q*i,jマップ上において、気筒内状態パラメータ[O2]の番地が定常状態のjから仮想番地jvに移動する。そして、仮想番地i,jvに対応する燃料噴射パラメータQ*i,jv をQ*i,jマップから読み出し、燃料噴射パラメータQ* として決定する(ステップ80)。また、燃料噴射パラメータQ*i,jv が決定されると、そのときに得られるエンジン3のトルクTは、Ti,j マップから、T=Ti,jvとして決定することができる。   If the answer to step 71 is YES and the engine 3 shifts from the steady state to the transient state, the in-cylinder state parameters [O2] (mo2, mint and Ti) in the transient state are calculated (step 76). Then, using the calculated mint value and Ti value, the mints value and Tis value in the steady state calculated in step 72, and the correction variables α and β determined in step 75, the correction function f (α , Β) is calculated (step 77). Next, using the calculated correction function f (α, β) and the in-cylinder oxygen amount mo2 calculated in step 76, the virtual in-cylinder oxygen amount mo2v is calculated by equation (18) (step 78). As a result, the actual in-cylinder oxygen amount mo2 in the transient state is converted into the virtual in-cylinder oxygen amount mo2v in the steady state. Next, on the same address i, an in-cylinder state parameter [O2] including the in-cylinder oxygen amount mo2 closest to the calculated virtual cylinder oxygen amount mo2v is selected, and the corresponding addresses i and j are assigned to the virtual address i, It is determined as jv (step 79). As a result, as shown in FIG. 9, the address of the in-cylinder state parameter [O2] moves from j in the steady state to the virtual address jv on the Q * i, j map. Then, the fuel injection parameter Q * i, jv corresponding to the virtual address i, jv is read from the Q * i, j map and determined as the fuel injection parameter Q * (step 80). When the fuel injection parameter Q * i, jv is determined, the torque T of the engine 3 obtained at that time can be determined as T = Ti, jv from the Ti, j map.

次に、リーン運転からリッチ運転への移行時及びリッチ運転からリーン運転への移行時の燃料噴射制御(以下「空燃比切換制御」という)について説明する。
図10は、空燃比切換制御の状態遷移図であり、4つの状態、すなわちリーン状態、リーン→リッチ状態(リーン状態からリッチ状態への移行状態)、リッチ状態、及びリッチ→リーン状態(リッチ状態からリーン状態への移行状態)が示されている。リーン状態における目標気筒内酸素量mo2tgtL及びリッチ状態における目標気筒内酸素量mo2tgtRは、アクセル開度AP及びエンジン回転数Neに応じて、予めベンチ試験により設定されたマップを用いて決定される。
Next, fuel injection control (hereinafter referred to as “air-fuel ratio switching control”) at the time of transition from lean operation to rich operation and at the time of transition from rich operation to lean operation will be described.
FIG. 10 is a state transition diagram of the air-fuel ratio switching control. Four states, that is, a lean state, a lean → rich state (a transition state from a lean state to a rich state), a rich state, and a rich → lean state (rich state). Transition state from lean to lean). The target in-cylinder oxygen amount mo2tgtL in the lean state and the target in-cylinder oxygen amount mo2tgtR in the rich state are determined using a map set in advance by a bench test according to the accelerator opening AP and the engine speed Ne.

空燃比切換制御は、概略以下のように実行される。
1)通常運転中は、エンジン3はリーン状態で作動する。例えばNOx還元リッチ化が必要となり、リッチ要求(リッチ空燃比への空燃比切換指令)がなされると、エンジン燃焼モードは、リーン→リッチ状態へ移行する。
2)リーン→リッチ状態において、仮想気筒内酸素量mo2vがリッチ状態における目標気筒内酸素量mo2tgtRに達したとき、またはリッチ要求が無くなったとき、エンジン燃焼モードは、リッチ状態へ移行する。なお、リッチ要求がなくなったときは、リッチ状態から直ちにリッチ→リーン状態へ移行することになる。
3)リッチ状態において、リッチ要求がなくなった(リーン空燃比への空燃比切換指令がなされた)ときには、リッチ→リーン状態へ移行する。
4)リッチ→リーン状態において、仮想気筒内酸素量mo2vがリーン状態における目標気筒内酸素量mo2tgtLに達したとき、またはリッチ要求がなされたとき、エンジン燃焼モードは、リーン状態へ移行する。なお、リッチ要求がなされたときは、リーン状態から直ちにリーン→リッチ状態へ移行することになる。
The air-fuel ratio switching control is generally executed as follows.
1) During normal operation, the engine 3 operates in a lean state. For example, when NOx reduction enrichment is required and a rich request (air-fuel ratio switching command to rich air-fuel ratio) is made, the engine combustion mode shifts from lean to rich.
2) In the lean-to-rich state, when the virtual cylinder oxygen amount mo2v reaches the target cylinder oxygen amount mo2tgtR in the rich state, or when the rich request disappears, the engine combustion mode shifts to the rich state. When there is no rich request, the rich state is immediately shifted to the rich to lean state.
3) When the rich request is lost in the rich state (the air-fuel ratio switching command to the lean air-fuel ratio is issued), the rich-to-lean state is entered.
4) In the rich to lean state, when the virtual cylinder oxygen amount mo2v reaches the target cylinder oxygen amount mo2tgtL in the lean state, or when a rich request is made, the engine combustion mode shifts to the lean state. When a rich request is made, the lean state is immediately shifted to the lean to rich state.

