JP2017020414A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine that can accurately estimate an EGR rate while successfully reflecting temperature characteristics of a specific heat ratio on the basis of a state change of an air-fuel mixture in a compression stroke and thus can appropriately control the internal combustion engine.SOLUTION: In this control device for an internal combustion engine, a reference crank angle CA_REF immediately before combustion of an air-fuel mixture is started is set in accordance with an operating state of the internal combustion engine 3 (Step 5), and in the condition of the air-fuel mixture where the EGR rate is equal to a target EGR rate and an air-fuel ratio is a theoretical air-fuel ratio, reference cylinder inner pressure P_REF generated at the reference crank angle CA_REF is calculated on the basis of temperature characteristics of a specific heat ratio of the air-fuel mixture (Step 6). On the basis of a pressure difference ΔP between an actual cylinder inner pressure P_CPS detected by a cylinder inner pressure sensor 51 at the reference crank angle CA_REF and a reference cylinder inner pressure P_REF, an EGR rate R_EGR is estimated (Steps 9-11). In accordance with the EGR rate R_EGR, the internal combustion engine 3 is controlled (Figure 18).SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスの一部を吸気通路に還流させるEGR装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特にEGR率を推定し、EGR率に応じて内燃機関を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine including an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from the internal combustion engine to an intake passage, and more particularly to a control device that estimates an EGR rate and controls the internal combustion engine according to the EGR rate. About.

従来のEGR率の推定方法として、気筒に吸入される新気量をエアフローセンサで検出するとともに、吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて気筒に吸入される総ガス量を算出し、これらの新気量と総ガス量からEGR率を推定することが知られている。しかし、この推定方法を低圧EGR装置(ターボチャージャのタービンよりも下流側から排ガスを取り出し、吸気通路のコンプレッサよりも上流側に還流させるEGR装置)に用いた場合には、気筒までの外部EGRガスの流路が比較的長く、外部EGRガスが気筒内に到達するまでの遅れが大きいため、EGR率を精度良く推定することは困難である。   As a conventional method for estimating the EGR rate, the amount of fresh air sucked into the cylinder is detected by an air flow sensor, and the total amount of gas sucked into the cylinder is calculated based on the intake pressure detected by the intake pressure sensor. It is known to estimate the EGR rate from the fresh air amount and the total gas amount. However, when this estimation method is used in a low-pressure EGR device (an EGR device that extracts exhaust gas from the downstream side of the turbine of the turbocharger and returns it to the upstream side of the compressor of the intake passage), the external EGR gas up to the cylinders Since the flow path is relatively long and the delay until the external EGR gas reaches the cylinder is large, it is difficult to accurately estimate the EGR rate.

また、EGR率を推定する従来の他の方法として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この推定方法は、内燃機関の圧縮行程における混合気の状態変化がポリトロープ変化であることや、混合気の組成に応じて比熱比が変化することに着目したものである。具体的には、圧縮行程中の所定の2つのクランク角CA1、CA2において筒内圧P1、P2を筒内圧センサで検出し、これらの筒内圧P1、P2とクランク角CA1、CA2に対応する気筒容積V1、V2から、混合気の比熱比κを次式によって算出する。
κ = log(P1/P2)/log(V2/V1)
そして、算出された比熱比κに基づき、比熱比とEGR率(EGRガス濃度)との関係を規定した所定のテーブルを参照することによって、EGR率が算出される。
Further, as another conventional method for estimating the EGR rate, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. This estimation method focuses on the fact that the change in the state of the air-fuel mixture during the compression stroke of the internal combustion engine is a polytropic change, and that the specific heat ratio changes according to the composition of the air-fuel mixture. Specifically, in-cylinder pressures P1 and P2 are detected by in-cylinder pressure sensors at two predetermined crank angles CA1 and CA2 during the compression stroke, and cylinder volumes corresponding to these in-cylinder pressures P1 and P2 and crank angles CA1 and CA2 are detected. From V1 and V2, the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture is calculated by the following equation.
κ = log (P1 / P2) / log (V2 / V1)
Then, the EGR rate is calculated by referring to a predetermined table that defines the relationship between the specific heat ratio and the EGR rate (EGR gas concentration) based on the calculated specific heat ratio κ.

特開2008−231995号公報JP 2008-231995 A

上述した従来のEGR率の推定方法では、圧縮行程における混合気の状態変化がポリトロープ変化であることを前提とし、圧縮行程中に検出された筒内圧P1、P2の変化量に基づいて、混合気の比熱比が算出される。一方、実際の内燃機関の制御では、内燃機関の負荷や回転数などに応じて、点火時期が変更され、それに伴って混合気の燃焼の開始タイミングが変化するのが通常である。   In the above-described conventional EGR rate estimation method, it is assumed that the state change of the air-fuel mixture in the compression stroke is a polytropic change, and the air-fuel mixture is determined based on the amount of change in the in-cylinder pressures P1 and P2 detected during the compression stroke. The specific heat ratio is calculated. On the other hand, in actual control of the internal combustion engine, the ignition timing is usually changed according to the load and the rotational speed of the internal combustion engine, and the start timing of combustion of the air-fuel mixture is usually changed accordingly.

これに対し、従来の推定方法では、筒内圧P1、P2の検出タイミングとして、所定のクランク角CA1、CA2が一律に設定されているため、後側のクランク角CA2が混合気の実際の燃焼開始タイミングよりも遅くなる場合がある。その場合には、混合気の燃焼による圧力上昇によって、混合気の状態変化がポリトロープ変化に沿わなくなるため、比熱比の算出精度が低下してしまう。また、このような不具合を回避するために、例えば、後側のクランク角CA2をより進角側に設定した場合には、筒内圧P1、P2の圧力差を十分に確保できないおそれがあり、やはり比熱比を精度良く算出することができない。   On the other hand, in the conventional estimation method, since the predetermined crank angles CA1 and CA2 are uniformly set as the detection timings of the in-cylinder pressures P1 and P2, the rear crank angle CA2 is used to actually start the combustion of the air-fuel mixture. It may be later than the timing. In that case, since the change in the state of the mixture does not follow the change in the polytropy due to the pressure increase due to the combustion of the mixture, the accuracy of calculating the specific heat ratio is reduced. In order to avoid such a problem, for example, when the rear crank angle CA2 is set to a more advanced side, there is a possibility that a sufficient pressure difference between the in-cylinder pressures P1 and P2 cannot be secured. The specific heat ratio cannot be calculated with high accuracy.

また、混合気の比熱比は、温度に応じて変化するという温度特性を有するため、混合気の組成やEGR率が同じでも、圧縮行程での圧縮による混合気の温度上昇に伴って変化する。これに対し、従来の推定方法では、比熱比を算出する際にも、比熱比からEGR率を算出する際にも、比熱比の温度特性は考慮されておらず、この点からも比熱比及びEGR率の算出を精度良く行えない。   Further, since the specific heat ratio of the air-fuel mixture has a temperature characteristic that changes according to the temperature, even if the composition and EGR rate of the air-fuel mixture are the same, they change as the temperature of the air-fuel mixture increases due to compression in the compression stroke. On the other hand, in the conventional estimation method, neither the specific heat ratio nor the temperature characteristic of the specific heat ratio is taken into consideration when calculating the specific heat ratio or the EGR rate from the specific heat ratio. The EGR rate cannot be calculated accurately.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮行程における混合気の状態変化に基づき、比熱比の温度特性を良好に反映させながら、EGR率を精度良く推定できるとともに、推定したEGR率を用いて内燃機関を適切に制御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 to solve the above-described problems, and can accurately estimate the EGR rate while favorably reflecting the temperature characteristics of the specific heat ratio based on the change in the state of the air-fuel mixture in the compression stroke. Another object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can appropriately control the internal combustion engine using the estimated EGR rate.

