JP2009191644A - Control system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御システムに関する。 The present invention relates to a control system for an internal combustion engine.
内燃機関からの排気の一部を吸気系に戻すEGRを行う技術が知られている。例えば、特許文献1には、ターボチャージャを備えた内燃機関において、タービンより上流側の排気通路からコンプレッサより下流側の吸気通路内へ排気の一部を流入させるHPLEGR装置と、タービンより下流側の排気通路提からコンプレッサより上流側の吸気通路へ排気の一部を流入させるLPLEGR装置と、の2系統のEGR装置を備え、内燃機関の運転状態に応じてHPLEGR装置及びLPLEGR装置を切り替えてEGRを行う技術が記載されている。 A technique for performing EGR for returning a part of exhaust gas from an internal combustion engine to an intake system is known. For example, in Patent Document 1, in an internal combustion engine equipped with a turbocharger, an HPLEGR device that flows a part of exhaust gas from an exhaust passage upstream of a turbine into an intake passage downstream of a compressor, and a downstream of the turbine. The EPLE is equipped with two systems of EGR devices, an LPLEGR device that allows part of the exhaust gas to flow into the intake passage upstream of the compressor from the exhaust passageway, and the EGR is switched by switching between the HPLEGR device and the LPLEGR device according to the operating state of the internal combustion engine. The technique to be performed is described.
また、燃料噴射量に対してシリンダ吸入空気量に応じた制限値を設定し、この制限値(スモーク限界噴射量という)より多い燃料噴射量による燃料噴射が実行されないようにする制御を行うことにより、排気中のスモークを抑制する技術が知られている(例えば特許文献2を参照)。
EGRシステムを備えた内燃機関において特許文献2のような燃料噴射量制御を行う場合には、EGRガス量制御によるシリンダ吸入空気量への影響を精度良く推定することが、適切なスモーク限界噴射量を設定する上で重要である。
When the fuel injection amount control as in
ところで、特許文献1のようにHPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムを備えた内燃機関では、HPLEGRガスの流通経路とLPLEGRガスの流通経路とでは経路長や通路容積等の諸元が相違している。また、吸気通路におけるHPLEGRガス流入口とLPLEGRガス流入口との間にインタークーラやコンプレッサ等の容量の大きな構成要素が介在する。そのため、シリンダに吸入されるHPLEGRガス量の制御とLPLEGRガス量の制御とでその制御応答性が異なる。 By the way, in an internal combustion engine equipped with an EGR system equipped with an HPLEGR device and an LPLEGR device as in Patent Document 1, specifications such as the path length and the passage volume are different between the HPLEGR gas distribution path and the LPLEGR gas distribution path. ing. In addition, a large-capacity component such as an intercooler or a compressor is interposed between the HPLEGR gas inlet and the LPLEGR gas inlet in the intake passage. Therefore, the control responsiveness differs between the control of the HPLEGR gas amount sucked into the cylinder and the control of the LPLEGR gas amount.
また、エアフローメータが新気量を測定する位置とシリンダとの間にも、上記のような容量の大きな構成要素を含む吸気系領域が介在しており、当該吸気系領域において新気とLPLEGRガスとが混合するため、エアフローメータによる新気量の測定値と実際のシリンダ吸入空気量との間にずれが生じる場合もある。 Further, an intake system region including a large-capacity component as described above is interposed between the position where the air flow meter measures the amount of fresh air and the cylinder, and fresh air and LPLEGR gas are included in the intake system region. Therefore, there may be a difference between the measured value of the new air amount by the air flow meter and the actual cylinder intake air amount.
これらの事情により、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムの場合、特にHPLEGRガスやLPLEGRガスの制御量が変化する過渡状態において、実際にシリンダに吸入されるHPLEGRガス量やLPLEGRガス量を精度良く推定することが難しく、従ってスモーク限界噴射量の設定の基礎となるシリンダ吸入空気量を精度良く求めることが難しかった。 Due to these circumstances, in the case of an EGR system equipped with an HPLEGR device and an LPLEGR device, the HPLEGR gas amount and the LPLEGR gas amount actually sucked into the cylinder are accurately measured, particularly in a transient state where the control amount of the HPLEGR gas and the LPLEGR gas changes. It is difficult to estimate well, and therefore it is difficult to accurately obtain the cylinder intake air amount that is the basis for setting the smoke limit injection amount.
そのため、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムを備えた
内燃機関においてスモーク限界噴射量による燃料噴射制限制御を行った場合、スモーク限界噴射量が過大な値に設定されて排気中のスモークを十分抑制することができなくなったり、逆に、スモーク限界噴射量が過小な値に設定されて加速性等の機関性能が低下したりする虞があった。
Therefore, when the fuel injection restriction control is performed with the smoke limit injection amount in an internal combustion engine equipped with an EGR system equipped with the HPLEGR device and the LPLEGR device, the smoke limit injection amount is set to an excessive value so that the smoke in the exhaust gas is sufficient. There is a possibility that the engine cannot be suppressed, or conversely, the smoke limit injection amount is set to an excessively small value, and the engine performance such as the acceleration performance is deteriorated.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムを備え、燃料噴射量をシリンダ吸入空気量に応じて定められるスモーク限界噴射量によって制限する燃料噴射制御を行う内燃機関の制御システムにおいて、シリンダ吸入空気量を精度良く推定し、適切なスモーク限界噴射量を算出する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes an EGR system that is provided with an HPLEGR device and an LPLEGR device, and a fuel that limits the fuel injection amount by a smoke limit injection amount that is determined according to the cylinder intake air amount. An object of the present invention is to provide a technique for accurately estimating a cylinder intake air amount and calculating an appropriate smoke limit injection amount in a control system for an internal combustion engine that performs injection control.
この目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御システムは、
内燃機関からの排気の一部を、前記内燃機関の吸気通路に設けられたHPLEGRガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるHPLEGR装置と、
前記内燃機関からの排気の一部を、前記吸気通路の前記HPLEGRガス流入口より上流側に設けられたLPLEGRガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるLPLEGR装置と、
前記吸気通路に流入する空気量を測定するエアフローメータと、
前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記LPLEGR装置によって前記吸気通路内に流入するLPLEGRガス量と、前記吸気通路における前記LPLEGRガス流入口から前記HPLEGRガス流入口までの領域である吸気系領域の容積と、に基づいて、該吸気系領域内の空気量を推定する空気量推定手段と、
前記推定される吸気系領域内の空気量に基づいて、前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量を推定するシリンダ吸入空気量推定手段と、
前記推定されるシリンダ吸入空気量に基づいて、排気中のスモークの量を所定の許容限度以下にすることが可能な燃料噴射量の上限値であるスモーク限界噴射量を算出するスモーク限界噴射量算出手段と、
前記算出されるスモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量を制限する制御を行う燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve this object, the control system for an internal combustion engine of the present invention comprises:
An HPLEGR device that causes a part of exhaust gas from the internal combustion engine to flow into the intake passage from an HPLEGR gas inlet provided in the intake passage of the internal combustion engine;
An LPLEGR device that causes a portion of the exhaust from the internal combustion engine to flow into the intake passage from an LPLEGR gas inlet provided upstream of the HPLEGR gas inlet of the intake passage;
An air flow meter for measuring the amount of air flowing into the intake passage;
The measured value of the air amount by the air flow meter, the amount of LPLEGR gas flowing into the intake passage by the LPLEGR device, and the intake system region that is the region from the LPLEGR gas inlet to the HPLEGR gas inlet in the intake passage An air amount estimation means for estimating an air amount in the intake system region based on the volume of
Cylinder intake air amount estimating means for estimating the amount of air sucked into the cylinder of the internal combustion engine based on the estimated air amount in the intake system region;
Based on the estimated cylinder intake air amount, a smoke limit injection amount calculation that calculates a smoke limit injection amount that is an upper limit value of a fuel injection amount that can reduce the amount of smoke in the exhaust gas to a predetermined allowable limit or less. Means,
Fuel injection control means for performing control to limit the fuel injection amount so as not to exceed the calculated smoke limit injection amount;
It is characterized by providing.
上記構成によれば、吸気系領域内に流入する空気量及びLPLEGRガス量が、吸気系領域内から流出してシリンダに吸入される空気量及びLPLEGRガス量に反映されるまでの遅れを、吸気系領域の容積に基づいて推定することができる。そして、エアフローメータによって測定される吸気系領域内に流入する空気量と、LPLEGR装置によって吸気系領域内に流入するLPLEGRガス量(測定値又は制御値)と、に対して、当該推定された遅れを反映させることによって、吸気系領域内ガス中の空気量及びLPLEGRガス量を精度良く推定することができる。従って、吸気系領域内にインタークーラやターボチャージャのコンプレッサといった容量の大きな構成要素が存在している場合であっても、吸気系領域内ガス中の空気量及びLPLEGRガス量を精度良く推定することができる。 According to the above configuration, the amount of air flowing into the intake system region and the amount of LPLEGR gas flowing out of the intake system region and reflected in the amount of air and LPLEGR gas that is taken into the cylinder is It can be estimated based on the volume of the system area. Then, the estimated delay with respect to the air amount flowing into the intake system region measured by the air flow meter and the LPLEGR gas amount (measured value or control value) flowing into the intake system region by the LPLEGR device. By reflecting the above, it is possible to accurately estimate the air amount and LPLEGR gas amount in the gas in the intake system region. Therefore, even when a large-capacity component such as an intercooler or a turbocharger compressor exists in the intake system region, the air amount and LPLEGR gas amount in the intake system region gas can be accurately estimated. Can do.
本発明によれば、このようにして推定された吸気系領域内ガス中の空気量に基づいて、シリンダに吸入される空気量を推定するので、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するシステムにおいても、シリンダ吸入空気量を精度良く推定することができる。そして、このようにして推定されたシリンダ吸入空気量に基づいてスモーク限界噴射量が算出されるので、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足の無い適切なスモーク限界噴射量を算出することができる。 According to the present invention, since the amount of air sucked into the cylinder is estimated based on the air amount in the intake system region gas thus estimated, even in a system in which an HPLEGR device and an LPLEGR device are provided together, It is possible to accurately estimate the cylinder intake air amount. Since the smoke limit injection amount is calculated based on the cylinder intake air amount estimated in this way, it is possible to calculate an appropriate smoke limit injection amount that is not excessive or insufficient with respect to the actual cylinder intake air amount. it can.