リーン状態では、前述したリーン運転用のマップ、すなわち通常リーン運転用マップまたはPM酸化用マップを用いて、空気調節パラメータA*及び燃料噴射パラメータQ*が設定され、リッチ状態では、前述したリッチ運転用のマップ、すなわちNOx還元用マップまたはイオウ脱離用マップを用いて、空気調節パラメータA*及び燃料噴射パラメータQ*が設定される。   In the lean state, the air conditioning parameter A * and the fuel injection parameter Q * are set using the map for lean operation, that is, the map for normal lean operation or the map for PM oxidation. In the rich state, the rich operation described above is set. The air conditioning parameter A * and the fuel injection parameter Q * are set using the map for NOx, that is, the NOx reduction map or the sulfur desorption map.

リーン→リッチ状態またはリッチ→リーン状態では、空気調節パラメータA*は、移行先の対応するマップを用いて算出され、気筒内酸素量mo2が目標気筒内酸素量mo2tgtRまたはmo2tgtLとなるように、主としてスロットル弁開度THが制御される。また燃料噴射パラメータQ*は、以下のように算出される。まず下記式(21)により酸素比率Oxyratioを算出する。酸素比率Oxyratioは、空燃比移行の開始時は値「0」であり、移行完了時に値「1」をとるパラメータであり、空燃比切換の進行度合を示す。
Oxyratio=|mo2v−mo2ini|/|mo2ini−mo2tgt| (21)
ここで、mo2v:仮想気筒内酸素量
mo2ini:切換直前の気筒内酸素量
mo2tgt:切換後の目標気筒内酸素量
In the lean-> rich state or the rich-> lean state, the air conditioning parameter A * is calculated using the corresponding map of the transition destination, so that the in-cylinder oxygen amount mo2 becomes the target cylinder oxygen amount mo2tgtR or mo2tgtL. The throttle valve opening TH is controlled. The fuel injection parameter Q * is calculated as follows. First, the oxygen ratio Oxyratio is calculated by the following formula (21). The oxygen ratio Oxyratio is a parameter having a value “0” at the start of the air-fuel ratio transition and a value “1” at the completion of the transition, and indicates the progress of the air-fuel ratio switching.
Oxyratio = | mo2v−mo2ini | / | mo2ini−mo2tgt | (21)
Where mo2v: virtual cylinder oxygen amount
mo2ini: In-cylinder oxygen amount immediately before switching
mo2tgt: Target cylinder oxygen after switching

次に下記式(22)に示すように、酸素比率Oxyratioに応じて比率パラメータQ*ratioを算出する。関数f(Oxyratio)については、後述する。そして、比率パラメータQ*ratioを下記式(23)に適用して、燃料噴射パラメータQ*を算出する。
Q*ratio=f(Oxyratio) (22)
Q*=Q*ini+Q*ratio×(Q*tgt−Q*ini) (23)
ここで、Q*ini:切換直前の燃料噴射パラメータ
Q*tgt:切換後の目標燃料噴射パラメータ
Next, as shown in the following formula (22), a ratio parameter Q * ratio is calculated according to the oxygen ratio Oxyratio. The function f (Oxyratio) will be described later. Then, the ratio parameter Q * ratio is applied to the following equation (23) to calculate the fuel injection parameter Q *.
Q * ratio = f (Oxyratio) (22)
Q * = Q * ini + Q * ratio × (Q * tgt−Q * ini) (23)
Where Q * ini: fuel injection parameters just before switching
Q * tgt: Target fuel injection parameter after switching

式(21)〜(23)を用いた燃料噴射パラメータQ*の算出は、空燃比の切換に伴うトルクショックを抑制するために行うものである。以下、関数f(Oxyratio)をどのように設定すべきかについて説明する。   The calculation of the fuel injection parameter Q * using the equations (21) to (23) is performed in order to suppress the torque shock accompanying the switching of the air-fuel ratio. Hereinafter, how to set the function f (Oxyratio) will be described.