上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、気筒3a内に燃料を直接、噴射するとともに、気筒3aから排気通路7に排出された排ガスの一部を外部EGRガスとして吸気通路6に還流させるEGR装置14を備える内燃機関の制御装置であって、気筒3a内に充填される混合気のEGR率R_EGRの目標となる目標EGR率TGT_EGRを設定する目標EGR率設定手段(ECU2、図20)と、気筒3a内の圧力を筒内圧PCYLとして検出する筒内圧センサ51と、内燃機関3の運転状態(点火時期IGLOG、吸気圧PBA、エンジン回転数NE)を検出する運転状態検出手段(吸気圧センサ56、クランク角センサ52、ECU2)と、検出された内燃機関3の運転状態に応じて、気筒3a内に充填された混合気の燃焼が開始される直前のクランク角を、基準クランク角CA_REFとして設定する基準クランク角設定手段(ECU2、図3のステップ5、図4)と、混合気のEGR率R_EGRが設定された目標EGR率TGT_EGRに等しく且つ混合気の空燃比が理論空燃比であるという条件で、混合気の比熱比の温度特性に基づき、設定された基準クランク角CA_REFにおいて発生する気筒3a内の圧力を、基準筒内圧P_REFとして算出する基準筒内圧算出手段(ECU2、図3のステップ6、図6)と、基準クランク角CA_REFにおいて筒内圧センサ51により検出された実筒内圧P_CPSと算出された基準筒内圧P_REFとの圧力差ΔPに基づき、混合気のEGR率R_EGRを推定するEGR率推定手段(ECU2、図3のステップ9〜11)と、推定されたEGR率R_EGRに応じて内燃機関3を制御する制御手段(ECU2、図18)と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to injecting fuel directly into the cylinder 3a and using a part of the exhaust gas discharged from the cylinder 3a to the exhaust passage 7 as an external EGR gas. 6 is a control device for an internal combustion engine that includes an EGR device 14 that recirculates to 6 and is a target EGR rate setting means (ECU2, ECU2) that sets a target EGR rate TGT_EGR that is a target of the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture charged in the cylinder 3a. 20), an in-cylinder pressure sensor 51 for detecting the pressure in the cylinder 3a as an in-cylinder pressure PCYL, and an operating state detecting means for detecting the operating state (ignition timing IGLOG, intake pressure PBA, engine speed NE) of the internal combustion engine 3. (The intake pressure sensor 56, the crank angle sensor 52, the ECU 2) and the air-fuel mixture filled in the cylinder 3a according to the detected operating state of the internal combustion engine 3. Reference crank angle setting means (ECU 2, step 5 in FIG. 3, FIG. 4) for setting the crank angle immediately before the start of firing as the reference crank angle CA_REF, and the target EGR rate in which the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture is set Based on the temperature characteristic of the specific heat ratio of the air-fuel mixture under the condition that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is equal to TGT_EGR and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio, the pressure in the cylinder 3a generated at the set reference crank angle CA_REF is Reference in-cylinder pressure calculation means (ECU 2, step 6 in FIG. 3, FIG. 6) that calculates as P_REF, and actual in-cylinder pressure P_CPS detected by the in-cylinder pressure sensor 51 at the reference crank angle CA_REF and the calculated reference in-cylinder pressure P_REF Based on the pressure difference ΔP, EGR rate estimation means (ECU2, FIG. 3) for estimating the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture Steps 9 to 11) and control means (ECU 2, FIG. 18) for controlling the internal combustion engine 3 in accordance with the estimated EGR rate R_EGR.

この内燃機関では、気筒内に燃料が直接、噴射されるとともに、気筒から排気通路に排出された排ガスの一部が、外部EGRガスとして吸気通路に還流する。本発明の内燃機関の制御装置では、混合気のEGR率の目標となる目標EGR率が設定されるとともに、筒内圧(気筒内の圧力)が筒内圧センサによって検出される。また、検出された内燃機関の運転状態に応じて、混合気の燃焼が開始される直前のクランク角が、基準クランク角として設定され、さらに、この基準クランク角において発生する気筒内の圧力が、基準筒内圧として算出される。この基準筒内圧の算出は、EGR率が目標EGR率に等しく且つ空燃比が理論空燃比であるという混合気の組成の条件で、混合気の比熱比の温度特性に基づいて行われる。   In this internal combustion engine, fuel is directly injected into the cylinder, and part of the exhaust gas discharged from the cylinder to the exhaust passage returns to the intake passage as external EGR gas. In the control device for an internal combustion engine of the present invention, a target EGR rate that is a target of the EGR rate of the air-fuel mixture is set, and the in-cylinder pressure (pressure in the cylinder) is detected by the in-cylinder pressure sensor. Further, according to the detected operating state of the internal combustion engine, the crank angle immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture is set as the reference crank angle, and the pressure in the cylinder generated at this reference crank angle is Calculated as the reference in-cylinder pressure. The calculation of the reference in-cylinder pressure is performed based on the temperature characteristic of the specific heat ratio of the air-fuel mixture under the condition of the air-fuel mixture composition in which the EGR rate is equal to the target EGR rate and the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio.

前述したように、混合気の比熱比は、基本的に混合気の組成に応じて定まるとともに、混合気の温度に応じて変化するという温度特性を有する。したがって、混合気のEGR率が目標EGR率に等しく且つ混合気の空燃比が理論空燃比であるという条件で、基準筒内圧の算出を、比熱比の温度特性に基づいて行うことによって、混合気の比熱比の温度特性を反映させながら、基準筒内圧を一義的かつ適切に求めることができる。   As described above, the specific heat ratio of the air-fuel mixture basically has a temperature characteristic that is determined according to the composition of the air-fuel mixture and changes according to the temperature of the air-fuel mixture. Therefore, by calculating the reference in-cylinder pressure based on the temperature characteristics of the specific heat ratio under the condition that the EGR rate of the air-fuel mixture is equal to the target EGR rate and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio, The reference in-cylinder pressure can be determined uniquely and appropriately while reflecting the temperature characteristics of the specific heat ratio.

また、本発明によれば、基準クランク角において検出された筒内圧を実筒内圧として求め、実筒内圧と基準筒内圧との圧力差に基づいて、EGR率が推定される。この実筒内圧には、外部EGRガスを含む混合気の実際の組成とそれに応じた温度や比熱比が反映される。したがって、実筒内圧と基準筒内圧との圧力差に基づいて、EGR率を推定できる。   According to the present invention, the in-cylinder pressure detected at the reference crank angle is obtained as the actual in-cylinder pressure, and the EGR rate is estimated based on the pressure difference between the actual in-cylinder pressure and the reference in-cylinder pressure. The actual in-cylinder pressure reflects the actual composition of the air-fuel mixture containing the external EGR gas and the temperature and specific heat ratio corresponding to the actual composition. Therefore, the EGR rate can be estimated based on the pressure difference between the actual in-cylinder pressure and the reference in-cylinder pressure.

また、基準クランク角は、混合気の燃焼の開始直前のクランク角であり、検出された内燃機関の運転状態に応じて設定される。このような基準クランク角の設定により、燃焼がまだ行われず、混合気の状態変化がポリトロープ変化に保たれた状態で、実筒内圧を取得するとともに、実筒内圧と基準筒内圧との大きな圧力差を確保できる。したがって、この圧力差に基づき、比熱比の温度特性を良好に反映させながら、EGR率を精度良く推定することができる。また、精度良く推定されたEGR率に応じて内燃機関を制御するので、内燃機関の制御を適切に行うことができる。   The reference crank angle is a crank angle immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture, and is set according to the detected operating state of the internal combustion engine. With this reference crank angle setting, the actual in-cylinder pressure is acquired while combustion is not yet performed and the change in the state of the air-fuel mixture is maintained in the polytropic change, and a large pressure between the actual in-cylinder pressure and the reference in-cylinder pressure is obtained. A difference can be secured. Therefore, based on this pressure difference, the EGR rate can be accurately estimated while favorably reflecting the temperature characteristic of the specific heat ratio. In addition, since the internal combustion engine is controlled according to the EGR rate estimated with high accuracy, the internal combustion engine can be controlled appropriately.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、EGR装置14は、排気通路7における過給機(ターボチャージャ13)のタービン23よりも下流側から吸気通路6における過給機のコンプレッサ21よりも上流側に、外部EGRガスを還流させるように構成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the control device for the internal combustion engine according to claim 1, wherein the EGR device 14 is provided in the intake passage 6 from the downstream side of the turbine 23 of the supercharger (turbocharger 13) in the exhaust passage 7. An external EGR gas is recirculated upstream of the compressor 21 of the supercharger.

上記のように構成されるEGR装置は、いわゆる低圧EGR装置であり、外部EGRガスの流路が比較的長いため、外部EGRガスが気筒に到達するまでの遅れが大きい傾向がある。上述したように、本発明では、EGR率の推定を、気筒内の実際の圧力である実筒内圧とその基準筒内圧をパラメータとして行うので、低圧EGR装置の場合にも、外部EGRガスの遅れの影響を受けることなくEGR率を精度良く推定でき、したがって、本発明による効果を特に有効に得ることができる。   The EGR device configured as described above is a so-called low pressure EGR device, and since the flow path of the external EGR gas is relatively long, the delay until the external EGR gas reaches the cylinder tends to be large. As described above, in the present invention, the EGR rate is estimated using the actual in-cylinder pressure, which is the actual pressure in the cylinder, and the reference in-cylinder pressure as parameters. Therefore, even in the case of a low-pressure EGR device, the delay of the external EGR gas Therefore, the EGR rate can be estimated with high accuracy without being affected by the above-described effects, and therefore, the effect of the present invention can be obtained particularly effectively.