従って、このようにして算出されたスモーク限界噴射量によって燃料噴射量を制限する燃料噴射制御を行うことにより、燃料噴射量がシリンダ吸入空気量に対して過大又は過小になることを抑制することができる。これにより、燃料噴射量制限制御において、排気中のスモークが許容限度を超えたり、加速性等の機関性能が低下したりすることを抑制することができる。 Therefore, by performing fuel injection control that limits the fuel injection amount by the smoke limit injection amount calculated in this way, it is possible to suppress the fuel injection amount from becoming excessive or too small relative to the cylinder intake air amount. it can. Thereby, in the fuel injection amount restriction control, it is possible to suppress the smoke in the exhaust from exceeding the allowable limit or the engine performance such as the acceleration performance from being deteriorated.
上記構成において、吸気系領域の容積に基づいて、前記吸気系領域内に流入した空気及びLPLEGRガスが前記吸気系領域を輸送される時間を推定し、該推定される時間に基づいて、エアフローメータによって測定される吸気系領域内に流入する空気量と、LPLEGR装置によって吸気系領域内に流入するLPLEGRガス量とが、吸気系領域内を流通するガス中の空気量及びLPLEGRガス量に反映されるまでの遅れを推定することができる。 In the above configuration, based on the volume of the intake system region, the time during which the air and LPLEGR gas flowing into the intake system region are transported through the intake system region is estimated, and based on the estimated time, the air flow meter The amount of air flowing into the intake system region and the amount of LPLEGR gas flowing into the intake system region by the LPLEGR device are reflected in the amount of air in the gas flowing through the intake system region and the amount of LPLEGR gas. Can be estimated.
本発明において、
前記空気量推定手段は、前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記LPLEGRガス量と、前記吸気系領域の容積と、に基づいて、前記吸気系領域内を流通するガス中に含まれる空気の比率及びLPLEGRガスの比率を推定し、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、前記推定される比率で空気及びLPLEGRガスを含む前記吸気系領域内のガスと、前記HPLEGR装置によって前記吸気通路内に流入するHPLEGRガスと、の混合状態に基づいて、前記シリンダ吸入空気量を推定するようにしても良い。
In the present invention,
The air amount estimation means includes air contained in the gas flowing in the intake system region based on the measured value of the air amount by the air flow meter, the LPLEGR gas amount, and the volume of the intake system region. And the ratio of LPLEGR gas,
The cylinder intake air amount estimation means is based on a mixed state of the gas in the intake system region containing air and LPLEGR gas at the estimated ratio and the HPLEGR gas flowing into the intake passage by the HPLEGR device. Thus, the cylinder intake air amount may be estimated.
上述のように、本発明の構成によれば、吸気系領域内に流入する空気量、すなわちエアフローメータによる空気量の測定値と、LPLEGR装置によって吸気系領域内に流入するLPLEGRガス量とが、吸気系領域内のガス中の空気量及びLPLEGRガス量に反映されるまでの遅れを、吸気系領域の容積に基づいて推定することができる。従って、吸気系領域内を流通するガス中の空気の比率及びLPLEGRガスの比率を推定することができる。 As described above, according to the configuration of the present invention, the amount of air flowing into the intake system region, that is, the measured value of the air amount by the air flow meter, and the LPLEGR gas amount flowing into the intake system region by the LPLEGR device are: The delay until it is reflected in the air amount and the LPLEGR gas amount in the gas in the intake system region can be estimated based on the volume of the intake system region. Therefore, it is possible to estimate the ratio of air in the gas flowing through the intake system region and the ratio of LPLEGR gas.
そして、シリンダに吸入されるガスは、吸気系領域内からシリンダに吸入されるガスと、HPLEGR流入口から吸気通路に流入してシリンダに吸入されるHPLEGRガスと、の混合ガスと考えることができるので、シリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガス及びHPLEGRガスの混合状態と、吸気系領域由来のガス中の空気の比率及びLPLEGRガスの比率と、に基づいて、シリンダ吸入ガス中の空気量を推定することができる。 The gas sucked into the cylinder can be considered as a mixed gas of the gas sucked into the cylinder from within the intake system region and the HPLEGR gas that flows into the intake passage from the HPLEGR inlet and sucked into the cylinder. Therefore, based on the mixed state of the gas derived from the intake system region and the HPLEGR gas in the cylinder intake gas, the ratio of the air in the gas derived from the intake system region and the ratio of the LPLEGR gas, the amount of air in the cylinder intake gas Can be estimated.
本発明によれば、前記シリンダに吸入されるガス中のHPLEGRガスの比率が変化する過渡状態において、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、当該HPLEGRガスの比率の変化分を、前記シリンダに吸入される前記吸気系領域内のガスの比率の変化分に置換することによって、前記シリンダ吸入空気量を推定することができる。
According to the present invention, in a transient state where the ratio of HPLEGR gas in the gas sucked into the cylinder changes,
The cylinder intake air amount estimation means estimates the cylinder intake air amount by replacing a change in the ratio of the HPLEGR gas with a change in the ratio of the gas in the intake system region sucked into the cylinder. can do.
上記のように、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガスシリンダに吸入されるガスは、吸気系領域内ガスとHPLEGRガスとの混合ガスと考えることができるので、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガスの比率が減少した場合には、その減少分に相当する分だけシリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガスの比率が増加すると考えられる。逆に、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガスの比率が増加した場合には、その増加分に相当する分だけシリンダ吸入ガス中の吸気系領域由来のガスの比率が減少すると考えられる。 As described above, since the gas sucked into the HPLEGR gas cylinder in the cylinder intake gas can be considered as a mixed gas of the intake system region gas and the HPLEGR gas, the ratio of the HPLEGR gas in the cylinder intake gas is reduced. In this case, it is considered that the ratio of the gas derived from the intake system region in the cylinder intake gas increases by an amount corresponding to the decrease. Conversely, when the ratio of HPLEGR gas in the cylinder intake gas increases, it is considered that the ratio of gas derived from the intake system region in the cylinder intake gas decreases by an amount corresponding to the increase.
そして、上記の本発明の構成によれば、吸気系領域の容積、エアフローメータによる空気量の測定値、LPLEGR装置によるLPLEGRガス量に基づいて、吸気系領域由来
のガス中の空気の比率とLPLEGRガスの比率を推定することができる。従って、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガスの比率が変化する過渡状態においては、HPLEGRガスの比率の変化分を上述のように吸気系領域由来のガスの比率に置換し、当該置換された分の吸気系領域由来のガスを、当該推定された空気の比率及びLPLEGRガスの比率に従って、HPLEGRガスの比率の変化に伴うシリンダ吸入ガス中の空気の比率及びLPLEGRガスの比率の変化に換算することにより、過渡状態におけるシリンダ吸入ガス空気量を推定することが可能となる。
According to the configuration of the present invention, the ratio of the air in the gas derived from the intake system region and LPLEGR based on the volume of the intake system region, the measured value of the air amount by the air flow meter, and the LPLEGR gas amount by the LPLEGR device. The gas ratio can be estimated. Therefore, in a transient state in which the ratio of HPLEGR gas in the cylinder intake gas changes, the change in the ratio of HPLEGR gas is replaced with the ratio of the gas derived from the intake system region as described above, and the intake air for the replaced amount By converting the gas derived from the system region into a change in the ratio of the air in the cylinder intake gas and the change in the ratio of the LPLEGR gas according to the change in the ratio of the HPLEGR gas according to the estimated ratio of the air and the ratio of the LPLEGR gas, It is possible to estimate the cylinder intake gas air amount in the transient state.
これにより、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムを備えた内燃機関であっても、HPLEGRガス量やLPLEGRガス量が変化する過渡状態におけるシリンダ吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。よって、過渡状態においても、適切なスモーク限界噴射量を設定することができ、燃料噴射量制限制御において、スモーク排出量の増大や機関性能の低下を好適に抑制することが可能となる。 As a result, even in an internal combustion engine equipped with an EGR system equipped with an HPLEGR device and an LPLEGR device, it is possible to accurately estimate the cylinder intake air amount in a transient state in which the HPLEGR gas amount and the LPLEGR gas amount change. . Therefore, an appropriate smoke limit injection amount can be set even in a transient state, and an increase in smoke emission amount and a decrease in engine performance can be suitably suppressed in the fuel injection amount restriction control.
本発明により、HPLEGR装置及びLPLEGR装置を併設するEGRシステムを備え、燃料噴射量をシリンダ吸入空気量に応じて定められるスモーク限界噴射量によって制限する燃料噴射制御を行う内燃機関の制御システムにおいて、シリンダ吸入空気量を精度良く推定し、適切なスモーク限界噴射量を算出することが可能になる。 According to the present invention, in an internal combustion engine control system that includes an EGR system that includes an HPLEGR device and an LPLEGR device, and that performs fuel injection control that limits the fuel injection amount by a smoke limit injection amount that is determined according to the cylinder intake air amount, It is possible to accurately estimate the intake air amount and calculate an appropriate smoke limit injection amount.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified.