図11は、燃料供給量を一定とした状態で、吸入空気量を変化させることにより、空燃比を変化させたときの、エンジン出力トルクの変化を示す。空燃比A/F=28のリーン状態から吸入空気量を減少させて空燃比をリッチ化していくと、出力トルクは最初は小さい傾きで減少し、空燃比が低下するにしたがって、より大きな傾きで減少する。すなわち、この変化特性は、リニアなものではなく、指数関数的なものである。   FIG. 11 shows changes in engine output torque when the air-fuel ratio is changed by changing the intake air amount with the fuel supply amount kept constant. When the air-fuel ratio is enriched by reducing the intake air amount from the lean state of the air-fuel ratio A / F = 28, the output torque initially decreases with a small slope, and with a larger slope as the air-fuel ratio decreases. Decrease. That is, this change characteristic is not linear but exponential.

このように、空燃比の変化に対するトルクの変化は、非線形なものであるため、空燃比切換時においてトルク変化を抑制するためには、非線形な燃料量の調節が必要となる。すなわち、リーン状態からリッチ状態へ移行するときは、燃料量は最初は徐々に増加させ、空燃比が減少するほど、より迅速に増加させる必要がある一方、リッチ状態からリーン状態へ移行するときは、燃料量を最初は迅速に減少させ、空燃比が増加するにつれて、減少速度を低下させる必要がある。
なお、空燃比切換時においては、燃料噴射タイミングTMe及び燃料噴射圧力Peも同様に、非線形に変化させる必要がある。
Thus, since the change in torque with respect to the change in air-fuel ratio is non-linear, in order to suppress the change in torque at the time of air-fuel ratio switching, it is necessary to adjust the non-linear fuel amount. That is, when shifting from the lean state to the rich state, the fuel amount must be gradually increased at first, and as the air-fuel ratio decreases, it needs to be increased more quickly, while when shifting from the rich state to the lean state First, the amount of fuel must be decreased rapidly, and the rate of decrease must be reduced as the air-fuel ratio increases.
In addition, at the time of air-fuel ratio switching, the fuel injection timing TMe and the fuel injection pressure Pe must also be changed nonlinearly.

さらにリッチ状態における目標空燃比は、ほぼ固定されているが、リーン状態における空燃比は、エンジン負荷に応じて変化する。例えば、エンジン負荷が増加するほど、リーン状態の空燃比(リーン空燃比)が減少するように設定した場合、リーン→リッチ状態では、エンジン負荷が高くなるほど、より迅速に燃料量を増加させる必要がある。また、リッチ→リーン状態では、エンジン負荷が高くなるほど、より低い速度で燃料量を減少させる必要がある。   Further, the target air-fuel ratio in the rich state is substantially fixed, but the air-fuel ratio in the lean state changes according to the engine load. For example, if the lean air-fuel ratio (lean air-fuel ratio) is set to decrease as the engine load increases, it is necessary to increase the fuel amount more quickly as the engine load increases in the lean to rich state. is there. Further, in the rich-to-lean state, it is necessary to decrease the fuel amount at a lower speed as the engine load increases.

以上の検討結果から、本実施形態では、リーン→リッチ状態において、図12(a)に示すような関数f(Oxyratio)を用いて、比率パラメータQ*ratioを算出し、リッチ→リーン状態において、図12(b)に示すような関数f(Oxyratio)を用いて、比率パラメータQ*ratioを算出するようにしている。図12(a)の曲線L1がリーン空燃比が大きい時の特性を示し、曲線L2がリーン空燃比が小さい時の特性を示す。同様に、図12(b)の曲線L3がリーン空燃比が大きい時の特性を示し、曲線L4がリーン空燃比が小さい時の特性を示す。   From the above examination results, in the present embodiment, the ratio parameter Q * ratio is calculated using the function f (Oxyratio) as shown in FIG. 12A in the lean → rich state, and in the rich → lean state, The ratio parameter Q * ratio is calculated using a function f (Oxyratio) as shown in FIG. The curve L1 in FIG. 12A shows the characteristics when the lean air-fuel ratio is large, and the curve L2 shows the characteristics when the lean air-fuel ratio is small. Similarly, a curve L3 in FIG. 12B shows characteristics when the lean air-fuel ratio is large, and a curve L4 shows characteristics when the lean air-fuel ratio is small.