請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置において、運転状態検出手段は、内燃機関3の運転状態として、点火時期IGLOG、気筒3aに吸入される吸気の圧力(吸気圧PBA)、及び内燃機関3の回転数NEを検出し、基準クランク角設定手段は、検出された点火時期IGLOG、吸気圧力及び内燃機関3の回転数NEに応じて、基準クランク角CA_REFを設定すること(図4)を特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the internal combustion engine control apparatus according to the first or second aspect, the operating state detecting means includes the ignition timing IGLOG and the pressure of the intake air sucked into the cylinder 3a as the operating state of the internal combustion engine 3. (Intake pressure PBA) and the rotational speed NE of the internal combustion engine 3 are detected, and the reference crank angle setting means determines the reference crank angle CA_REF according to the detected ignition timing IGLOG, intake air pressure and the rotational speed NE of the internal combustion engine 3. Is set (FIG. 4).

前述したように、基準クランク角は、混合気の燃焼の開始直前のクランク角として設定される。また、混合気の燃焼の開始タイミングは、点火時期の影響をダイレクトに受けるとともに、吸気圧力に応じて変化し、また、クランク角で表される場合には、内燃機関の回転数に応じて変化する。この構成によれば、検出されたこれらの3つのパラメータに応じて、基準クランク角を設定するので、基準クランク角の設定を、内燃機関の実際の運転状態に応じて適切に行うことができ、基準クランク角における基準筒内圧及び実筒内圧を適切に得ることができる。なお、本明細書における各種のパラメータの「検出」には、パラメータを、センサなどで直接、検出することの他、演算によって推定することなども含まれる。   As described above, the reference crank angle is set as the crank angle immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture. In addition, the combustion start timing of the air-fuel mixture is directly affected by the ignition timing and changes according to the intake pressure. When expressed by the crank angle, it changes according to the rotational speed of the internal combustion engine. To do. According to this configuration, since the reference crank angle is set according to these detected three parameters, the reference crank angle can be appropriately set according to the actual operating state of the internal combustion engine, The reference in-cylinder pressure and the actual in-cylinder pressure at the reference crank angle can be appropriately obtained. In addition, “detection” of various parameters in the present specification includes not only detecting the parameters directly with a sensor but also estimating them by calculation.

請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、圧縮行程において混合気の圧縮が開始される圧縮開始時のクランク角を、初期クランク角(吸気閉弁タイミングIVC)として取得する初期クランク角取得手段(吸気位相センサ53、ECU2)と、圧縮開始時における気筒3a内の温度を、初期筒内温度T_STRTとして取得する初期筒内温度取得手段(吸気温センサ57、吸気位相センサ53、排気位相センサ54、ECU2、図6のステップ32)と、圧縮開始時における気筒3a内の圧力を、初期筒内圧(吸気圧PBA)として取得する初期筒内圧取得手段(吸気圧センサ56)と、をさらに備え、基準筒内圧算出手段は、基準クランク角CA_REFと、取得された初期クランク角、初期筒内温度T_STRT及び初期筒内圧と、目標EGR率TGT_EGRに応じ、混合気の比熱比の温度特性に基づいて、基準筒内圧P_REFを算出すること(図6のステップ33)を特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the crank angle at the start of compression at which compression of the air-fuel mixture is started in the compression stroke is set to an initial crank angle (intake air). Initial crank angle acquisition means (intake phase sensor 53, ECU 2) acquired as valve closing timing IVC) and initial in-cylinder temperature acquisition means (intake cylinder temperature T_STRT) that acquires the temperature in cylinder 3a at the start of compression as initial in-cylinder temperature T_STRT. The temperature sensor 57, the intake phase sensor 53, the exhaust phase sensor 54, the ECU 2, step 32 in FIG. 6, and the initial in-cylinder pressure acquisition that acquires the pressure in the cylinder 3a at the start of compression as the initial in-cylinder pressure (intake pressure PBA). Means (intake pressure sensor 56), and the reference in-cylinder pressure calculating means includes the reference crank angle CA_REF, the acquired initial crank angle, A period cylinder temperature T_STRT and initial cylinder pressure, according to the target EGR rate TGT_EGR, based on the temperature characteristics of the specific heat ratio of the gas mixture, to calculate the reference in-cylinder pressure P_REF (steps 33 in FIG. 6), wherein.

基準筒内圧は、混合気の燃焼の開始直前に相当する基準クランク角において発生する筒内圧であるため、基準クランク角に応じて変化するとともに、混合気の圧縮の開始タイミングや、圧縮開始時における混合気の温度及び圧力に応じて変化する。また、EGR率が変更されると、混合気の組成が変化し、それに応じて比熱比が変化するため、基準筒内圧はEGR率に応じて変化する。以上の関係から、この構成によれば、基準筒内圧を、基準クランク角と、圧縮開始時の初期クランク角、初期筒内温度及び初期筒内圧と、目標EGR率に応じて算出するので、基準筒内圧の算出を適切に行うことができる。   The reference in-cylinder pressure is an in-cylinder pressure generated at a reference crank angle corresponding to immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture. Therefore, the reference in-cylinder pressure changes according to the reference crank angle, and at the start of compression of the air-fuel mixture, It varies depending on the temperature and pressure of the gas mixture. Further, when the EGR rate is changed, the composition of the air-fuel mixture changes, and the specific heat ratio changes accordingly. Therefore, the reference in-cylinder pressure changes according to the EGR rate. From the above relationship, according to this configuration, the reference in-cylinder pressure is calculated according to the reference crank angle, the initial crank angle at the start of compression, the initial in-cylinder temperature and the initial in-cylinder pressure, and the target EGR rate. The in-cylinder pressure can be calculated appropriately.

請求項5に係る発明は、請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関の回転数NEを検出する回転数検出手段(クランク角センサ52)と、内燃機関3を冷却する冷却水の温度TWを検出する冷却水温度検出手段(水温センサ59)と、をさらに備え、基準筒内圧算出手段は、検出された内燃機関3の回転数NE及び冷却水温度TWに応じて基準筒内圧P_REFを補正すること(図6のステップ34、35)を特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the fourth aspect, a rotational speed detection means (crank angle sensor 52) for detecting the rotational speed NE of the internal combustion engine, and cooling water for cooling the internal combustion engine 3 Cooling water temperature detecting means (water temperature sensor 59) for detecting the temperature TW of the engine, and the reference in-cylinder pressure calculating means includes a reference in-cylinder pressure according to the detected rotational speed NE of the internal combustion engine 3 and the cooling water temperature TW. It is characterized by correcting P_REF (steps 34 and 35 in FIG. 6).

この構成によれば、検出された内燃機関の回転数及び冷却水温度に応じて基準筒内圧を補正することによって、気筒内と外部との間で授受される熱の影響を補償することができる。   According to this configuration, by correcting the reference in-cylinder pressure according to the detected rotation speed of the internal combustion engine and the coolant temperature, it is possible to compensate for the influence of heat transferred between the cylinder and the outside. .

請求項6に係る発明は、請求項4又は5に記載の内燃機関の制御装置において、EGR率推定手段は、基準クランク角CA_REFと、初期クランク角、初期筒内温度T_STRT及び初期筒内圧に応じ、混合気の比熱比の温度特性に基づいて、圧力差ΔPに対するEGR率R_EGRの傾きを表すEGR係数C_EGRを算出するとともに、算出されたEGR係数C_EGRを圧力差ΔPに乗算した値に、目標EGR率TGT_EGRを加算することによって、EGR率R_EGRを算出すること(図3のステップ7、11、図13)を特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the fourth or fifth aspect, the EGR rate estimating means is responsive to the reference crank angle CA_REF, the initial crank angle, the initial in-cylinder temperature T_STRT, and the initial in-cylinder pressure. Based on the temperature characteristic of the specific heat ratio of the air-fuel mixture, the EGR coefficient C_EGR representing the slope of the EGR rate R_EGR with respect to the pressure difference ΔP is calculated, and the target EGR is multiplied by the value obtained by multiplying the calculated EGR coefficient C_EGR by the pressure difference ΔP. It is characterized by calculating the EGR rate R_EGR by adding the rate TGT_EGR (steps 7, 11 and 13 in FIG. 3).