図1は、本実施例に係るEGRシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。内燃機関1は4つの気筒2を有する水冷式4サイクルディーゼルエンジンである。
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the EGR system according to the present embodiment is applied and its intake system and exhaust system. The internal combustion engine 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four
内燃機関1の各気筒2は吸気マニホールド17を介して吸気通路3に連通している。吸気マニホールド17と吸気通路3との接続部近傍には、後述するHPLEGR通路41が接続されている。HPLEGR通路41の接続箇所より上流の吸気通路3には、吸気通路3を流通する吸気の量を調節する第2スロットル弁9が配置されている。第2スロットル弁9より上流の吸気通路3には、吸気を冷却するインタークーラ8が配置されている。インタークーラ8より上流の吸気通路3には、ターボチャージャ13のコンプレッサ11が配置されている。コンプレッサ11より上流の吸気通路3には、後述するLPLEGR通路31が接続されている。LPLEGR通路31の接続箇所より上流の吸気通路3には、吸気通路3に流入する新気の量を調節する第1スロットル弁6が配置されている。第1スロットル弁6より上流の吸気通路3には、吸気通路3に流入する新気の量を測定するエアフローメータ7が設けられている。
Each
このように構成された吸気系では、外部の空気がエアクリーナ(図示略)によって塵や埃等を除去されてから吸気通路3に流入する。吸気通路3に流入した空気(新気)は、LPLEGR通路31から吸気通路3に流入するLPLEGRガス(後述)と混合し、コンプレッサ11を通過して加圧された後、インタークーラ8を通過して冷却される。インタークーラ8を通過したガス(新気とLPLEGRガスとの混合ガス)は、HPLEGR通路41から吸気通路3に流入するHPLEGRガス(後述)と混合し、吸気マニホールド17に流入する。吸気マニホールド17に流入したガス(新気、LPLEGRガス、及びHPLEGRガスの混合ガス)は、吸気マニホールド17の各枝管を介してシリンダ2に
吸入される。
In the intake system configured as described above, external air flows into the
内燃機関1の各シリンダ2は排気マニホールド18を介して排気通路4に連通している。排気マニホールド18のすぐ下流側の排気通路4には、HPLEGR通路41が接続されている。HPLEGR通路41の接続箇所より下流側の排気通路4には、ターボチャージャ13のタービン12が配置されている。ターボチャージャ13はタービン12を通過する排気の流路面積を可変にするノズルベーン5を備えた可変容量型ターボチャージャである。タービン12より下流側の排気通路4には、排気浄化装置10が配置されている。排気浄化装置10は、流入する排気の酸素濃度が高い時には排気中のNOxを吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなると吸蔵していたNOxを放出して還元浄化する吸蔵還元型NOx触媒と、排気中の粒子状物質(PM)を捕集し、捕集したPMを適時に酸化除去可能なパティキュレートフィルタと、を含んで構成されている。なお、排気浄化装置10の構成はこの例に限られない。
Each
排気浄化装置10より下流側の排気通路4には、排気通路4を流通する排気の量を調節する排気絞り弁19が配置されている。排気絞り弁19より下流の排気通路4には、LPLEGR通路31が接続されている。なお、排気絞り弁19がLPLEGR通路31の接続箇所より下流の排気通路4に配置されている構成であっても良い。
An
このように構成された排気系では、内燃機関1の各シリンダ2内で燃焼後の既燃ガスが排気マニホールド18に排出され、排気通路4に流入する。排気通路4を流通する排気の一部は、EGR制御(後述)に応じてHPLEGR通路41に流入し、HPLEGRガスとして吸気通路3に導かれる。それ以外の排気はHPLEGR通路41より下流側に流れ、タービン13を回転駆動した後、排気浄化装置10を通過することによってNOxやPM等が浄化される。排気浄化装置10を通過した排気の一部は、EGR制御に応じてLPLEGR通路31に流入し、LPLEGRガスとして吸気通路3に導かれる。それ以外の排気はLPLEGR通路31より下流側に流れ、マフラー(図示略)等を通過した後、大気中に排出される。
In the exhaust system configured as described above, the burnt gas after combustion in each
内燃機関1には、タービン12より上流の排気通路4を流れる排気の一部をコンプレッサ11より下流の吸気通路3に導き、該排気を内燃機関1に戻すHPLEGR装置40が備えられている。HPLEGR装置40は、タービン12より上流の排気通路4と第2スロットル弁9より下流の吸気通路3とを接続するHPLEGR通路41を有し、該HPLEGR通路41を介して前記排気の一部を吸気通路3に流入させる。HPLEGR装置40によって内燃機関1に戻される排気をHPLEGRガスと称する。
The internal combustion engine 1 includes an
HPLEGR通路41には、HPLEGRガスを冷却するHPLEGRクーラ43が配置されている。HPLEGRクーラ43より下流側(吸気通路3側)のHPLEGR通路41には、HPLEGR通路41の流路面積を変更するHPLEGR弁42が配置されている。HPLEGR弁42の開度を調節することによってHPLEGR通路41を流れるHPLEGRガスの量が調節される。なお、HPLEGRガス量を調節する手段としては、第2スロットル弁9の開度を調節したり背圧を調節したり、ノズルベーン5の開度を調節して背圧を調節したりする手段を用いることもできる。
An
内燃機関1には、タービン12より下流の排気通路4を流れる排気の一部をコンプレッサ11より上流の吸気通路3に導き、該排気を内燃機関1に戻すLPLEGR装置30が備えられている。LPLEGR装置30は、排気絞り弁19より下流の排気通路4とコンプレッサ11より上流の吸気通路3とを接続するLPLEGR通路31を有し、該LPLEGR通路31を介して前記排気の一部を吸気通路3に流入させる。LPLEGR装置30によって内燃機関に戻される排気をLPLEGRガスと称する。
The internal combustion engine 1 is provided with an
LPLEGR通路31には、LPLEGRガスを冷却するLPLEGRクーラ33が配置されている。LPLEGRクーラ33より下流側(吸気通路3側)のLPLEGR通路31には、LPLEGR通路31の流路面積を変更するLPLEGR弁32が配置されている。LPLEGR弁32の開度を調節することによってLPLEGR通路31を流れるLPLEGRガスの量が調節される。なお、LPLEGRガス量を調節する手段としては、第1スロットル弁6の開度を調節してLPLEGR通路31の上流と下流との差圧を調節する手段を用いることもできる。
An
内燃機関1には、内燃機関1を制御するコンピュータであるECU20が併設されている。ECU20には、上述したエアフローメータ7の他、内燃機関1の冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ14、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ15、内燃機関1のクランクシャフトが所定角度(例えば10°)回転するたびにパルス信号を出力するクランクポジションセンサ16等の各種のセンサ類が接続され、これらセンサ類からの出力信号がECU20に入力されるようになっている。また、ECU20には、第1スロットル弁6、第2スロットル弁9、ノズルベーン5、排気絞り弁19、LPLEGR弁32、HPLEGR弁42等の機器類が接続され、これら機器類がECU20から出力される制御信号によってこれら駆動制御されるようになっている。
The internal combustion engine 1 is provided with an
ECU20は、上記センサ類から入力される信号に基づいて内燃機関1の運転状態を把握し、運転者の要求に対応した制御を行う。例えば、ECU20は、クランクポジションセンサ16から入力される信号に基づいて内燃機関1の回転数を算出し、アクセル開度センサ15から入力される信号に基づいて内燃機関1の負荷を算出する。このようにして取得した内燃機関1の運転状態に応じて、燃料噴射制御やEGR制御を行う。
The
次に、本実施例のシステムにおいて行われるEGR制御について説明する。 Next, EGR control performed in the system of the present embodiment will be described.
図2は、内燃機関1の運転状態に応じて定められる目標EGR率のマップを示す図である。図2に示すように、本実施例のシステムでは、内燃機関1が高負荷高回転側の運転状態であるほどEGR率が小さくなるようにEGR制御を行う。なお、EGR率とは、全シリンダ吸入ガス中のEGRガスの割合として定義される。すなわち、シリンダ吸入空気量Ga、シリンダ吸入EGRガス量Ge、とした場合、EGR率Re=Ge/(Ga+Ge)である。 FIG. 2 is a diagram showing a map of the target EGR rate determined according to the operating state of the internal combustion engine 1. As shown in FIG. 2, in the system of the present embodiment, EGR control is performed so that the EGR rate becomes smaller as the internal combustion engine 1 is operating at a higher load and higher rotation side. The EGR rate is defined as the ratio of EGR gas in all cylinder intake gas. That is, when the cylinder intake air amount Ga and the cylinder intake EGR gas amount Ge are set, the EGR rate Re = Ge / (Ga + Ge).
また、本実施例のシステムでは、全EGRガスをHPLEGRガス及びLPLEGRガスで分配するための分配比率の目標値が定められている。図3は、内燃機関1の運転状態に応じて定められる目標分配比率の概略の傾向を示す図である。図3に示すように、内燃機関1が低負荷低回転の運転状態である場合には、HPLEGRガスの比率が高く設定され、主にHPLEGR装置40を用いてEGRを行う。また、内燃機関1の負荷又は回転数が高くなるほどHPLEGRガスの比率が低く設定されるとともにLPLEGRガスの比率が高く設定され、HPLEGR装置40及びLPLEGR装置30を併用してEGRを行う。また、内燃機関1が高負荷高回転の運転状態である場合には、LPLEGRガスの比率が高く設定され、主にLPLEGR装置30を用いてEGRを行う。
Further, in the system of the present embodiment, a target value of the distribution ratio for distributing all EGR gas with HPLEGR gas and LPLEGR gas is determined. FIG. 3 is a diagram showing a general tendency of the target distribution ratio determined according to the operating state of the internal combustion engine 1. As shown in FIG. 3, when the internal combustion engine 1 is in a low-load low-rotation operation state, the HPLEGR gas ratio is set high, and EGR is performed mainly using the
EGR率やHPLEGRガス及びLPLEGRガスの分配比率の目標値は、NOxやスモーク等の排気特性や燃費特性等の機関性能が所定の規制値や所望の目標値を達成できるように適合作業等によって内燃機関1の運転状態に応じて定められ、ECU20のROMに記憶される。また、HPLEGR装置40及びLPLEGR装置30によって吸気通路3に流入するHPLEGRガス量やLPLEGRガス量が、前記のようにして定められる
EGR率やHPLEGRガス及びLPLEGRガスの分配比率の目標値を満たすように、HPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の弁開度の目標値が内燃機関1の運転状態に応じて定められ、同様にECU20のROMに記憶される。
The target values of the EGR rate and the distribution ratio of HPLEGR gas and LPLEGR gas are determined by internal operations such as NOx and smoke so that engine performance such as exhaust characteristics and fuel consumption characteristics can achieve predetermined regulation values and desired target values. It is determined according to the operating state of the engine 1 and stored in the ROM of the
ECU20は上記センサ類からの出力に基づいて内燃機関1の運転状態を取得し、取得した運転状態に応じてHPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の目標弁開度をROMから読み込み、HPLEGR弁42やLPLEGR弁32を制御する。なお、HPLEGRガス量やLPLEGRガス量は、HPLEGR弁42やLPLEGR弁32の弁開度を調節する以外の方法によっても調節することができる。例えば、第1スロットル弁6、第2スロットル弁9、ノズルベーン5、排気絞り弁19の開度を調節することによってHPLEGRガス量やLPLEGRガス量を調節することもできる。HPLEGRガス量やLPLEGRガス量が内燃機関1の運転状態に応じた目標値に一致するように、第1スロットル弁6、第2スロットル弁9、ノズルベーン5、又は排気絞り弁19のフィードバック制御等を行うようにしても良い。
The
次に、本実施例のシステムにおいて行われる燃料噴射制御について説明する。燃料噴射量がシリンダ吸入ガス中の空気量に比して過多となると、スモークの発生量が増大するという問題がある。そこで、本実施例では、スモークの発生量が所定の許容限度以下に抑えられるような燃料噴射量の上限値(スモーク限界噴射量)を求め、燃料噴射量が当該スモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量の制御を行うようにした。具体的には、シリンダ吸入ガス中の空気量を算出し、当該算出したシリンダ吸入空気量に応じてスモーク限界噴射量を算出する。そして、運転状態に応じて算出される目標燃料噴射量とスモーク限界噴射量と比較し、目標燃料噴射量がスモーク限界噴射量以下である場合には、当該目標燃料噴射量を燃料噴射量の指令値とし、目標燃料噴射量がスモーク限界噴射量を超えている場合には、スモーク限界噴射量を燃料噴射量の指令値とする。このように、燃料噴射量を制限する制御を行うことによって、スモークの発生量が許容限度を超えて増大することを抑制することができる。 Next, fuel injection control performed in the system of the present embodiment will be described. When the fuel injection amount is excessive as compared with the air amount in the cylinder intake gas, there is a problem that the amount of smoke generated increases. Therefore, in this embodiment, an upper limit value (smoke limit injection amount) of the fuel injection amount that suppresses the amount of smoke generated to be equal to or less than a predetermined allowable limit is obtained, so that the fuel injection amount does not exceed the smoke limit injection amount. In addition, the fuel injection amount was controlled. Specifically, the air amount in the cylinder intake gas is calculated, and the smoke limit injection amount is calculated according to the calculated cylinder intake air amount. Then, the target fuel injection amount calculated in accordance with the operating state is compared with the smoke limit injection amount. When the target fuel injection amount exceeds the smoke limit injection amount, the smoke limit injection amount is set as a command value for the fuel injection amount. In this way, by performing control to limit the fuel injection amount, it is possible to suppress the amount of smoke generated from increasing beyond the allowable limit.