図12(a)に示す関数f(Oxyratio)は、酸素比率Oxyratioの変化に対する比率パラメータQ*ratioの変化率dQ*ratio/dOxyratio、すなわち曲線の傾きが、酸素比率Oxyratioが増加するほど徐々に増加するように設定されている。一方図12(b)に示す関数f(Oxyratio)は、変化率dQ*ratio/dOxyratioが、酸素比率Oxyratioが増加するほど徐々に減少するように設定されている。この傾向は、リーン空燃比が大きいほど顕著であり、小さい時は変化率dQ*ratio/dOxyratioの変化は少ない。リーン→リッチ状態(図12(a))では、曲線L1を基準とすると、リーン空燃比が小さくなるほど比率パラメータQ*ratioが増加するように補正することが望ましく、またリッチ→リーン状態(図12(b))では、曲線L3を基準とすると、リーン空燃比が小さくなるほど比率パラメータQ*ratioが減少するように補正することが望ましい。
図12に示す関数f(Oxyratio)を用いることにより、空燃比切換時におけるトルク変動を適切に抑制することができる。
The function f (Oxyratio) shown in FIG. 12 (a) increases gradually as the oxygen ratio Oxyratio increases, that is, the rate of change dQ * ratio / dOxyratio of the ratio parameter Q * ratio with respect to the change of the oxygen ratio Oxyratio. It is set to be. On the other hand, the function f (Oxyratio) shown in FIG. 12B is set such that the change rate dQ * ratio / dOxyratio gradually decreases as the oxygen ratio Oxyratio increases. This tendency becomes more prominent as the lean air-fuel ratio is larger, and when it is smaller, the change rate dQ * ratio / dOxyratio is less changed. In the lean → rich state (FIG. 12 (a)), it is desirable to correct the ratio parameter Q * ratio to increase as the lean air-fuel ratio becomes smaller with reference to the curve L1, and the rich → lean state (FIG. 12). In (b)), it is desirable that correction is performed so that the ratio parameter Q * ratio decreases as the lean air-fuel ratio decreases with the curve L3 as a reference.
By using the function f (Oxyratio) shown in FIG. 12, torque fluctuation at the time of air-fuel ratio switching can be appropriately suppressed.

次に図13及び図14を参照して、空燃比切換時においてECU2で実行される燃料噴射制御処理について説明する。
図13は、リーン運転からリッチ運転への移行時に実行される燃料噴射制御を含む制御処理を示している。この処理ではまず、今回がリーン運転からリッチ運転への切換指令がなされた直後のループであるか否かを判別する(ステップ91)。この答がYESで、切換指令直後のときには、リッチ運転における目標トルクTRi,j,目標燃料噴射パラメータQ*tgt,及び目標気筒内酸素量mo2tgtを決定する(ステップ92)。具体的には、リッチ運転用のTRi,jマップ上において、エンジン回転数Neが移行直前と同じで、かつ移行直前のトルクTLi,jvと同じトルク値を有する番地i,jを特定し、その番地i,jのトルクTRi,j(=TLi,jv)を移行先の目標トルクとして設定する。このように移行先の番地i,jが特定されると、それに応じて、目標燃料噴射パラメータQ*tgtや目標気筒内酸素量mo2tgt(mo2tgtR)も自動的に定まる。またこの時点の気筒内酸素量mo2及び燃料噴射パラメータQ*を、それぞれ初期気筒内酸素量mo2ini及び初期燃料噴射パラメータQ*iniとして記憶する。
Next, a fuel injection control process executed by the ECU 2 at the time of air-fuel ratio switching will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 shows a control process including fuel injection control that is executed at the time of transition from lean operation to rich operation. In this process, first, it is determined whether or not this time is a loop immediately after a command for switching from lean operation to rich operation is made (step 91). If the answer is YES and immediately after the switching command, the target torque TRi, j, the target fuel injection parameter Q * tgt, and the target in-cylinder oxygen amount mo2tgt in the rich operation are determined (step 92). Specifically, on the TRi, j map for rich operation, the address i, j having the same torque value as the torque TLi, jv immediately before the transition and the engine speed Ne is the same as that immediately before the transition is specified. The torque TRi, j (= TLi, jv) at the address i, j is set as the target torque at the transfer destination. When the destination addresses i and j are specified in this way, the target fuel injection parameter Q * tgt and the target cylinder oxygen amount mo2tgt (mo2tgtR) are automatically determined accordingly. Further, the in-cylinder oxygen amount mo2 and the fuel injection parameter Q * at this time are stored as the initial cylinder oxygen amount mo2ini and the initial fuel injection parameter Q * ini, respectively.