基準筒内圧は、EGR率が目標EGR率のときに発生する筒内圧である。このため、実際のEGR率が目標EGR率と等しくなったときには、実筒内圧が基準筒内圧に一致し、両者の圧力差は0になり、実EGR率と目標EGR率との差であるEGR率差が大きいほど、圧力差は大きくなる。また、図5に示すように、この圧力差はEGR率と線形関係(EGR率差と比例関係)にあるとともに、その傾き(比例定数)が吸気条件及び圧縮条件に応じて変化するという特性が認められている。   The reference in-cylinder pressure is an in-cylinder pressure generated when the EGR rate is the target EGR rate. For this reason, when the actual EGR rate becomes equal to the target EGR rate, the actual in-cylinder pressure coincides with the reference in-cylinder pressure, the pressure difference between the two becomes 0, and the difference between the actual EGR rate and the target EGR rate is EGR. The greater the rate difference, the greater the pressure difference. Further, as shown in FIG. 5, the pressure difference has a linear relationship with the EGR rate (proportional relationship with the EGR rate difference), and the slope (proportional constant) varies depending on the intake conditions and the compression conditions. It recognized.

以上の関係から、この構成によれば、EGR率を推定する際、まず、圧力差に対するEGR率の傾きを表すEGR係数を、基準クランク角、初期クランク角、初期筒内温度及び初期筒内圧に応じて算出する。これにより、基準筒内圧の算出に用いられるパラメータのうち、目標EGR率以外のパラメータを用い、混合気の吸気・圧縮条件を反映させながら、EGR係数を適切に算出できる。また、算出したEGR係数を圧力差に乗算した値に目標EGR率を加算することによって、EGR率を算出するので、EGR率を精度良く推定することができる。   From the above relationship, according to this configuration, when estimating the EGR rate, first, the EGR coefficient representing the slope of the EGR rate with respect to the pressure difference is set to the reference crank angle, the initial crank angle, the initial in-cylinder temperature, and the initial in-cylinder pressure. Calculate accordingly. As a result, among the parameters used for calculating the reference in-cylinder pressure, parameters other than the target EGR rate can be used to appropriately calculate the EGR coefficient while reflecting the intake / compression conditions of the air-fuel mixture. Moreover, since the EGR rate is calculated by adding the target EGR rate to the value obtained by multiplying the calculated EGR coefficient by the pressure difference, the EGR rate can be estimated with high accuracy.

請求項7に係る発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、筒内圧センサ51は、筒内圧を検出するための圧力検出素子と、圧力検出素子から出力される信号を増幅し、出力する増幅回路とを有し、圧力検出素子及び増幅回路が、気筒3a内に燃料を噴射する燃料噴射弁4に一体に設けられていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to any one of the first to sixth aspects, the in-cylinder pressure sensor 51 is output from a pressure detection element for detecting the in-cylinder pressure, and the pressure detection element. The pressure detection element and the amplifier circuit are provided integrally with the fuel injection valve 4 that injects fuel into the cylinder 3a.

上記のように構成される筒内圧センサは、その圧力検出素子及び増幅回路が燃料噴射弁に一体に設けられているため、点火動作によるノイズや他の気筒の燃料噴射弁の噴射動作によるノイズの影響を受けにくい。このため、筒内圧センサによる実筒内圧の検出精度が高められることで、EGR率の推定精度をさらに向上させることができる。   The in-cylinder pressure sensor configured as described above has a pressure detection element and an amplifier circuit provided integrally with the fuel injection valve. Not easily affected. For this reason, the detection accuracy of the actual in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor is enhanced, and thus the estimation accuracy of the EGR rate can be further improved.

本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a control apparatus. EGR率の推定処理のメインフローである。It is a main flow of the estimation process of an EGR rate. 基準クランク角の設定処理を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows a reference crank angle setting process. 実筒内圧−基準筒内圧の圧力差とEGR率及び目標EGR率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure difference of an actual cylinder pressure-reference | standard cylinder pressure, an EGR rate, and a target EGR rate. 基準筒内圧の算出処理を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows the calculation process of the reference in-cylinder pressure. 基準筒内圧マップの入出力関係を示す図である。It is a figure which shows the input / output relationship of a reference | standard cylinder pressure map. 混合気の各成分の比熱比の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the specific heat ratio of each component of an air-fuel | gaseous mixture. 圧縮行程におけるクランク角に対する混合気の比熱比の関係の例を、EGRガスが存在しない場合と存在する場合について示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship of the specific heat ratio of the air-fuel | gaseous mixture with respect to the crank angle in a compression stroke about the case where EGR gas does not exist and the case where it exists. 基準筒内圧マップにおける、基準クランク角及び吸気閉弁タイミングに対する基準筒内圧の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the reference in-cylinder pressure with respect to a reference | standard crank angle and an intake valve closing timing in a reference in-cylinder pressure map. 基準筒内圧マップにおける、初期筒内温度に対する基準筒内圧の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the reference in-cylinder pressure with respect to the initial in-cylinder temperature in a reference | standard in-cylinder pressure map. 基準筒内圧マップにおける、吸気圧に対する基準筒内圧の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the reference in-cylinder pressure with respect to intake pressure in a reference in-cylinder pressure map. EGR係数の算出処理を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows the calculation process of an EGR coefficient. EGR係数マップの入出力関係を示す図である。It is a figure which shows the input-output relationship of an EGR coefficient map. EGR係数マップにおける、基準クランク角及び吸気閉弁タイミングに対するEGR係数の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the EGR coefficient with respect to a reference | standard crank angle and an intake valve closing timing in an EGR coefficient map. EGR係数マップにおける、初期筒内温度に対するEGR係数の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the EGR coefficient with respect to the initial in-cylinder temperature in an EGR coefficient map. EGR係数マップにおける、吸気圧に対するEGR係数の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the EGR coefficient with respect to intake pressure in an EGR coefficient map. EGR率を用いた点火時期の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 of the ignition timing using an EGR rate. 変形例による基準筒内圧の算出処理を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows the calculation process of the reference in-cylinder pressure by a modification. 目標EGR率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 target EGR rate. 基準筒内圧マップにおける、目標EGR率に対する基準筒内圧の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the reference in-cylinder pressure with respect to the target EGR rate in a reference in-cylinder pressure map.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示すように、本発明を適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えば4つの気筒3aを有するガソリンエンジンであり、車両(図示せず)に動力源として搭載されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 to which the present invention is applied is, for example, a gasoline engine having four cylinders 3a, and is mounted as a power source in a vehicle (not shown). .

エンジン3の各気筒3aには、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)4及び点火プラグ5が、気筒3aの燃焼室(図示せず)に臨むように設けられている。インジェクタ4は、燃焼室内に燃料を直接、噴射するタイプのものである。点火プラグ5からの火花の放電によって、燃料と空気との混合気が点火され、燃焼が行われる。インジェクタ4からの燃料噴射量及び燃料噴射時期と点火プラグ5の点火時期IGLOGは、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(図2参照)。   Each cylinder 3 a of the engine 3 is provided with a fuel injection valve (hereinafter referred to as “injector”) 4 and a spark plug 5 so as to face a combustion chamber (not shown) of the cylinder 3 a. The injector 4 is of a type that directly injects fuel into the combustion chamber. The spark discharge from the spark plug 5 ignites the fuel / air mixture and burns it. The fuel injection amount and fuel injection timing from the injector 4 and the ignition timing IGLOG of the spark plug 5 are controlled by a control signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 2 (see FIG. 2).

なお、本実施形態において「混合気」は、気筒3aに充填され、燃焼に供される筒内ガスであり、後述するEGR装置14による排気還流(外部EGR)が行われる場合には、外部EGRガスを含むものである。   In the present embodiment, the “air mixture” is an in-cylinder gas that is charged into the cylinder 3a and used for combustion. When exhaust gas recirculation (external EGR) is performed by the EGR device 14 described later, external EGR is performed. It contains gas.

エンジン3の各気筒3aには、その内部の圧力(筒内圧)を検出する筒内圧センサ51が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ51は、インジェクタ一体型のものであり、図示しないが、燃焼室に臨み、筒内圧をピックアップする圧力検出素子や、圧力検出素子からの信号を増幅し、出力する増幅回路などが、インジェクタ4に一体に組み付けられている。筒内圧センサ51で検出された筒内圧PCYLを表す検出信号は、ECU2に入力される。   Each cylinder 3a of the engine 3 is provided with an in-cylinder pressure sensor 51 that detects an internal pressure (in-cylinder pressure). In this embodiment, the in-cylinder pressure sensor 51 is of an injector integrated type, and although not shown, faces the combustion chamber and amplifies and outputs a pressure detection element that picks up the in-cylinder pressure and a signal from the pressure detection element. An amplifier circuit or the like is integrally assembled with the injector 4. A detection signal representing the in-cylinder pressure PCYL detected by the in-cylinder pressure sensor 51 is input to the ECU 2.