次に、EGR制御の過渡特性について説明する。 Next, transient characteristics of EGR control will be described.
図1に示すように、LPLEGR弁32を通過したLPLEGRガスがシリンダ2に吸入されるまでには、コンプレッサ11やインタークーラ8等を含む吸気通路3を流通することになる。従って、上述のようにシリンダ吸入ガス中のLPLEGRガス量が所定の目標LPLEGRガス量になるようにLPLEGR弁32の開度が制御されたとしても、実際にシリンダ2に吸入されるLPLEGRガス量が当該LPLEGR弁32の開度に対応する目標LPLEGRガス量に一致するまでには、LPLEGRガスが流通する上記のような吸気系領域の容積に応じた遅れが生じる。HPLEGR弁42の開度制御と、実際にシリンダ2に吸入されるHPLEGRガス量の変化と、の間にも、HPLEGRガスがHPLEGR弁42を通過してからシリンダ2に吸入されるまでに通過する吸気系領域の容積に応じて、同様の遅れが生じる。
As shown in FIG. 1, the LPLEGR gas that has passed through the
このような遅れに起因して、EGRガス量の目標値が変化する過渡状態において、上述したスモーク限界噴射量の設定等の、シリンダ吸入ガス中の空気量、EGRガス量、或いはEGR率等に関係する制御が適切に行えないことがあった。このことについて、HPLEGR装置40及びLPLEGR装置30が併用されてEGRが行われるある運転状態(第1運転状態)から、目標HPLEGRガス量及び目標LPLEGRガス量が共に0に設定される高負荷運転状態(第2運転状態)への加速過渡時を例に説明する。
Due to such a delay, in the transient state where the target value of the EGR gas amount changes, the air amount in the cylinder intake gas, the EGR gas amount, the EGR rate, etc. The related control could not be performed properly. In this regard, a high-load operation state in which the target HPLEGR gas amount and the target LPLEGR gas amount are both set to 0 from a certain operation state (first operation state) in which EGR is performed by using the
図4(B)は、上記加速過渡時におけるシリンダ吸入ガス中の新気の比率Ra、HPLEGRガスの比率Rh、及びLPLEGRガスの比率Rlの時間変化を示したタイムチャ
ートである。全シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガスの比率(HPLEGR率)とLPLEGRガスの比率(LPLEGR率)との和Rh+Rlは、EGR率Reに等しい。EGR率ReをHPLEGR率RhとLPLEGR率Rlとに分配する際の分配比率は、上述したように、図3のマップに従って、運転状態に応じてその目標値が定められている。全シリンダ吸入ガス中の空気の比率(空気比率)RaとHPLEGR率RhとLPLEGR率Rlとの和は1(100%)である。
FIG. 4B is a time chart showing temporal changes in the ratio Ra of fresh air in the cylinder intake gas, the ratio Rh of HPLEGR gas, and the ratio Rl of LPLEGR gas during the acceleration transient. The sum Rh + Rl of the ratio of HPLEGR gas (HPLEGR rate) and the ratio of LPLEGR gas (LPLEGR rate) in all cylinders intake gas is equal to the EGR rate Re. As described above, the target value for the distribution ratio when the EGR rate Re is distributed to the HPLEGR rate Rh and the LPLEGR rate Rl is determined according to the operating state according to the map of FIG. The sum of the air ratio (air ratio) Ra, the HPLEGR rate Rh, and the LPLEGR rate Rl in all the cylinder intake gases is 1 (100%).
時刻t1までは第1運転状態であり、時刻t1において第2運転状態への加速過渡が開始されたとする。この例では、第2運転状態に対応する目標EGR率Re2=0、従って、目標HPLEGR率Rh2=0、目標LPLEGR率Rl2=0、である。すなわち、時刻t1において、HPLEGR弁42の開度及びLPLEGR弁32の開度は、ともに全閉に制御される。
Until time t 1 is the first operating state, to at time t 1 and acceleration transition to the second operating state is initiated. In this example, the target EGR rate Re 2 = 0 corresponding to the second operating state, and therefore the target HPLEGR rate Rh 2 = 0 and the target LPLEGR rate Rl 2 = 0. That is, at time t 1, the opening degree of the opening and the
図4(A)は、スモーク限界噴射量の時間変化を示すタイムチャートである。スモーク限界噴射量Qcは、シリンダ吸入ガス中の空気比率Raと、シリンダ2に吸入される全ガス量Gcylと、に基づいて算出されるシリンダ吸入空気量Ga(=Gcyl×Ra)に応じて設定される。シリンダ吸入全ガス量Gcylは内燃機関1の運転状態に基づいて算出される。図4(A)に示したスモーク限界噴射量の制御は、上述したEGRガス量の制御(すなわちEGR弁の制御)と、それに応じた実際にシリンダ2に吸入されるEGRガス量の変化と、の間に生じる遅れについて考慮しない場合を示している。すなわち、時刻t1においてHPLEGR弁42の開度及びLPLEGR弁32の開度が全閉に制御された時点で、実際のシリンダ吸入ガスのHPLEGR率及びLPLEGR率が、第2運転状態に応じた制御目標値(目標HPLEGR率Rh2=0、目標LPLEGR率Rl2=0)に、遅れなく変化すると考えた場合を示している。この場合、時刻t1において、シリンダ吸入ガス中の空気比率は即座に第2運転状態に応じた目標空気比率Ra2=1に変化したと考えることになる。これに応じてスモーク限界噴射量Qcも、時刻t1において、第2運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Qc2に設定されることになる。なお、ここでは加速過渡状態を考えており、加速に伴ってターボチャージャ13による過給が行われるため、シリンダ吸入ガスの空気量は増加する。これに対応して、スモーク限界噴射量も時刻t1以降、Qc2より増加した値が設定される。
FIG. 4A is a time chart showing the change over time of the smoke limit injection amount. The smoke limit injection amount Qc is set according to the cylinder intake air amount Ga (= Gcyl × Ra) calculated based on the air ratio Ra in the cylinder intake gas and the total gas amount Gcyl sucked into the
しかしながら、上述したように、EGRガス量の制御には遅れが伴う。すなわち、時刻t1直後の時点では、インタークーラ8内等に残留しているLPLEGRガス(第1運転状態に応じた目標LPLEGRガス量に制御されていたLPLEGRガス)や吸気通路3内に残留しているHPLEGRガス(第1運転状態に応じた目標HPLEGRガス量に制御されていたHPLEGRガス)等がシリンダ2に吸入されるため、実際のシリンダ吸入ガス中のLPLEGRガス量やHPLEGRガス量は、即座には第2運転状態に対応する目標値(目標LPLEGRガス量=0、目標HPLEGRガス量=0)にはならないと考えられる。
However, as described above, there is a delay in the control of the EGR gas amount. That is, at the time just after time t 1, the remaining intercooler 8 within such a LPLEGR gas remaining (LPLEGR gas which has been controlled to the target LPLEGR gas amount corresponding to the first operating state) and the
従って、時刻t1直後の時点で、実際のシリンダ吸入ガス中の空気比率は第2運転状態に応じた目標空気比率Ra2より小さいと考えられる。そのため、時刻t1直後の時点でスモーク限界噴射量Qcを第2運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Qc2に設定してしまうと、実際のシリンダ吸入空気量に対して過大なスモーク限界噴射量が設定されることになり、運転状態によっては許容限度を超えるスモークが排出されてしまう虞がある。 Accordingly, it is considered that the actual air ratio in the cylinder intake gas is smaller than the target air ratio Ra 2 corresponding to the second operating state at a time point immediately after time t 1 . Therefore, the results in setting the smoke limit injection amount Qc to the target smoke limit injection amount Qc 2 corresponding to the second operating state at the time immediately after the timing of time t 1, the excessive smoke limit injection to the actual cylinder intake air quantity The amount is set, and smoke exceeding the allowable limit may be discharged depending on the operation state.