次いで、ステップ92で設定した目標トルクTRi,jに応じて、目標スロットル開度THRと、移行期間に相当するオーバーシュート時間TMosを設定する(ステップ93)とともに、これらの設定に従って、スロットル弁7を駆動した後、ステップ94に進む。また、前記ステップ91の答がNOで、移行直後でないときには、ステップ92、93をスキップし、ステップ94に進む。このステップ94では、実際の気筒内酸素量mo2を算出し、次いで、算出した気筒内酸素量mo2を補正関数f(α,β)i,jで補正することによって、仮想気筒内酸素量mo2v を算出する(ステップ95)。   Next, the target throttle opening degree THR and the overshoot time TMos corresponding to the transition period are set according to the target torque TRi, j set at step 92 (step 93), and the throttle valve 7 is set according to these settings. After driving, the process proceeds to step 94. If the answer to step 91 is NO, not immediately after the transition, steps 92 and 93 are skipped and the process proceeds to step 94. In this step 94, the actual in-cylinder oxygen amount mo2 is calculated, and then the calculated in-cylinder oxygen amount mo2 is corrected with the correction function f (α, β) i, j, thereby obtaining the virtual in-cylinder oxygen amount mo2v. Calculate (step 95).

次に、算出した仮想気筒内酸素量mo2v が、ステップ92で求めた目標気筒内酸素量mo2tgtにほぼ等しくなったか否かを判別する(ステップ96)。この答がNOのときには、リッチ運転への移行中であるので、仮想気筒内酸素量mo2v 、初期気筒内酸素量mo2ini、及び目標気筒内酸素量mo2tgtを前記式(21)に適用し、酸素比率Oxyratioを算出する(ステップ97)。ステップS98では、酸素比率Oxyratioに応じて図12(a)に示す曲線L1及びL2に対応するQ*ratioテーブルを検索し、エンジン負荷(具体的にはトルクTRi,jあるいはアクセル開度AP)に応じた補間演算を行って、比率パラメータQ*ratioを算出する。ステップS99では、比率パラメータQ*ratio、初期燃料噴射パラメータQ*ini及び目標燃料噴射パラメータQ*tgtを、前記式(23)に適用し、燃料噴射パラメータQ*を算出する。   Next, it is determined whether or not the calculated virtual cylinder oxygen amount mo2v is substantially equal to the target cylinder oxygen amount mo2tgt obtained in step 92 (step 96). When this answer is NO, since the shift to the rich operation is in progress, the virtual cylinder oxygen amount mo2v, the initial cylinder oxygen amount mo2ini, and the target cylinder oxygen amount mo2tgt are applied to the equation (21), and the oxygen ratio Oxyratio is calculated (step 97). In step S98, a Q * ratio table corresponding to the curves L1 and L2 shown in FIG. 12A is retrieved according to the oxygen ratio Oxyratio, and the engine load (specifically, torque TRi, j or accelerator pedal opening AP) is obtained. A corresponding interpolation calculation is performed to calculate the ratio parameter Q * ratio. In step S99, the ratio parameter Q * ratio, the initial fuel injection parameter Q * ini, and the target fuel injection parameter Q * tgt are applied to the equation (23) to calculate the fuel injection parameter Q *.

一方、ステップ96の答がYESで、仮想気筒内酸素量mo2v が目標気筒内酸素量mo2tgtにほぼ等しくなったときには、移行期間が終了したと判定して、スロットル開度THを目標スロットル開度THRに設定する(ステップ100)とともに、燃料噴射パラメータQ* を目標燃料噴射パラメータQ*tgtに設定する(ステップ101)。次いで、酸素濃度センサ29の検出結果に応じ、スロットル開度THや過給圧などを微調整することによって、空燃比A/Fを調整し(ステップ102)、本処理を終了する。移行期間が終了した後には、リッチ運転用のQ*Ri,jマップに基づき、エンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメー夕〔O2]に応じた定常状態での燃料噴射制御が行われる。   On the other hand, if the answer to step 96 is YES and the virtual cylinder oxygen amount mo2v is substantially equal to the target cylinder oxygen amount mo2tgt, it is determined that the transition period has ended, and the throttle opening TH is set to the target throttle opening THR. (Step 100) and the fuel injection parameter Q * is set to the target fuel injection parameter Q * tgt (step 101). Next, the air-fuel ratio A / F is adjusted by finely adjusting the throttle opening TH, the supercharging pressure, etc. according to the detection result of the oxygen concentration sensor 29 (step 102), and this process is terminated. After the transition period ends, fuel injection control in a steady state according to the engine speed Ne and the in-cylinder state parameter [O2] is performed based on the Q * Ri, j map for rich operation.