また、エンジン3は、可変吸気位相機構11、可変排気位相機構12、ターボチャージャ13及びEGR装置14などを備えている。   The engine 3 also includes a variable intake phase mechanism 11, a variable exhaust phase mechanism 12, a turbocharger 13, an EGR device 14, and the like.

可変吸気位相機構11は、エンジン3のクランクシャフトに対する吸気弁(いずれも図示せず)の相対的な位相(以下「吸気位相」という)CAINを無段階に変更するものであり、吸気位相制御モータ11a(図2参照)などを備えている。吸気位相制御モータ11aは、ECU2からの制御信号に応じて、クランクシャフトに対して吸気カムシャフト(図示せず)を相対的に回転させ、両者の相対角度を変化させることによって、吸気位相CAINを無段階に変更する。   The variable intake phase mechanism 11 changes the relative phase (hereinafter referred to as “intake phase”) CAIN of an intake valve (both not shown) with respect to the crankshaft of the engine 3 in a stepless manner. 11a (see FIG. 2) and the like. The intake phase control motor 11a rotates the intake camshaft (not shown) relative to the crankshaft in response to a control signal from the ECU 2, and changes the relative angle between the two to change the intake phase CAIN. Change to stepless.

同様に、可変排気位相機構12は、クランクシャフトに対する排気弁(図示せず)の相対的な位相(以下「排気位相」という)CAEXを無段階に変更するものであり、排気位相制御モータ12a(図2参照)などを備えている。排気位相制御モータ12aは、ECU2からの制御信号に応じて、クランクシャフトに対して排気カムシャフト(図示せず)を相対的に回転させ、両者の相対角度を変化させることによって、排気位相CAEXを無段階に変更する。   Similarly, the variable exhaust phase mechanism 12 changes the relative phase (hereinafter referred to as “exhaust phase”) CAEX of an exhaust valve (not shown) with respect to the crankshaft continuously, and the exhaust phase control motor 12a ( Etc.). The exhaust phase control motor 12a rotates the exhaust camshaft (not shown) relative to the crankshaft in accordance with a control signal from the ECU 2, and changes the relative angle between the two to change the exhaust phase CAEX. Change to stepless.

これらの可変吸気位相機構11及び可変排気位相機構12は、吸気位相CAINと排気位相CAEXの変更によって、吸気弁及び排気弁の開閉弁タイミングをそれぞれ制御するとともに、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップによる内部EGRを制御するのに用いられる。   The variable intake phase mechanism 11 and the variable exhaust phase mechanism 12 control the timing of opening and closing the intake valve and the exhaust valve by changing the intake phase CAIN and the exhaust phase CAEX, respectively, and valve overflow between the intake valve and the exhaust valve. Used to control internal EGR by wrapping.

ターボチャージャ13は、吸気通路6に設けられたコンプレッサ21と、排気通路7に設けられ、シャフト22を介してコンプレッサ21に一体に連結されたタービン23を備えている。排気通路7を流れる排ガスによってタービン23が駆動され、それと一体にコンプレッサ21が回転することによって、吸気が過給される。また、ウェイストゲートバルブ(図示せず)などをECU2からの制御信号で制御することで、過給圧が調整される。   The turbocharger 13 includes a compressor 21 provided in the intake passage 6 and a turbine 23 provided in the exhaust passage 7 and integrally connected to the compressor 21 via a shaft 22. The turbine 23 is driven by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 7, and the compressor 21 rotates integrally therewith, whereby the intake air is supercharged. Further, the supercharging pressure is adjusted by controlling a waste gate valve (not shown) or the like with a control signal from the ECU 2.

吸気通路6には、上流側から順に、吸気絞り弁25、ターボチャージャ13のコンプレッサ21、過給によって昇温した吸気を冷却するためのインタークーラ26、及びスロットル弁27が設けられている。吸気絞り弁25は、その下流側に外部EGRガスを導入するための負圧を発生させるものであり、その開度は、ECU2からの制御信号に応じ、LPアクチュエータ25aを介して制御される。   In the intake passage 6, an intake throttle valve 25, a compressor 21 of the turbocharger 13, an intercooler 26 for cooling intake air whose temperature has been increased by supercharging, and a throttle valve 27 are provided in this order from the upstream side. The intake throttle valve 25 generates a negative pressure for introducing the external EGR gas downstream thereof, and its opening degree is controlled via the LP actuator 25a in accordance with a control signal from the ECU 2.

スロットル弁27は、吸気通路6の吸気マニホルド6aよりも上流側に配置されている。スロットル弁27の開度は、ECU2からの制御信号に応じ、THアクチュエータ27aを介して制御され、それにより、気筒3aに吸入される筒内ガス量が制御される。   The throttle valve 27 is disposed upstream of the intake manifold 6 a in the intake passage 6. The opening degree of the throttle valve 27 is controlled via the TH actuator 27a in accordance with a control signal from the ECU 2, thereby controlling the in-cylinder gas amount sucked into the cylinder 3a.

排気通路7のタービン23よりも下流側には、三元触媒28が設けられている。三元触媒28は、活性状態において、排ガス中のHCやCOを酸化するとともに、NOxを還元することによって、排ガスを浄化する。   A three-way catalyst 28 is provided downstream of the turbine 23 in the exhaust passage 7. In the active state, the three-way catalyst 28 purifies the exhaust gas by oxidizing HC and CO in the exhaust gas and reducing NOx.

EGR装置14は、気筒3aから排気通路7に排出された排ガスの一部を、EGR通路41を介し、外部EGRガスとして吸気通路6に還流させるものである。図1に示すように、EGR通路41は、排気通路7のタービン23及び三元触媒28よりも下流側と、吸気通路6のコンプレッサ21と吸気絞り弁25との間に接続されている。この構成により、外部EGRガスは、排ガスがタービン23に対して仕事を行った後の状態で取り出されるため、比較的低圧になる。すなわち、EGR装置14は、いわゆる低圧EGR装置として構成されている。   The EGR device 14 recirculates a part of the exhaust gas discharged from the cylinder 3a into the exhaust passage 7 to the intake passage 6 as an external EGR gas via the EGR passage 41. As shown in FIG. 1, the EGR passage 41 is connected downstream of the turbine 23 and the three-way catalyst 28 in the exhaust passage 7 and between the compressor 21 and the intake throttle valve 25 in the intake passage 6. With this configuration, the external EGR gas has a relatively low pressure because the exhaust gas is taken out after the exhaust gas has worked on the turbine 23. That is, the EGR device 14 is configured as a so-called low pressure EGR device.

EGR通路41の途中には、EGR弁42と、外部EGRガスを冷却するためのEGRクーラ43が設けられている。EGR弁42の開度は、ECU2からの制御信号に応じ、EGRアクチュエータ42aを介して制御され、それにより、外部EGRガス量が制御される。   In the middle of the EGR passage 41, an EGR valve 42 and an EGR cooler 43 for cooling the external EGR gas are provided. The opening degree of the EGR valve 42 is controlled via the EGR actuator 42a in accordance with a control signal from the ECU 2, thereby controlling the external EGR gas amount.

また、エンジン3には、その運転状態を検出するために、前述した筒内圧センサ51に加えて、以下のような各種のセンサが設けられている(図2参照)。   In addition to the in-cylinder pressure sensor 51 described above, the engine 3 is provided with various sensors as described below in order to detect the operating state (see FIG. 2).

クランク角センサ52は、クランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角度ごとに、パルス信号であるCRK信号及びTDC信号をECU2に出力する。CRK信号は、所定のクランク角度(例えば0.5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を算出する。   The crank angle sensor 52 outputs a CRK signal and a TDC signal, which are pulse signals, to the ECU 2 for each predetermined crank angle as the crankshaft rotates. The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 0.5 degrees). The ECU 2 calculates the engine speed (hereinafter referred to as “engine speed”) NE of the engine 3 based on the CRK signal.