これに対して、シリンダ吸入ガスの目標EGR率が第2運転状態に応じた目標EGR率(Re2=0)に設定されてから、実際のシリンダ吸入ガスのEGR率が第2運転状態に応じた目標EGR率に変化するまでの遅れを考慮して、スモーク限界噴射量を第2運転状
態に応じた目標スモーク限界噴射量Qc2に設定することを遅らせることが考えられる。
On the other hand, after the target EGR rate of the cylinder intake gas is set to the target EGR rate (Re 2 = 0) corresponding to the second operation state, the actual EGR rate of the cylinder intake gas depends on the second operation state. was taking into account the delay until the change in the target EGR rate, it is conceivable to delay the setting the smoke limit injection amount to the target smoke limit injection amount Qc 2 corresponding to the second operating state.
図5(A)は、時刻t1においてHPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の開度が全閉に制御されてから、実際のシリンダ吸入ガスのEGR率が0になると判断される時刻t2まで、スモーク限界噴射量を第2運転状態に応じた目標値Qc2に設定することを遅らせた例を示している。
FIG. 5 (A), at time t 1 from the opening of
この場合、シリンダ吸入ガスのHPLEGR率及びLPLEGR率については、図5(B)に示すように、時刻t1においてHPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の開度が全閉に制御されてから、時刻t2においてシリンダ吸入ガスのEGR率が0になるまで、第1運転状態に応じた目標HPLEGR率Rh1及び目標LPLEGR率Rl1のまま変化しないと考えることを意味する。
In this case, for HPLEGR rate and LPLEGR ratio of the cylinder intake gas, as shown in FIG. 5 (B), the degree of opening of
しかしながら、図1に示すように、LPLEGRガスとHPLEGRガスとでは、EGR弁(LPLEGR弁32、HPLEGR弁42)を通過してからシリンダ2に吸入されるまでの間に、EGRガス(LPLEGRガス、HPLEGRガス)が流通する吸気系領域の容積等の条件が異なるため、EGRガス量の制御(すなわち、EGR弁開度の制御)と、それに応じた実際にシリンダ2に吸入されるEGRガス量の変化と、の間の応答特性は、HPLEGRガス量の制御とLPLEGRガス量の制御とでは相違する。具体的には、一般に、LPLEGR通路31はその搭載上の制約等によりその配管長がHPLEGR通路41より長くなる傾向があり、また、LPLEGRガスが流通する吸気系領域にはコンプレッサ11やインタークーラ8等の容量の大きな要素が存在することから、HPLEGRガス量制御の応答特性に対して、LPLEGRガス量制御の応答特性は遅い傾向がある。
However, as shown in FIG. 1, in the case of LPLEGR gas and HPLEGR gas, the EGR gas (LPLEGR gas, LPLGRGR gas, LPLGRGR gas, LPLGRGR gas, LPLEGR gas, Since the conditions such as the volume of the intake system region through which (HPLEGR gas) flows are different, the control of the EGR gas amount (that is, the control of the EGR valve opening degree) and the EGR gas amount actually sucked into the
従って、実際には、時刻t2においてシリンダ吸入ガス中のLPLEGRガス量が0になる前の時点で、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガス量が0に変化する応答は完了していると考えられる。そのため、実際にはHPLEGRガス量は既に0になっているにもかかわらず、シリンダ吸入ガス中に未だに第1運転状態に応じたHPLEGRガス量が存在していると考えて設定されているスモーク限界噴射量は、実際のシリンダ吸入空気量に対して過少であると考えられる。そのため、実際にはより多くの燃料を噴射できる状態であるにもかかわらず過剰に燃料噴射量が制限されることになり、加速性能が損なわれる虞がある。 Thus, in practice, at a time prior to LPLEGR gas amount in the cylinder intake gas at time t 2 is 0, the response HPLEGR gas amount in the cylinder intake gas is changed to 0 is considered to be completed. Therefore, although the HPLEGR gas amount has actually become 0, the smoke limit set based on the assumption that the HPLEGR gas amount corresponding to the first operating state still exists in the cylinder intake gas. The injection amount is considered to be too small relative to the actual cylinder intake air amount. For this reason, the fuel injection amount is excessively limited in spite of the fact that more fuel can be injected, and the acceleration performance may be impaired.
そこで、EGRガス量の制御目標値が変化する過渡状態において、このようなHPLEGRガス量制御及びLPLEGRガス量制御の応答特性の相違を考慮して、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガス量及びLPLEGRガス量の変化を別個に推定することが考えられる。 Therefore, in a transient state where the control target value of the EGR gas amount changes, considering the difference in response characteristics between the HPLEGR gas amount control and the LPLEGR gas amount control, the HPLEGR gas amount and the LPLEGR gas amount in the cylinder intake gas It is conceivable to estimate the changes in
図6は、このようなHPLEGRガス量制御及びLPLEGRガス量制御の応答特性の相違を考慮して、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガス量及びLPLEGRガス量の変化を推定した場合を示す。 FIG. 6 shows a case where changes in the HPLEGR gas amount and the LPLEGR gas amount in the cylinder intake gas are estimated in consideration of the difference in response characteristics between the HPLEGR gas amount control and the LPLEGR gas amount control.
図6(B)に示すように、時刻t1における加速過渡状態の開始とともに第2運転状態に対応する目標HPLEGR率Rh2=0及び目標LPLEGR率Rl2=0が設定され、これに応じてHPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の開度が全閉に制御される。そして、比較的応答特性の速いHPLEGR率が時刻t1より若干遅れた時刻t1’において第2運転状態に対応する目標HPLEGR率Rh2=0への変化を完了する。更に、HPLEGRガス量制御に比較して応答特性の遅いLPLEGR率が時刻t1’より遅れて時刻t2において第2運転状態に対応する目標LPLEGR率Rl2=0への変化を完
了すると推定する。
As shown in FIG. 6B, the target HPLEGR rate Rh 2 = 0 and the target LPLEGR rate Rl 2 = 0 corresponding to the second operation state are set at the start of the acceleration transient state at time t 1 , and accordingly, The opening degree of the
このように推定する場合、HPLEGR率の変化が完了し、且つ、LPLEGR率の変化が遅れている過渡期間(時刻t1’〜t2)においては、シリンダ2に吸入されるガスは、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1のLPLEGRガスと、残りの空気(新気)と、によって構成されていると推定する。従って、当該過渡期間におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ra’(6)は、Ra’(6)=Ra1+Rh1と推定されることになる。この過渡期間中の空気比率Ra’(6)は、図6(B)に示すように、第1運転状態に応じた目標空気比率Ra1より大きく、第2運転状態に応じた目標空気比率Ra2より小さい。これに応じて、過渡期間中のスモーク限界噴射量は、第1運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Qc1より大きく、第2運転状態に応じた目標スモーク限界噴射量Qc2より小さい値Qc’(6)に設定される。なお、過渡期間中における過給圧の上昇に伴ってスモーク限界噴射量もQc’(6)から増加していることは上述の場合と同様である。
When estimating in this way, in the transition period (time t 1 ′ to t 2 ) in which the change in the HPLEGR rate is completed and the change in the LPLEGR rate is delayed, the gas sucked into the
ところで、図6に示した過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの推定方法は、HPLEGR率の変化分ΔRh=Rh1−Rh2(=Rh1)に相当する割合のシリンダ吸入ガスの全てが空気によって置換され、LPLEGR率は第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1で一定という前提に基づいている。しかしながら、シリンダ吸入ガスは、HPLEGR通路41から吸気マニホールド17に供給されるHPLEGRガスと、HPLEGR通路41の接続箇所より上流側の吸気系領域内から吸気マニホールド17に供給されるガス(すなわち、新気及びLPLEGRガスの混合ガス)と、から構成されていると考えられるので、このHPLEGR率の変化分ΔRhに相当する割合のシリンダ吸入ガスは、HPLEGR通路41の接続箇所より上流側の吸気系領域内から供給されるガスによって置換されると考えることができる。本実施例では、このような考え方に基づいて、過渡期間中のシリンダ吸入ガスの組成の推定を行うこととした。
Incidentally, the cylinder intake gas estimation method during the transition period shown in FIG. 6 is such that all of the cylinder intake gas at a ratio corresponding to the change ΔRh = Rh 1 −Rh 2 (= Rh 1 ) of the HPLEGR rate is replaced by air. The LPLEGR rate is based on the premise that the LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the first operating state is constant. However, the cylinder intake gas includes the HPLEGR gas supplied from the HPLEGR passage 41 to the
以下、吸気通路3におけるHPLEGR通路41の接続箇所(すなわちHPLEGRガス流入口)より上流側であってLPLEGR通路31の接続箇所(すなわいLPLEGRガス流入口)より下流側の領域を「吸気系領域」と称する。上述したように、LPLEGRガス量制御の応答特性はHPLEGRガス量制御の応答特性に対して遅い傾向を有するが、これは、LPLEGR弁32の開度が変化しても、その時点でLPLEGR弁32より下流側の吸気系領域内に残留しているガスが全て掃気されてシリンダ2に吸入されるまでの間は、実際のシリンダ吸入ガス中のLPLEGRガス量に、LPLEGR弁32の開度変化が反映されないからである。この意味で、吸気系領域内に存在するガスを、ここでは「残留ガス」と称する。
Hereinafter, in the
吸気系領域内の残留ガスの組成は、時刻t1において第2運転状態への加速過渡状態が開始される直前までのある一定期間、定常的に内燃機関1が第1運転状態であったと仮定すると、第1運転状態に対応するLPLEGR率の制御目標値Rl1と、第1運転状態に対応する空気比率の制御目標値Ra1と、によって決まると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスには、
また、エアフローメータ7による新気量の測定値及びLPLEGRガス量(又はLPLEGR率)の制御目標値に基づいて残留ガスの組成を推定するようにしても良い。この場合、エアフローメータ7を通過して吸気系領域内に流入した空気及びLPLEGR弁32を通過して吸気系領域内に流入したLPLEGRガスが、吸気系領域を通過してシリンダ2に吸入されるまでの時間(吸気系領域内の残留ガスが掃気されるのに要する時間)を、吸気系領域の容積、シリンダ2の容積、内燃機関1の運転状態(回転数・負荷等)の履歴等に基づいて推定する。そして、エアフローメータ7による新気量の測定値及びLPLEGRガス量の制御値に対して、当該推定された時間に基づく遅れ処理を行うことによって、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ra_ic及びLPLEGRガスの比率Rl_icを推定するようにしても良い。
Further, the composition of the residual gas may be estimated based on the measured value of the fresh air amount by the air flow meter 7 and the control target value of the LPLEGR gas amount (or LPLEGR rate). In this case, the air that has flowed into the intake system region through the air flow meter 7 and the LPLEGR gas that has flowed into the intake system region through the
例えば、加速過渡状態になる以前において一定期間第1運転状態で定常的な運転が行われていたというような仮定が成り立たない一般的な運転状態である場合には、例えば次のようにして残留ガス中の空気の比率Ra_ic及びLPLEGRガスの比率Rl_icを推定することができる。ある時刻tにおけるエアフロメータ7による測定値Ga_bass(t)、LPLEGRガス量の制御マップ値Gl(t)、吸気系領域内残留ガスの掃気時間Δt、とした場合、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ra_ic(t)及びLPLEGRガスの比率Rl_ic(t)は、
また、吸気系領域内の残留ガスの組成が、吸気系領域内の位置によって異なる場合も考えられる。そのような場合には、吸気系領域内の位置xにおける残留ガス中の新気の比率Ra_ic(x)、LPLEGRガスの比率Rl_ic(x)を、上記のように運転状態の履歴、エアフロメータ測定値、LPLEGRガス量制御マップ値、吸気系領域容積等に基づいて算出し、それらの和や平均値等を計算することにより、吸気系領域内の残留ガス中の新気の比率Ra_ic及びLPLEGRガスの比率Rl_icを推定するようにしても良い。 In addition, the composition of the residual gas in the intake system region may be different depending on the position in the intake system region. In such a case, the fresh air ratio Ra_ic (x) and the LPLEGR gas ratio Rl_ic (x) in the residual gas at the position x in the intake system region, the operating state history, and the air flow meter measurement as described above. By calculating the value, LPLEGR gas amount control map value, intake system region volume, etc., and calculating the sum or average value thereof, the ratio of fresh air in the residual gas in the intake system region Ra_ic and LPLEGR gas The ratio Rl_ic may be estimated.