図14は、リッチ運転からリーン運転への移行時に実行される燃料噴射制御を含む制御処理を示している。この処理は、リッチ/リーンの関係が逆である以外は、図13の処理と基本的に同様にして行われる。すなわち、リッチ運転からリーン運転への切換指令直後に(ステップ111:YES)、リーン運転における目標トルクTLi,j,目標燃料噴射パラメータQ*tgt,及び目標気筒内酸素量mo2tgtを決定する(ステップ112)。具体的には、リーン運転用のTLi,jマップ上において、エンジン回転数Neが移行直前と同じで、かつ移行直前のトルクTRi,jvと同じトルク値を有する番地i,jを特定し、その番地i,jのトルクTLi,j(=TRi,jv)を移行先の目標トルクとして設定する。さらに移行先の番地i,jに応じて、目標燃料噴射パラメータQ*tgtや目標気筒内酸素量mo2tgt(mo2tgtL)を決定する。またこの時点の気筒内酸素量mo2及び燃料噴射パラメータQ*を、それぞれ初期気筒内酸素量mo2ini及び初期燃料噴射パラメータQ*iniとして記憶する。   FIG. 14 shows a control process including fuel injection control that is executed at the time of transition from rich operation to lean operation. This process is performed basically in the same manner as the process of FIG. 13 except that the rich / lean relationship is reversed. That is, immediately after the switching command from the rich operation to the lean operation (step 111: YES), the target torque TLi, j, the target fuel injection parameter Q * tgt, and the target in-cylinder oxygen amount mo2tgt in the lean operation are determined (step 112). ). Specifically, on the TLi, j map for lean operation, an address i, j having the same torque value as the torque TRi, jv immediately before the transition and the engine speed Ne is identified, The torque TLi, j (= TRi, jv) at the address i, j is set as the target torque at the transfer destination. Further, the target fuel injection parameter Q * tgt and the target cylinder oxygen amount mo2tgt (mo2tgtL) are determined according to the destination addresses i and j. Further, the in-cylinder oxygen amount mo2 and the fuel injection parameter Q * at this time are stored as the initial cylinder oxygen amount mo2ini and the initial fuel injection parameter Q * ini, respectively.

次いで、目標トルクTLi,jに応じて、目標スロットル開度THLおよびオーバーシュート時間TMosを設定し(ステップ113)、これらの設定に従って、スロットル弁7を駆動する。次に、実際の気筒内酸素量mo2を算出する(ステップ114)とともに、算出した気筒内酸素量mo2を補正関数f(α,β)i.jで補正し、仮想気筒内酸素量mo2vを算出する(ステップ115)。   Next, the target throttle opening degree THL and the overshoot time TMos are set according to the target torque TLi, j (step 113), and the throttle valve 7 is driven according to these settings. Next, the actual in-cylinder oxygen amount mo2 is calculated (step 114), and the calculated in-cylinder oxygen amount mo2 is converted into a correction function f (α, β) i. Corrected by j, the virtual cylinder oxygen amount mo2v is calculated (step 115).

仮想気筒内酸素量mo2v が目標気筒内酸素量mo2tgtに達しておらず(ステップ116:NO)、移行中のときには、仮想気筒内酸素量mo2v 、初期気筒内酸素量mo2ini、及び目標気筒内酸素量mo2tgtから酸素比率Oxyratioを算出する(ステップ117)。次いで、酸素比率Oxyratioに応じて図12(b)に示す曲線L3及びL4に対応するQ*ratioテーブルを検索し、エンジン負荷(具体的にはトルクTLi,jまたはアクセル開度AP)に応じた補間演算を行って、比率パラメータQ*ratioを算出する(ステップ118)。ステップ119では、比率パラメータQ*ratio、初期燃料噴射パラメータQ*ini及び目標燃料噴射パラメータQ*tgtを、前記式(23)に適用し、燃料噴射パラメータQ*を算出する。   When the virtual cylinder oxygen amount mo2v has not reached the target cylinder oxygen amount mo2tgt (step 116: NO) and the transition is in progress, the virtual cylinder oxygen amount mo2v, the initial cylinder oxygen amount mo2ini, and the target cylinder oxygen amount The oxygen ratio Oxyratio is calculated from mo2tgt (step 117). Next, a Q * ratio table corresponding to the curves L3 and L4 shown in FIG. 12B is retrieved according to the oxygen ratio Oxyratio, and according to the engine load (specifically, the torque TLi, j or the accelerator pedal opening AP). Interpolation is performed to calculate the ratio parameter Q * ratio (step 118). In step 119, the ratio parameter Q * ratio, the initial fuel injection parameter Q * ini, and the target fuel injection parameter Q * tgt are applied to the equation (23) to calculate the fuel injection parameter Q *.