また、TDC信号は、いずれかの気筒3aにおいて、エンジン3のピストン(図示せず)が吸気TDC(上死点)付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン3が4気筒の場合には、クランク角度180度ごとに出力される。ECU2は、TDC信号およびCRK信号に応じて、TDC信号の出力タイミングを基準とするクランク角CAを、気筒3aごとに算出する。また、ECU2は、TDC信号及びCRK信号に応じて、所定のクランク角度(例えば30度)ごとに、クランク角ステージFISTG(=0〜23)を算出し、割り当てる。   Further, the TDC signal is a signal indicating that the piston (not shown) of the engine 3 is in a predetermined crank angle position near the intake TDC (top dead center) in any of the cylinders 3a. Thus, when the engine 3 has four cylinders, it is output every crank angle of 180 degrees. The ECU 2 calculates a crank angle CA based on the output timing of the TDC signal for each cylinder 3a in accordance with the TDC signal and the CRK signal. Further, the ECU 2 calculates and assigns a crank angle stage FISTG (= 0 to 23) for each predetermined crank angle (for example, 30 degrees) according to the TDC signal and the CRK signal.

また、可変吸気位相機構11を取り付けた吸気カムシャフト、及び可変排気位相機構12を取り付けた排気カムシャフトには、吸気位相センサ53及び排気位相センサ54がそれぞれ設けられている。吸気位相センサ53は、吸気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角度(例えば0.5度)ごとに、パルス信号であるCAMIN信号をECU2に出力する。ECU2は、このCAMIN信号とCRK信号に基づき、吸気位相CAINを算出する。同様に、排気位相センサ54は、排気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角度(例えば0.5度)ごとに、CAMEX信号をECU2に出力する。ECU2は、このCAMEX信号とCRK信号に基づき、排気位相CAEXを算出する。   The intake camshaft to which the variable intake phase mechanism 11 is attached and the exhaust camshaft to which the variable exhaust phase mechanism 12 is attached are provided with an intake phase sensor 53 and an exhaust phase sensor 54, respectively. The intake phase sensor 53 outputs a CAMIN signal, which is a pulse signal, to the ECU 2 at every predetermined cam angle (for example, 0.5 degrees) as the intake camshaft rotates. The ECU 2 calculates the intake phase CAIN based on the CAMIN signal and the CRK signal. Similarly, the exhaust phase sensor 54 outputs a CAMEX signal to the ECU 2 at every predetermined cam angle (for example, 0.5 degrees) as the exhaust camshaft rotates. The ECU 2 calculates the exhaust phase CAEX based on the CAMEX signal and the CRK signal.

また、吸気通路6には、吸気絞り弁25の上流側にエアフローセンサ55が設けられ、スロットル弁27の下流側の吸気チャンバ6bに、吸気圧センサ56及び吸気温センサ57が設けられている。エアフローセンサ55は、気筒3aに吸入される空気(新気)の量(吸入空気量)GAIRを検出し、吸気圧センサ56は、吸気圧PBAを絶対圧として検出し、吸気温センサ57は、気筒3aに吸入される、外部EGRガスを含む吸気の温度(吸気温)TAを検出する。これらの検出信号はECU2に入力される。   Further, in the intake passage 6, an air flow sensor 55 is provided on the upstream side of the intake throttle valve 25, and an intake pressure sensor 56 and an intake air temperature sensor 57 are provided in the intake chamber 6 b on the downstream side of the throttle valve 27. The air flow sensor 55 detects the amount (intake air amount) GAIR of air (fresh air) sucked into the cylinder 3a, the intake pressure sensor 56 detects the intake pressure PBA as an absolute pressure, and the intake air temperature sensor 57 An intake air temperature (intake air temperature) TA including the external EGR gas sucked into the cylinder 3a is detected. These detection signals are input to the ECU 2.

排気通路7のタービン23と三元触媒28との間には、LAFセンサ58が設けられている。LAFセンサ58は、理論空燃比を含む広い空燃比領域において、三元触媒28に流入する排ガス中の酸素濃度を連続的に検出し、その検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この検出信号に基づき、排ガスの当量比KACTを算出する。   A LAF sensor 58 is provided between the turbine 23 and the three-way catalyst 28 in the exhaust passage 7. The LAF sensor 58 continuously detects the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 28 in a wide air-fuel ratio region including the stoichiometric air-fuel ratio, and outputs a detection signal to the ECU 2. The ECU 2 calculates the exhaust gas equivalent ratio KACT based on this detection signal.

さらに、ECU2には、水温センサ59からエンジン3を冷却する冷却水の温度(以下「エンジン水温」という)TWを表す検出信号が、アクセル開度センサ60から、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、それぞれ入力される。   Further, the ECU 2 receives a detection signal indicating the temperature TW of the cooling water for cooling the engine 3 from the water temperature sensor 59 (hereinafter referred to as “engine water temperature”) TW from the accelerator opening sensor 60 and an accelerator pedal (not shown) of the vehicle. Detection signals representing the amount of depression (hereinafter referred to as “accelerator opening”) AP are respectively input.

ECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、前述した各種のセンサの検出信号などに応じて、エンジン3の運転状態を判別し、インジェクタ4の燃料噴射量や点火プラグ5の点火時期IGLOGの制御などを含むエンジン制御を実行する。   The ECU 2 is composed of a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, an I / O interface (all not shown), and the like. The ECU 2 determines the operating state of the engine 3 according to the detection signals of the various sensors described above, and executes engine control including control of the fuel injection amount of the injector 4 and the ignition timing IGLOG of the spark plug 5.

また、本実施形態では特に、ECU2は、気筒3a内に充填される混合気のEGR率R_EGRを推定するとともに、推定したEGR率R_EGRに応じて点火時期IGLOGを制御する。なお、混合気のEGR率R_EGRは、混合気(筒内ガス)の総量に対するEGRガス量の比率として定義される。   Further, particularly in the present embodiment, the ECU 2 estimates the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture charged in the cylinder 3a, and controls the ignition timing IGLOG according to the estimated EGR rate R_EGR. The EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture is defined as the ratio of the EGR gas amount to the total amount of the air-fuel mixture (cylinder gas).

本実施形態では、ECU2が、目標EGR率設定手段、基準クランク角設定手段、基準筒内圧算出手段、EGR率推定手段、制御手段、初期クランク角取得手段、及び初期筒内温度取得手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 2 corresponds to target EGR rate setting means, reference crank angle setting means, reference in-cylinder pressure calculation means, EGR rate estimation means, control means, initial crank angle acquisition means, and initial in-cylinder temperature acquisition means. .

図20は、ECU2で実行される、目標EGR率TGT_EGRの設定処理を示す。本処理では、まずステップ61において、アクセル開度AP及びエンジン回転数NEに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、要求トルクTRQCMDを算出する。次に、要求トルクTRQCMD及びエンジン回転数NEに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、目標EGR率TGT_EGRを算出し(ステップ62)、本処理を終了する。目標EGR率TGT_EGRが設定されると、それに応じた制御信号がEGRアクチュエータ42aに出力され、EGR弁42の開度が制御されることで、EGR率R_EGRが目標EGR率TGT_EGRに制御される。   FIG. 20 shows the target EGR rate TGT_EGR setting process executed by the ECU 2. In this process, first, in step 61, a required torque TRQCMD is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the accelerator opening AP and the engine speed NE. Next, a target EGR rate TGT_EGR is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the required torque TRQCMD and the engine speed NE (step 62), and this process is terminated. When the target EGR rate TGT_EGR is set, a control signal corresponding to the target EGR rate TGT_EGR is output to the EGR actuator 42a, and the opening degree of the EGR valve 42 is controlled, whereby the EGR rate R_EGR is controlled to the target EGR rate TGT_EGR.

なお、上述した目標EGR率TGT_EGRの設定処理は一例であり、他の適当な設定方法を採用することが可能である。例えば、上記の要求トルクTRQCMDに代えて、エンジン3の負荷を表す他のパラメータ、例えば吸入空気量GAIRや燃料噴射量などを用いて、目標EGR率TGT_EGRを設定してもよく、さらにノッキングの発生状況などに応じた補正を加えてもよい。   Note that the above-described setting process of the target EGR rate TGT_EGR is merely an example, and other appropriate setting methods can be employed. For example, instead of the required torque TRQCMD, the target EGR rate TGT_EGR may be set using other parameters indicating the load of the engine 3, such as the intake air amount GAIR and the fuel injection amount, and further occurrence of knocking Corrections according to the situation may be added.