本実施例では、シリンダ吸入ガス中のHPLEGR率の変化分ΔRh(=Rh1−Rh2、HPLEGR率が減少する場合)が、残留ガスによって置換されると考える。すなわち、シリンダ吸入ガス中のHPLEGR率が第2運転状態に対応するHPLEGR率Rh2への変化を完了し、且つ、LPLEGR率が未だ第1運転状態に対応するLPLEGR
率Rl1であるような過渡期間においては、シリンダ2に吸入されるガスは、第1運転状態に対応する空気比率Ra1の割合で含まれる新気と、第2運転状態に対応するHPLEGR率Rh2の割合で含まれるHPLEGRガスと、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1の割合で含まれるLPLEGRガスと、HPLEGR率の変化分ΔRhの割合で含まれる吸気系領域内残留ガスと、によって構成されると考える。そして、残留ガス中には、上記のように、Ra_icの割合で新気が含まれ、Rl_icの割合でLPLEGRガスが含まれると考える。
In this embodiment, it is considered that the change ΔRh (= Rh 1 −Rh 2 , where the HPLEGR rate decreases) of the HPLEGR rate in the cylinder intake gas is replaced by the residual gas. That is, the HPLEGR rate in the cylinder intake gas has completed the change to the HPLEGR rate Rh 2 corresponding to the second operating state, and the LPLEGR rate still corresponds to the first operating state.
In the transition period such that the rate Rl 1 , the gas sucked into the
従って、過渡期間中におけるシリンダ吸入ガス中の空気比率Ra’及びLPLEGR率Rl’は、
また、シリンダ吸入ガス中のHPLEGRガス量Ghが変化した後のシリンダ吸入空気量Ga’は、当該HPLEGRガス量が変化する直前におけるシリンダ吸入空気量Gaと、HPLEGRガス量の変化分ΔGhに相当するガス量の吸気系領域内残留ガス中に含まれる空気量ΔGaと、の和と考えることもできる。ここで、HPLEGRガス量が変化する直前におけるシリンダ吸入空気量Gaは、エアフローメータ7による新気量の測定値Ga_bassに対して、吸気系領域内の残留ガスの掃気時間Δtに基づく遅れを考慮することによって計算できる。また、残留ガス中には上記のようにRa_icの比率で空気が含まれていると考える。従って、過渡期間中の時刻tにおけるシリンダ吸入空気量Ga’(t)は、
図7は、実施例の推定方法によって推定したシリンダ吸入ガス組成の時間変化と、それに基づいて設定したスモーク限界噴射量の時間変化と、を表すタイムチャートである。ここでは、上述した各場合と同様に、加速過渡状態において、HPLEGR率及びLPLEGR率の目標値がそれぞれ第2運転状態に対応する目標HPLEGR率Rh2=0及び目標LPLEGR率Rl2=0に設定される場合について説明する。 FIG. 7 is a time chart showing the time change of the cylinder intake gas composition estimated by the estimation method of the embodiment and the time change of the smoke limit injection amount set based on the change. Here, as in the cases described above, in the acceleration transient state, the target values of the HPLEGR rate and the LPLEGR rate are set to the target HPLEGR rate Rh 2 = 0 and the target LPLEGR rate Rl 2 = 0 corresponding to the second operating state, respectively. The case where it will be described.
図7(B)に示すように、時刻t1においてHPLEGR弁42及びLPLEGR弁32の開度が全閉に制御され、応答特性の速いHPLEGR率が時刻t1より若干遅れた時刻t1’において目標HPLEGR率Rh2=0への変化を完了する。更に、HPLEGR率より応答特性の遅いLPLEGR率が時刻t1’より遅れて時刻t2において目標LPLEGR率Rl2=0への変化を完了する。
As shown in FIG. 7 (B), at time t 1 the opening of
そして、HPLEGR率は第2運転状態に対応する目標値Rh2(=0)への変化を完
了し、且つ、LPLEGR率はその変化を完了していない過渡期間(時刻t1’〜t2)においては、シリンダ吸入ガスは、第1運転状態に対応する空気比率Ra1の空気と、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1のLPLEGRガスと、HPLEGR率の変化分ΔRh=Rh1−Rh2(=Rh1)に相当する割合の吸気系領域内残留ガスと、から構成されていると考える。
Then, the HPLEGR rate has completed the change to the target value Rh 2 (= 0) corresponding to the second operation state, and the LPLEGR rate has not completed the change (time t 1 ′ to t 2 ). , The cylinder intake gas includes air having an air ratio Ra 1 corresponding to the first operation state, LPLEGR gas having an LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the first operation state, and a change in HPLEGR rate ΔRh = Rh 1 −Rh. 2 (= Rh 1 ) and a residual gas in the intake system region at a rate corresponding to 2 (= Rh 1 ).
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、簡単のため時刻t1以前の一定期間内燃機関1が第1運転状態で定常的な運転をしていたとすると、上述のように、第1運転状態に対応する空気比率Ra1及びLPLEGR率Rl1によって決まる混合比率で空気及びLPLEGRガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、
従って、過渡期間中におけるシリンダ吸入ガス中の空気比率Ra’及びLPLEGR率Rl’は、
図6で例示したシリンダ吸入空気量の推定方法では、過渡期間中においてシリンダ2に
吸入されるガスのうち、HPLEGR率の変化分に相当する割合のガスは全て空気であると推定するため、それに基づいて設定されるスモーク限界噴射量Qc’(6)は、実際のシリンダ吸入空気量に対して過大な値となる可能性があり、運転状態によっては許容限度を超える量のスモークが発生する虞があった。
In the estimation method of the cylinder intake air amount illustrated in FIG. 6, it is estimated that all of the gas sucked into the
この点、図7で説明した本実施例の推定方法によれば、過渡期間中にシリンダ2に吸入されるガス中の空気量とLPLEGRガス量とを、吸気系領域内の残留ガスの組成に基づいて精度良く推定することができる。従って、過渡期間中のシリンダ吸入空気量を精度良く推定することができ、それに基づいて、図7(A)に示すように、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足のない適切なスモーク限界噴射量Qc’を設定することができる。これにより、過渡期間中において燃料噴射量がスモーク限界噴射量を超えてスモークの発生量が過剰に多くなったり、逆に過剰に燃料噴射量が制限されて加速性能・ドライバビリティが損なわれたりすることを抑制できる。
In this regard, according to the estimation method of the present embodiment described with reference to FIG. 7, the amount of air in the gas sucked into the
次に、本実施例の燃料噴射制御について、図8及び図9に基づいて説明する。図8は、本実施例に係る燃料噴射制御を行うためのルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは、内燃機関1の運転中一定のクランク角度毎にECU20により実行される。
Next, the fuel injection control of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing a routine for performing fuel injection control according to this embodiment. This routine is executed by the
本ルーチンが実行されると、まずステップS101において、ECU20は上述した各種センサによる出力に基づいて内燃機関1の運転状態が取得される。
When this routine is executed, first, in step S101, the
次に、ステップS102において、ECU20はステップS101において取得した内燃機関1の運転状態に基づいて基本要求噴射量Qを算出する。基本要求噴射量Qは、アクセル開度センサ15によって測定されるアクセル開度に基づく要求トルクを出力するように、内燃機関1の回転数等を考慮して算出される。
Next, in step S102, the
ステップS103において、ECU20は後述するスモーク限界噴射量Qcを算出する。スモーク限界噴射量Qcは、図9のフローチャートに示されるルーチンを実行することによって算出される。スモーク限界噴射量Qcを算出するルーチンについては後述する。
In step S103, the
ステップS104において、ステップS102で算出した基本要求噴射量Qと、ステップS103で算出したスモーク限界噴射量Qcとを比較する。ステップS104においてQ>Qcであると判定された場合には、ECU20はステップS105に進み、最終的な燃料噴射量指令値Qfinを、ステップS103で算出したスモーク限界噴射量Qcに設定する。一方、ステップS104においてQ≦Qcであると判定された場合には、ECU20はステップS106に進み、最終的な燃料噴射量指令値Qfinを、ステップS102で算出した基本要求噴射量Qに設定する。
In step S104, the basic required injection amount Q calculated in step S102 is compared with the smoke limit injection amount Qc calculated in step S103. If it is determined in step S104 that Q> Qc, the
ステップS107において、ECU20はステップS105又はステップS106において設定された燃料噴射量指令値Qfinの燃料噴射を実行する。
In step S107, the
次に、図9に基づいて、スモーク限界噴射量算出ルーチンについて説明する。このルーチンは図8に示した燃料噴射制御ルーチンと同じ周期で、当該燃料噴射制御ルーチンの直前にECU20により実行される。
Next, the smoke limit injection amount calculation routine will be described based on FIG. This routine is executed by the
本ルーチンが実行されると、まずステップS201において、ECU20は、吸気系領域内の残留ガスの掃気時間Δtを算出する。具体的には、内燃機関1の回転数・負荷・吸気圧・吸気温度等の運転状態の履歴、吸気系領域の容積、シリンダ2の容積等に基づいて、現時点でシリンダ2に吸入されている吸気系領域内残留ガス由来のガスが吸気系領域を通過するのに要した時間として計算する。
When this routine is executed, first, in step S201, the
ステップS202において、ECU20は、現時点tよりΔt以前のエアフローメータ7による新気量の測定値Ga_bass(t−Δt)を読み込む。
In step S202, the
ステップS203において、ECU20は、現時点tよりΔt以前のLPLEGRガス量の制御目標値Gl(t−Δt)を読み込む。
In step S203, the
ステップS204において、ECU20は、現時点tにおいてシリンダ2に吸入されている吸気系領域内残留ガス由来のガス組成を算出する。すなわち、当該残留ガス中の新気の比率Ra_ic(t)及びLPLEGRガスの比率Rl_ic(t)を、上述した式(3)及び式(4)に従って計算する。
In step S204, the
ステップS205において、ECU20は、シリンダ吸入ガスのHPLEGR率の変化分ΔRhを計算する。
In step S205, the
ステップS206において、ECU20は、シリンダ吸入ガスの空気比率Ra’を、上述した式(5)に従って計算する。
In step S206, the
ステップS207において、ECU20は、全シリンダ吸入ガス量Gcyl’を算出する。
In step S207, the
ステップS208において、ECU20は、シリンダ吸入空気量Ga’を、上述した式(7)に従って計算する。
In step S208, the
ステップS209において、ECU20は、ステップS208で算出したシリンダ吸入空気量Ga’に基づいてスモーク限界噴射量Qc’を算出する。
In step S209, the
以上説明したルーチンを実行することにより、シリンダ吸入ガス中の空気量を精度良く推定することができ、実際のシリンダ吸入空気量に対して過不足のない適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。従って、スモークの発生量が許容限度を超えて増加したり、燃料噴射量が過剰に制限されて加速性能やドライバビリティが低下することを抑制できる。 By executing the routine described above, the amount of air in the cylinder intake gas can be accurately estimated, and an appropriate smoke limit injection amount that is not excessive or insufficient with respect to the actual cylinder intake air amount can be set. It becomes possible. Therefore, it is possible to prevent the amount of smoke generated from exceeding an allowable limit, or the fuel injection amount from being excessively limited to reduce acceleration performance and drivability.