一方、仮想気筒内酸素量mo2v が目標気筒内酸素量mo2tgt とほぼ等しくなり(ステップ116:YES)、移行期間が終了したときには、スロットル開度THを目標スロットル開度THLに制御する(ステップ120)とともに、燃料噴射パラメータQ* を目標燃料噴射パラメータQ*tgtに設定し(ステップ121)、本処理を終了する。移行期間が終了した後には、リーン運転用のQ*Li,jマップに基づき、エンジン回転数Neおよび気筒内状態パラメータ[O2]に応じた定常状態での燃料噴射制御が行われる。   On the other hand, when the virtual cylinder oxygen amount mo2v is substantially equal to the target cylinder oxygen amount mo2tgt (step 116: YES) and the transition period ends, the throttle opening TH is controlled to the target throttle opening THL (step 120). At the same time, the fuel injection parameter Q * is set to the target fuel injection parameter Q * tgt (step 121), and this process ends. After the transition period ends, fuel injection control in a steady state according to the engine speed Ne and the in-cylinder state parameter [O2] is performed based on the Q * Li, j map for lean operation.

以上のように本実施形態では、空燃比を切り換えるときは、切換前の初期気筒内酸素量mo2ini、及び切換後の目標気筒内酸素量mo2tgtに応じて、燃料噴射パラメータQ*を滑らかに変化させるようにしたので、空燃比切換時のトルク変動を抑制することができる。より具体的には、空燃比切換の進行度合を示す酸素比率Oxyratioを算出し、酸素比率Oxyratioに応じて比率パラメータQ*ratioを算出し、比率パラメータQ*ratioにより燃料噴射パラメータQ*を滑らかに変化させるようにしている。そして、比率パラメータQ*ratioの設定は、図11に示す、空燃比変化に対するトルク変化の特性を考慮して、図12に示すように、酸素比率Oxyratio及びエンジン負荷などの運転状態に応じて行われるので、空燃比切換時のエンジン負荷に拘わらずトルク変動を十分に抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, when the air-fuel ratio is switched, the fuel injection parameter Q * is smoothly changed according to the initial cylinder oxygen amount mo2ini before switching and the target cylinder oxygen amount mo2tgt after switching. As a result, torque fluctuations at the time of air-fuel ratio switching can be suppressed. More specifically, the oxygen ratio Oxyratio indicating the progress of the air-fuel ratio switching is calculated, the ratio parameter Q * ratio is calculated according to the oxygen ratio Oxyratio, and the fuel injection parameter Q * is smoothly set by the ratio parameter Q * ratio. I try to change it. Then, the ratio parameter Q * ratio is set according to operating conditions such as the oxygen ratio Oxyratio and the engine load, as shown in FIG. 12, taking into consideration the characteristics of the torque change with respect to the air-fuel ratio change shown in FIG. Therefore, torque fluctuation can be sufficiently suppressed regardless of the engine load at the time of air-fuel ratio switching.

本実施形態では、ECU2が、NOx還元またはイオウ脱離のための空燃比リッチ化時期、すなわちリーン運転からリッチ運転への切換時期、及びその空燃比リッチ化の終了時期、すなわちリッチ運転からリーン運転への切換時期を判断し、空燃比切換指令を行うとともに、該切換指令に対応した吸入空気量の制御及び燃料噴射制御処理を実行する。したがって、ECU2が、切換指令手段、吸入空気量制御手段の一部、燃料噴射パラメータ決定手段、比率算出手段、及び比率パラメータ設定手段を構成する。より具体的には、図8,図13及び図14の処理が、燃料噴射パラメータ決定手段に相当し、図13のステップ97及び図14のステップ117が比率算出手段に相当し、図13のステップ98及び図14のステップ118が比率パラメータ設定手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 2 performs an air-fuel ratio enrichment timing for NOx reduction or sulfur desorption, that is, a timing for switching from lean operation to rich operation, and an end timing of the air-fuel ratio enrichment, that is, rich operation to lean operation. Is determined, the air-fuel ratio switching command is issued, and the intake air amount control and the fuel injection control process corresponding to the switching command are executed. Therefore, the ECU 2 constitutes a switching command means, a part of the intake air amount control means, a fuel injection parameter determination means, a ratio calculation means, and a ratio parameter setting means. More specifically, the processes in FIGS. 8, 13 and 14 correspond to the fuel injection parameter determination means, step 97 in FIG. 13 and step 117 in FIG. 14 correspond to the ratio calculation means, and the steps in FIG. 98 and step 118 in FIG. 14 correspond to the ratio parameter setting means.

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、燃料噴射パラメータQ*は、噴射時間De、噴射タイミングTMe及び噴射圧Peで構成されているが、これらの1つまたは2つであってもよい。さらに、上述した実施形態ではディーゼルエンジンの制御に本発明を適用した例を示したが、本発明は、ガソリンエンジンの制御にも適用可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the fuel injection parameter Q * is configured by the injection time De, the injection timing TMe, and the injection pressure Pe, but may be one or two of these. Furthermore, although the example which applied this invention to control of the diesel engine was shown in embodiment mentioned above, this invention is applicable also to control of a gasoline engine.