次に、ECU2で実行されるEGR率R_EGRの推定処理について説明する。図3は、そのメインフローを示す。本処理は、気筒3aごとに、前述したクランク角ステージFISTGの切替周期と同じ周期(例えばクランク角度30度ごと)で、繰り返し実行される。なお、筒内圧センサ51で検出された筒内圧PCYLに直接、関連する処理は、本処理とは別個に、CRK信号の発生周期と同じ周期(例えばクランク角度0.5度ごと)で実行され、例えば、検出された筒内圧PCYLがクランク角CAに対応して記憶される。   Next, an estimation process for the EGR rate R_EGR executed by the ECU 2 will be described. FIG. 3 shows the main flow. This process is repeatedly executed for each cylinder 3a at the same cycle (for example, every 30 degrees of crank angle) as the switching cycle of the crank angle stage FISTG described above. In addition, the process directly related to the in-cylinder pressure PCYL detected by the in-cylinder pressure sensor 51 is executed at the same cycle as the CRK signal generation cycle (for example, every 0.5 degrees of crank angle) separately from the present process. For example, the detected in-cylinder pressure PCYL is stored corresponding to the crank angle CA.

図3の推定処理では、まずステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、クランク角ステージFISTGが、吸気TDC(上死点)に相当する第1所定値STG1に等しいか否かを判別する。この判別結果がYESで、当該気筒3aが吸気行程に移行した直後の段階にあるときには、吸気関連パラメータを取得する(ステップ2)。具体的には、吸気関連パラメータとして、吸気温TA、エンジン水温TW及び排気位相CAEXを読み出すとともに、ECU2のRAMの所定領域に記憶する。その後、本処理を終了する。   In the estimation process of FIG. 3, first, in step 1 (illustrated as “S1”, the same applies hereinafter), it is determined whether or not the crank angle stage FISTG is equal to a first predetermined value STG1 corresponding to intake TDC (top dead center). To do. When the determination result is YES and the cylinder 3a is in a stage immediately after the transition to the intake stroke, an intake-related parameter is acquired (step 2). Specifically, the intake air temperature TA, the engine water temperature TW, and the exhaust gas phase CAEX are read as intake-related parameters and stored in a predetermined area of the ECU 2 RAM. Thereafter, this process is terminated.

前記ステップ1の判別結果がNOのときには、クランク角ステージFISTGが、圧縮BDC(下死点)に相当する第2所定値STG2に等しいか否かを判別する(ステップ3)。この判別結果がYESで、当該気筒3aが圧縮行程に移行した直後の段階にあるときには、圧縮関連パラメータを取得する(ステップ4)。具体的には、圧縮関連パラメータとして、検出された吸気圧PBA、エンジン回転数NE及び吸気位相CAINと、その時点で設定されている点火時期IGLOGを読み出すとともに、ECU2のRAMの所定領域に記憶する。   If the determination result in step 1 is NO, it is determined whether or not the crank angle stage FISTG is equal to a second predetermined value STG2 corresponding to the compression BDC (bottom dead center) (step 3). When the determination result is YES and the cylinder 3a is in a stage immediately after the transition to the compression stroke, a compression related parameter is acquired (step 4). Specifically, the detected intake pressure PBA, engine speed NE, intake phase CAIN, and ignition timing IGLOG set at that time are read out as compression-related parameters and stored in a predetermined area of the RAM of the ECU 2. .

次に、基準クランク角CA_REFの設定処理を実行する(ステップ5)。この設定処理は、混合気の燃焼が開始される直前のタイミングを予測し、基準クランク角CA_REFとして設定するものである。図4はそのサブルーチンを示す。   Next, a reference crank angle CA_REF setting process is executed (step 5). This setting process predicts the timing immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture and sets it as the reference crank angle CA_REF. FIG. 4 shows the subroutine.

本処理では、まずステップ21において、前記ステップ4で取得した吸気圧PBA及びエンジン回転数NEに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、遅角補正量ΔC_CAを算出する。この遅角補正量ΔC_CAは、点火時期IGLOGで点火プラグ5による点火動作が行われた後、混合気が着火し、燃焼が開始されるまでの着火遅れ時間に相当し、クランク角度で表される。吸気圧PBAが低いほど、混合気が着火しにくくなり、また、エンジン回転数NEが高いほど、同じ着火遅れ時間に対応するクランク角度は大きくなる。このため、上記のマップでは、遅角補正量ΔC_CAは、吸気圧PBAが低いほど、また、エンジン回転数NEが高いほど、より大きくなるように設定されている。   In this process, first, in step 21, a retardation correction amount ΔC_CA is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the intake pressure PBA and the engine speed NE acquired in step 4. This retard correction amount ΔC_CA corresponds to the ignition delay time from when the ignition operation is performed by the spark plug 5 at the ignition timing IGLOG to when the air-fuel mixture is ignited and combustion is started, and is represented by the crank angle. . The lower the intake pressure PBA, the more difficult it is for the air-fuel mixture to ignite, and the higher the engine speed NE, the larger the crank angle corresponding to the same ignition delay time. Therefore, in the above map, the retardation correction amount ΔC_CA is set to be larger as the intake pressure PBA is lower and the engine speed NE is higher.

次に、前記ステップ4で取得した点火時期IGLOGから遅角補正量ΔC_CAを減算した値を、基準クランク角CA_REFとして設定し(ステップ22)、本処理を終了する。なお、この基準クランク角CA_REFは、各気筒3aの圧縮TDCを原点(0度)とし、進角側を正として表される(図10参照)。   Next, a value obtained by subtracting the retardation correction amount ΔC_CA from the ignition timing IGLOG acquired in step 4 is set as a reference crank angle CA_REF (step 22), and this process is terminated. The reference crank angle CA_REF is expressed with the compression TDC of each cylinder 3a as the origin (0 degree) and the advance side as positive (see FIG. 10).

図3に戻り、上記ステップ5に続くステップ6では、基準筒内圧P_REFの算出処理を実行する。この基準筒内圧P_REFは、混合気のEGR率R_EGRが図20の処理で設定された目標EGR率TGT_EGRに等しく、且つ混合気の空燃比が理論空燃比であるという条件で、上記の基準クランク角において発生する筒内圧である。その算出処理の詳細については、後述する。   Returning to FIG. 3, in step 6 following step 5, the reference in-cylinder pressure P_REF is calculated. The reference in-cylinder pressure P_REF is equal to the reference crank angle under the condition that the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture is equal to the target EGR rate TGT_EGR set in the processing of FIG. 20 and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio. This is the in-cylinder pressure generated at. Details of the calculation process will be described later.

次に、EGR係数C_EGRの算出処理を実行し(ステップ7)、本処理を終了する。図5に示すように、このEGR係数C_EGRは、圧力差ΔP(後述する実筒内圧P_CPSと基準筒内圧P_REFとの差)とEGR率差ΔEGR(実EGR率R_EGRと目標EGR率TGT_EGRとの差)の間に、比例関係が認められることから、その傾き(=ΔEGR/ΔP)をEGR係数C_EGRと定義したものである。その算出処理の詳細については、後述する。   Next, an EGR coefficient C_EGR calculation process is executed (step 7), and this process ends. As shown in FIG. 5, the EGR coefficient C_EGR is a difference between a pressure difference ΔP (a difference between an actual in-cylinder pressure P_CPS and a reference in-cylinder pressure P_REF described later) and an EGR rate difference ΔEGR (a difference between the actual EGR rate R_EGR and the target EGR rate TGT_EGR ), A proportional relationship is recognized, and the slope (= ΔEGR / ΔP) is defined as the EGR coefficient C_EGR. Details of the calculation process will be described later.

前記ステップ3の判別結果がNOのときには、クランク角ステージFISTGが、圧縮TDC(上死点)に相当する第3所定値STG3に等しいか否かを判別する(ステップ8)。この判別結果がNOのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ8の判別結果がYESで、当該気筒3aが圧縮行程が終了した直後の段階にあるときには、ステップ5で設定した基準クランク角CA_REFにおいて検出された筒内圧PCYLを、RAMから読み出し、実筒内圧P_CPSとして取得する(ステップ9)。   When the determination result in step 3 is NO, it is determined whether or not the crank angle stage FISTG is equal to a third predetermined value STG3 corresponding to compression TDC (top dead center) (step 8). When this determination result is NO, this process is terminated as it is. On the other hand, when the determination result in step 8 is YES and the cylinder 3a is in a stage immediately after the compression stroke is finished, the in-cylinder pressure PCYL detected at the reference crank angle CA_REF set in step 5 is read from the RAM, Acquired as in-cylinder pressure P_CPS (step 9).