実施例1では、HPLEGR率及びLPLEGR率の目標値が減少する過渡状態であって、且つ、第2運転状態に応じた目標HPLEGR率及び目標LPLEGR率が共に0であるという比較的特別な場合について例示的に説明したが、本発明の思想は、より一般の過渡状態におけるシリンダ吸入空気量の推定に対しても適用することができることは論を俟たない。 In the first embodiment, a relatively special case where the target values of the HPLEGR rate and the LPLEGR rate are reduced and the target HPLEGR rate and the target LPLEGR rate corresponding to the second operating state are both 0. Although illustratively described, it is needless to say that the idea of the present invention can be applied to estimation of the cylinder intake air amount in a more general transient state.
本実施例では、HPLEGR率の目標値が、第1運転状態に対応するHPLEGR率Rh1から第2運転状態に対応するHPLEGR率Rh2(>0、Rh2<Rh1)に変化し、LPLEGR率の目標値が、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1から第2運転状態に対応するLPLEGR率Rl2(>0、Rl2<Rl1)に変化する過渡状態において、シリンダ吸入空気量の推定する例について、図10を用いて説明する。 In the present embodiment, the target value of the HPLEGR rate changes from the HPLEGR rate Rh 1 corresponding to the first operating state to the HPLEGR rate Rh 2 (> 0, Rh 2 <Rh 1 ) corresponding to the second operating state, and LPLEGR. In a transient state where the target value of the rate changes from the LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the first operating state to the LPLEGR rate Rl 2 (> 0, Rl 2 <Rl 1 ) corresponding to the second operating state, the cylinder intake air amount An example of the estimation will be described with reference to FIG.
図10(B)に示すように、時刻t1’においてHPLEGR率の第2運転状態に対応する目標値Rh2への変化が完了してから、時刻t2においてLPLEGR率の第2運転状態に対応する目標値Rl2への変化が完了するまでの過渡期間中においては、シリンダ吸入ガスは、第1運転状態に対応する空気比率Ra1の空気と、第1運転状態に対応する
LPLEGR率Rl1のLPLEGRガスと、HPLEGR率の変化分ΔRh=Rh1−Rh2に相当する割合の吸気系領域内残留ガスと、から構成されていると考える。
As shown in FIG. 10B, after the change to the target value Rh 2 corresponding to the second operating state of the HPLEGR rate is completed at time t 1 ′, the second operating state of the LPLEGR rate is reached at time t 2 . During the transition period until the change to the corresponding target value Rl 2 is completed, the cylinder intake gas includes air with an air ratio Ra 1 corresponding to the first operating state and an LPLEGR rate Rl corresponding to the first operating state. 1 LPLEGR gas and the residual gas in the intake system region at a ratio corresponding to the change in the HPLEGR rate ΔRh = Rh 1 −Rh 2 .
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、第1運転状態に対応する空気比率R1及びLPLEGR率Rl1によって決まる混合比率で新気及びLPLEGRガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、Ra1/(Ra1+Rl1)の比率で空気を含み、Rl1/(Ra1+Rl1)の比率でLPLEGRガスを含むガスであると考える。 The composition of the residual gas in the intake system region is considered to be a gas containing fresh air and LPLEGR gas at a mixing ratio determined by the air ratio R1 and the LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the first operating state. That is, the residual gas in the intake system area includes a air ratio of Ra 1 / (Ra 1 + Rl 1), considered to be a gas containing LPLEGR gas in a ratio of Rl 1 / (Ra 1 + Rl 1).
従って、過渡期間中のシリンダ吸入ガス中の空気比率Ra’及びLPLEGR率Rl’は、
このように推定された過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ra’と、シリンダ吸入全ガス量Gcyl’(内燃機関1の運転状態に基づいて算出される)と、に基づいて、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量Ga’を算出し、当該算出されたシリンダ吸入空気量Ga’に基づいて、図10(A)に示すように過渡期間中におけるスモーク限界噴射量Qc’を設定することにより、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量に対して適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。これにより、過渡期間中における燃料噴射量が過多となってスモーク発生量が許容限度を超えて増大することや、逆に燃料噴射量に無用な制限が課せられて加速性能やドライバビリティが低下することを、抑制することができる。 Based on the air ratio Ra ′ of the cylinder intake gas during the transient period estimated in this way and the cylinder intake total gas amount Gcyl ′ (calculated based on the operating state of the internal combustion engine 1), during the transient period By calculating the cylinder intake air amount Ga ′ at, and setting the smoke limit injection amount Qc ′ during the transient period as shown in FIG. 10A based on the calculated cylinder intake air amount Ga ′. It is possible to set an appropriate smoke limit injection amount for the cylinder intake air amount during the transition period. As a result, the fuel injection amount during the transition period becomes excessive and the smoke generation amount increases beyond the allowable limit, and conversely, an unnecessary limit is imposed on the fuel injection amount, resulting in a decrease in acceleration performance and drivability. This can be suppressed.
実施例1及び実施例2では、HPLEGR率及びLPLEGR率が減少する過渡状態について例示したが、本発明の思想は、HPLEGR率及びLPLEGR率が増加する過渡状態におけるシリンダ吸入空気量の推定に対しても適用することができる。 In the first embodiment and the second embodiment, the transient state in which the HPLEGR rate and the LPLEGR rate decrease is illustrated, but the idea of the present invention is based on the estimation of the cylinder intake air amount in the transient state in which the HPLEGR rate and the LPLEGR rate increase. Can also be applied.
本実施例では、HPLEGR率の目標値が、第1運転状態に対応するHPLEGR率Rh1から第2運転状態に対応するHPLEGR率Rh2(>Rh1)に変化し、LPLEGR率の目標値が、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1から第2運転状態に対応するLPLEGR率Rl2(>Rl1)に変化する過渡状態において、シリンダ吸入空気量を推定する例について、図11を用いて説明する。 In this embodiment, the target value of the HPLEGR rate changes from the HPLEGR rate Rh 1 corresponding to the first operating state to the HPLEGR rate Rh 2 (> Rh 1 ) corresponding to the second operating state, and the target value of the LPLEGR rate is FIG. 11 shows an example of estimating the cylinder intake air amount in a transient state where the LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the first operating state changes to the LPLEGR rate Rl 2 (> Rl 1 ) corresponding to the second operating state. I will explain.
図11(B)に示すように、時刻t1’においてHPLEGR率の第2運転状態に対応する目標値Rh2への変化が完了してから、時刻t2においてLPLEGR率の第2運転状態に対応する目標値Rl2への変化が完了するまでの過渡期間中においては、シリンダ吸入ガスは、第2運転状態に対応するHPLEGR率Rh2の割合で含まれるHPLEGRガスと、第1運転状態に対応する空気比率Ra1の割合の空気から、HPLEGR率の変化分ΔRh=Rh2−Rh1に相当する割合の吸気系領域内残留ガス中に含まれる空気の分が減少した空気と、第1運転状態に対応するLPLEGR率Rl1の割合のLPLEGRガスから、HPLEGR率の変化分ΔRhに相当する割合の吸気系領域内残留ガス中に含まれるLPLEGRガスの分が減少したLPLEGRガスと、から構成されていると考える。 As shown in FIG. 11B, after the change to the target value Rh 2 corresponding to the second operating state of the HPLEGR rate is completed at time t 1 ′, the second operating state of the LPLEGR rate is reached at time t 2 . during the corresponding transitional period until the change in the target value Rl 2 is completed, the cylinder intake gas, a HPLEGR gas contained in a proportion of HPLEGR rate Rh 2 corresponding to the second operating state, the first operating state The air in which the amount of air contained in the residual gas in the intake system region at a rate corresponding to the change ΔRh = Rh 2 −Rh 1 in the HPLEGR rate from the air at the rate of the corresponding air ratio Ra 1 has decreased, The LPLEGR gas contained in the residual gas in the intake system region at a rate corresponding to the change ΔRh of the HPLEGR rate from the LPLEGR rate at the rate of LPLEGR rate Rl 1 corresponding to the operating state. It is thought that it is composed of LPLEGR gas with a reduced amount of gas.