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。   The present invention can also be applied to control of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a crankshaft as a vertical direction.

本発明を適用した制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the control apparatus to which this invention is applied with an internal combustion engine. 制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a control apparatus. A*マップを示す図である。It is a figure which shows an A * map. 気筒内状態パラメータの算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of an in-cylinder state parameter. Q*i,jマップの設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of a Q * i, j map. Q*i,jマップを示す図である。It is a figure which shows Q * i, j map. 補正変数αi,j及びβi,jの設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of correction variable (alpha) i, j and (beta) i, j. 燃料パラメータQ*の設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of fuel parameter Q *. 仮想番地i,jvを求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating | requiring the virtual address i and jv. 空燃比切換制御にかかる状態遷移図である。It is a state transition diagram concerning air-fuel ratio switching control. 空燃比を変化させたときの機関出力トルクの変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the engine output torque when changing an air fuel ratio. 酸素比率(Oxyratio)から比率パラメータ(Q*ratio)を算出するための関数(テーブル)を示す図である。It is a figure which shows the function (table) for calculating a ratio parameter (Q * ratio) from oxygen ratio (Oxyratio). リーン運転からリッチ運転への移行時に実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed at the time of transfer from lean operation to rich operation. リッチ運転からリーン運転への移行時に実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed at the time of transfer from rich operation to lean operation.

符号の説明Explanation of symbols

2 電子制御ユニット(吸入空気量制御手段、還流排ガス流量推定手段、気筒内酸素量推定手段、燃料噴射パラメータ決定手段、インジェクタ制御手段、切換指令手段、比率算出手段、比率パラメータ設定手段)
3 内燃機関
3a 気筒
4 吸気管(吸気系)
6 インジェクタ
7 スロットル弁(吸入空気量制御手段)
14 排ガス還流装置
22 クランク角センサ(回転数検出手段)
27 エアーフローセンサ(吸入空気量検出手段)
2 Electronic control unit (intake air amount control means, recirculation exhaust gas flow rate estimation means, in-cylinder oxygen amount estimation means, fuel injection parameter determination means, injector control means, switching command means, ratio calculation means, ratio parameter setting means)
3 Internal combustion engine 3a Cylinder 4 Intake pipe (intake system)
6 Injector 7 Throttle valve (intake air amount control means)
14 Exhaust gas recirculation device 22 Crank angle sensor (rotational speed detection means)
27 Air flow sensor (intake air volume detection means)

Claims (1)

吸気系を介して気筒に空気を吸入し、インジェクタから噴射された燃料を前記気筒内に供給するとともに、内燃機関から排出された排ガスの一部を排気還流装置により前記吸気系に還流排ガスとして還流する内燃機関の制御装置において、
前記吸気系を介して前記気筒に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気還流装置による還流排ガスの流量を推定する還流排ガス流量推定手段と、
前記検出された吸入空気量、及び前記推定された還流排ガス流量に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量を推定する気筒内酸素量推定手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
該検出された内燃機関の回転数、及び前記推定された気筒内酸素量に基づいて、燃料噴射パラメータを決定する燃料噴射パラメータ決定手段と、
該決定された燃料噴射パラメータに基づいて、前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
前記気筒内で燃焼する混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えること、またはリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換えることを指令する切換指令手段とを備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記切換指令手段により前記空燃比の切換が指令されたときは、切換前の推定気筒内酸素量、及び切換後の目標気筒内酸素量とに応じて、前記燃料噴射パラメータを滑らかに変化するように決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
Air is sucked into the cylinder through the intake system, fuel injected from the injector is supplied into the cylinder, and part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is returned to the intake system as recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device. In a control device for an internal combustion engine,
Intake air amount control means for controlling the amount of intake air taken into the cylinder via the intake system;
An intake air amount detection means for detecting the intake air amount;
Recirculation exhaust gas flow rate estimating means for estimating the flow rate of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device;
In-cylinder oxygen amount estimation means for estimating the amount of oxygen present in the cylinder based on the detected intake air amount and the estimated recirculated exhaust gas flow rate;
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
Fuel injection parameter determination means for determining a fuel injection parameter based on the detected rotational speed of the internal combustion engine and the estimated in-cylinder oxygen amount;
Injector control means for controlling the injector based on the determined fuel injection parameter;
Switching command means for commanding switching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusting in the cylinder from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, or switching from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio,
The fuel injection parameter determining means, when the switching command means is instructed to switch the air-fuel ratio, according to the estimated cylinder oxygen amount before switching and the target cylinder oxygen amount after switching, A control apparatus for an internal combustion engine, wherein an injection parameter is determined so as to change smoothly.
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