この吸気系領域内の残留ガスの組成は、第1運転状態に対応する空気比率R1及びLPLEGR率Rl1によって決まる混合比率で新気及びLPLEGRガスを含有するガスであると考えられる。すなわち、吸気系領域内の残留ガスは、
従って、過渡期間中の空気比率Ra’及びLPLEGR率Rl’は、
このように推定された過渡期間中におけるシリンダ吸入ガスの空気比率Ra’と、シリンダ吸入全ガス量Gcyl’(内燃機関1の運転状態に基づいて算出される)と、に基づいて、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量Ga’を算出し、当該算出されたシリンダ吸入空気量Ga’に基づいて、図11(A)に示すように過渡期間中におけるスモーク限界噴射量Qc’を設定することにより、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量に対して適切なスモーク限界噴射量を設定することが可能となる。これにより、過渡期間中における燃料噴射量が過多となってスモーク発生量が許容限度を超えて増大することや、逆に燃料噴射量に無用な制限が課せられて加速性能やドライバビリティが低下することを、抑制することができる。 Based on the air ratio Ra ′ of the cylinder intake gas during the transient period estimated in this way and the cylinder intake total gas amount Gcyl ′ (calculated based on the operating state of the internal combustion engine 1), during the transient period By calculating the cylinder intake air amount Ga ′ at, and setting the smoke limit injection amount Qc ′ during the transition period as shown in FIG. 11A based on the calculated cylinder intake air amount Ga ′. It is possible to set an appropriate smoke limit injection amount for the cylinder intake air amount during the transition period. As a result, the fuel injection amount during the transition period becomes excessive and the smoke generation amount increases beyond the allowable limit, and conversely, an unnecessary limit is imposed on the fuel injection amount, resulting in a decrease in acceleration performance and drivability. This can be suppressed.
ところで、HPLEGRガス及びLPLEGRガス中には空気が残存している場合がある。特に空気過剰率が1より大きい値に制御されることが多いディーゼルエンジンでは、排気中に残存している空気量は無視できない量になる。このような排気中の残存空気量、従ってEGRガス中の空気量をも考慮してシリンダ吸入空気量の推定を行うようにすれば、シリンダ吸入空気量の推定精度をより一層高めることができる。 By the way, air may remain in the HPLEGR gas and the LPLEGR gas. In particular, in a diesel engine where the excess air ratio is often controlled to a value greater than 1, the amount of air remaining in the exhaust gas is a non-negligible amount. If the cylinder intake air amount is estimated in consideration of the remaining air amount in the exhaust gas, and therefore the air amount in the EGR gas, the accuracy of estimation of the cylinder intake air amount can be further improved.
上記各実施例によれば、過渡期間中におけるシリンダ吸入空気量を精度良く推定できるが、ここでいうシリンダ吸入空気量は大気から吸気通路3内に流入した新気量に対応するものである。上記各実施例によれば、シリンダ吸入新気量だけでなく、シリンダに吸入されるHPLEGRガス量及びLPLEGRガス量も精度良く推定することができる。従って、シリンダに吸入されるHPLEGRガスやLPLEGRガス中に含まれる残存空気量を、空気過剰率の制御値や、HPLEGR通路容積、LPLEGR通路容積、吸気系領域の容積等に基づいて推定される遅れ時間等に基づいて推定し、シリンダに吸入されるHPLEGRガスやLPLEGRガス中の残存空気量をも考慮して、シリンダ吸入空気量の推定を行うようにすれば、シリンダ吸入空気量の推定精度をより一層向上させることができる。
According to each of the above embodiments, the cylinder intake air amount during the transition period can be accurately estimated, but the cylinder intake air amount here corresponds to the amount of fresh air flowing into the
また、上記各実施例では、吸気系領域内の残留ガス中の新気及びLPLEGRガスの比率を推定し、HPLEGRガス量の変化分が当該比率で新気及びLPLEGRガスを含有する残留ガスによって置換されるという考え方に基づいて過渡状態におけるシリンダ吸入空気量を推定するようにしたが、吸気系領域内の残留ガス中に含まれる空気量を推定し、当該推定された残留ガス中の空気量に基づいてシリンダ吸入空気量を推定するどのような推定モデルを用いることができる。 In each of the above embodiments, the ratio of fresh air and LPLEGR gas in the residual gas in the intake system region is estimated, and the change in the amount of HPLEGR gas is replaced by the residual gas containing fresh air and LPLEGR gas at the ratio. The cylinder intake air amount in the transient state is estimated based on the idea that the air is contained, but the air amount contained in the residual gas in the intake system region is estimated, and the estimated amount of air in the residual gas is calculated. Any estimation model for estimating the cylinder intake air amount can be used.
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気通路
4 排気通路
5 ノズルベーン
6 第1スロットル弁
7 エアフローメータ
8 インタークーラ
9 第2スロットル弁
10 排気浄化装置
11 コンプレッサ
12 タービン
13 ターボチャージャ
14 水温センサ
15 アクセル開度センサ
16 クランク角度センサ
17 吸気マニホールド
18 排気マニホールド
19 排気絞り弁
20 ECU
30 LPLEGR装置
31 LPLEGR通路
32 LPLEGR弁
33 LPLEGRクーラ
40 HPLEGR装置
41 HPLEGR通路
42 HPLEGR弁
43 HPLEGRクーラ
1
30
Claims (4)
前記内燃機関からの排気の一部を、前記吸気通路の前記HPLEGRガス流入口より上流側に設けられたLPLEGRガス流入口から前記吸気通路内へ流入させるLPLEGR装置と、
前記吸気通路に流入する空気量を測定するエアフローメータと、
前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記LPLEGR装置によって前記吸気通路内に流入するLPLEGRガス量と、前記吸気通路における前記LPLEGRガス流入口から前記HPLEGRガス流入口までの領域である吸気系領域の容積と、に基づいて、該吸気系領域内の空気量を推定する空気量推定手段と、
前記推定される吸気系領域内の空気量に基づいて、前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量を推定するシリンダ吸入空気量推定手段と、
前記推定されるシリンダ吸入空気量に基づいて、排気中のスモークの量を所定の許容限度以下にすることが可能な燃料噴射量の上限値であるスモーク限界噴射量を算出するスモーク限界噴射量算出手段と、
前記算出されるスモーク限界噴射量を超えないように燃料噴射量を制限する制御を行う燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。 An HPLEGR device that causes a part of exhaust gas from the internal combustion engine to flow into the intake passage from an HPLEGR gas inlet provided in the intake passage of the internal combustion engine;
An LPLEGR device that causes a portion of the exhaust from the internal combustion engine to flow into the intake passage from an LPLEGR gas inlet provided upstream of the HPLEGR gas inlet of the intake passage;
An air flow meter for measuring the amount of air flowing into the intake passage;
The measured value of the air amount by the air flow meter, the amount of LPLEGR gas flowing into the intake passage by the LPLEGR device, and the intake system region that is the region from the LPLEGR gas inlet to the HPLEGR gas inlet in the intake passage An air amount estimation means for estimating an air amount in the intake system region based on the volume of
Cylinder intake air amount estimating means for estimating the amount of air sucked into the cylinder of the internal combustion engine based on the estimated air amount in the intake system region;
Based on the estimated cylinder intake air amount, a smoke limit injection amount calculation that calculates a smoke limit injection amount that is an upper limit value of a fuel injection amount that can reduce the amount of smoke in the exhaust gas to a predetermined allowable limit or less. Means,
Fuel injection control means for performing control to limit the fuel injection amount so as not to exceed the calculated smoke limit injection amount;
An internal combustion engine control system comprising:
前記空気量推定手段は、前記吸気系領域の容積に基づいて、前記吸気系領域内に流入した空気及びLPLEGRガスが前記吸気系領域を輸送される時間を推定し、該推定される時間に基づいて、前記吸気系領域内の空気量を推定する手段である
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。 In claim 1,
The air amount estimation means estimates the time during which the air and LPLEGR gas flowing into the intake system region are transported through the intake system region based on the volume of the intake system region, and based on the estimated time An internal combustion engine control system characterized by being means for estimating the amount of air in the intake system region.
前記空気量推定手段は、前記エアフローメータによる空気量の測定値と、前記LPLEGRガス量と、前記吸気系領域の容積と、に基づいて、前記吸気系領域内を流通するガス中に含まれる空気の比率及びLPLEGRガスの比率を推定する手段であり、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、前記推定される比率で空気及びLPLEGRガスを含む前記吸気系領域内のガスと、前記HPLEGR装置によって前記吸気通路内に流入するHPLEGRガスと、の混合状態に基づいて、前記シリンダ吸入空気量を推定する手段である
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。 In claim 1 or 2,
The air amount estimation means includes air contained in the gas flowing in the intake system region based on the measured value of the air amount by the air flow meter, the LPLEGR gas amount, and the volume of the intake system region. And a ratio of the LPLEGR gas.
The cylinder intake air amount estimation means is based on a mixed state of the gas in the intake system region containing air and LPLEGR gas at the estimated ratio and the HPLEGR gas flowing into the intake passage by the HPLEGR device. A control system for an internal combustion engine, wherein the control system is a means for estimating the cylinder intake air amount.
前記シリンダに吸入されるガス中のHPLEGRガスの比率が変化する過渡状態において、
前記シリンダ吸入空気量推定手段は、当該HPLEGRガスの比率の変化分を、前記シリンダに吸入される前記吸気系領域内のガスの比率の変化分に置換することによって、前記シリンダ吸入空気量を推定する手段である
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。 In claim 3,
In a transient state where the ratio of HPLEGR gas in the gas sucked into the cylinder changes,
The cylinder intake air amount estimation means estimates the cylinder intake air amount by replacing a change in the ratio of the HPLEGR gas with a change in the ratio of the gas in the intake system region sucked into the cylinder. A control system for an internal combustion engine.
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