次に、取得した実筒内圧P_CPSとステップ6で算出された基準筒内圧P_REFとの差(=P_CPS−P_REF)を、圧力差ΔPとして算出する(ステップ10)。次に、これまでに算出した圧力差ΔP及びEGR係数C_EGRと目標EGR率TGT_EGRを用い、次式(A)によって、混合気のEGR率R_EGRを算出し(ステップ11)、本処理を終了する。
R_EGR = ΔP×C_EGR+TGT_EGR ・・・(A)
なお、この式(A)は、上述したEGR係数C_EGRの定義を表す次式(A)’から直接、導き出される(図5参照)。
C_EGR = ΔEGR/ΔP
=(R_EGR−TGT_EGR)/ΔP ・・・(A)’
Next, a difference (= P_CPS−P_REF) between the acquired actual in-cylinder pressure P_CPS and the reference in-cylinder pressure P_REF calculated in step 6 is calculated as a pressure difference ΔP (step 10). Next, using the pressure difference ΔP and EGR coefficient C_EGR calculated so far and the target EGR rate TGT_EGR, the EGR rate R_EGR of the air-fuel mixture is calculated according to the following equation (A) (step 11), and this process ends.
R_EGR = ΔP × C_EGR + TGT_EGR (A)
The equation (A) is directly derived from the following equation (A) ′ that represents the definition of the EGR coefficient C_EGR described above (see FIG. 5).
C_EGR = ΔEGR / ΔP
= (R_EGR−TGT_EGR) / ΔP (A) ′

次に、図6を参照しながら、図3のステップ6で実行される基準筒内圧P_REFの算出処理について説明する。本処理では、まずステップ31において、前記ステップ2で取得した吸気位相CAINから、吸気弁の閉弁タイミング(以下「吸気閉弁タイミング」という)IVCを算出する。この吸気閉弁タイミングIVCは、前述した基準クランク角CA_REFと同様、圧縮TDCを原点(0度)とし、進角側を正とするクランク角で表される。   Next, the reference in-cylinder pressure P_REF calculation process executed in step 6 of FIG. 3 will be described with reference to FIG. In this process, first, in step 31, the intake valve closing timing (hereinafter referred to as “intake valve closing timing”) IVC is calculated from the intake phase CAIN acquired in step 2. The intake valve closing timing IVC is represented by a crank angle in which the compression TDC is the origin (0 degree) and the advance side is positive, like the reference crank angle CA_REF described above.

この吸気閉弁タイミングIVCが圧縮行程中に設定される場合、混合気の圧縮は実質的に吸気弁の閉弁時から開始されるので、吸気閉弁タイミングIVCは、圧縮開始時のクランク角(初期クランク角)に相当する。また、吸気圧PBAは、圧縮開始時における筒内圧(初期筒内圧)に相当する。   When the intake valve closing timing IVC is set during the compression stroke, the compression of the air-fuel mixture is substantially started when the intake valve is closed. Therefore, the intake valve closing timing IVC is determined by the crank angle ( This corresponds to the initial crank angle. The intake pressure PBA corresponds to the in-cylinder pressure (initial in-cylinder pressure) at the start of compression.

次に、吸気温TA、吸気位相CAIN及び排気位相CAEXに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、圧縮開始時における気筒3a内の温度である初期筒内温度T_STRTを算出する(ステップ32)。上記のパラメータのうち、吸気位相CAIN及び排気位相CAEXは、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップによる内部EGRが実行される場合に、内部EGR量に応じた筒内温度の上昇を反映させるためのものである。このため、上記のマップでは、初期筒内温度T_STRTは、吸気温TAが高いほど、また、吸気位相CAIN及び排気位相CAEXに対しては、バルブオーバーラップが大きい側に位置するほど、より高い値に設定されている。   Next, by searching a predetermined map (not shown) according to the intake air temperature TA, the intake air phase CAIN, and the exhaust gas phase CAEX, an initial in-cylinder temperature T_STRT that is the temperature in the cylinder 3a at the start of compression is calculated. (Step 32). Among the above parameters, the intake phase CAIN and the exhaust phase CAEX reflect an increase in the in-cylinder temperature corresponding to the internal EGR amount when the internal EGR due to the valve overlap between the intake valve and the exhaust valve is executed. belongs to. Therefore, in the above map, the initial in-cylinder temperature T_STRT has a higher value as the intake air temperature TA is higher and as the intake valve phase CAIN and the exhaust gas phase CAEX are closer to the valve overlap side. Is set to

次のステップ33では、基準クランク角CA_REF、吸気閉弁タイミングIVC、初期筒内温度T_STRT及び吸気圧PBAと、目標EGR率TGT_EGRに応じ、図7に示す基準筒内圧マップを検索することによって、基準筒内圧P_REFを算出する。以下、この基準筒内圧マップについて説明する。   In the next step 33, the reference in-cylinder pressure map shown in FIG. 7 is retrieved by searching the reference in-cylinder pressure map shown in FIG. 7 according to the reference crank angle CA_REF, the intake valve closing timing IVC, the initial in-cylinder temperature T_STRT, the intake pressure PBA, and the target EGR rate TGT_EGR. In-cylinder pressure P_REF is calculated. Hereinafter, the reference in-cylinder pressure map will be described.

まず、気筒3a内に充填された混合気(筒内ガス)の比熱比と圧縮行程における状態変化について説明する。混合気の比熱比κは、定圧比熱Cpと気体定数Rを用いて次式(1)で表され、定圧比熱Cpは次式(2)で表される。

Figure 2017020414
Figure 2017020414
First, the specific heat ratio of the air-fuel mixture (cylinder gas) filled in the cylinder 3a and the state change in the compression stroke will be described. The specific heat ratio κ of the air-fuel mixture is expressed by the following equation (1) using the constant pressure specific heat Cp and the gas constant R, and the constant pressure specific heat Cp is expressed by the following equation (2).
Figure 2017020414
Figure 2017020414

式(2)に示されるように、混合気の比熱比κは、その組成(成分と各成分のモル数)に応じて変化する。また、図8に示すように、混合気の各成分の比熱比は、温度が上昇するにつれて低下するという温度特性を有し、これらの成分で構成される混合気の比熱比κもまた、同様の温度特性を有する。さらに、図9に示すように、混合気中にEGRガスが含まれる場合には、混合気の組成が変化し、EGRガスのCO2成分が加わることで、混合気の比熱比κが増大するという特性を有する。   As shown in Expression (2), the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture varies depending on its composition (components and the number of moles of each component). Further, as shown in FIG. 8, the specific heat ratio of each component of the air-fuel mixture has a temperature characteristic of decreasing as the temperature rises, and the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture composed of these components is also the same. Temperature characteristics. Furthermore, as shown in FIG. 9, when the mixture contains EGR gas, the composition of the mixture changes, and the CO2 component of the EGR gas is added to increase the specific heat ratio κ of the mixture. Has characteristics.

また、圧縮行程における混合気の状態変化が、断熱圧縮変化であり、ポリトロープ変化とみなされることから、クランク角CA=aのときの筒内温度Taは、次式(3)で表される。

Figure 2017020414
In addition, since the state change of the air-fuel mixture in the compression stroke is an adiabatic compression change and is regarded as a polytropic change, the in-cylinder temperature Ta when the crank angle CA = a is expressed by the following equation (3).
Figure 2017020414

式(3)に示されるように、筒内温度Tは比熱比κの関数であり、また、上述したように、混合気の比熱比κは筒内温度Tの関数である。このため、比熱比κ及び筒内温度Tを正確に求めるために、式(1)(2)と式(3)の演算結果を逐次、相互に適用した逐次計算が行われる。その結果、クランク角CA=最終クランク角θのときの筒内温度(最終筒内温度)Tθは、次式(4)で表される。

Figure 2017020414
As shown in Expression (3), the in-cylinder temperature T is a function of the specific heat ratio κ, and the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture is a function of the in-cylinder temperature T as described above. For this reason, in order to accurately obtain the specific heat ratio κ and the in-cylinder temperature T, sequential calculation is performed by sequentially applying the calculation results of the expressions (1), (2), and (3) to each other. As a result, the in-cylinder temperature (final in-cylinder temperature) Tθ when the crank angle CA = the final crank angle θ is expressed by the following equation (4).
Figure 2017020414

また、クランク角CA=aのときの筒内圧Paは、次式(5)で表され、さらに、この式(5)から、クランク角CA=θのときの筒内圧(最終筒内圧)Pθは、次式(6)で表される。

Figure 2017020414
Figure 2017020414
Further, the in-cylinder pressure Pa when the crank angle CA = a is expressed by the following equation (5). Further, from this equation (5), the in-cylinder pressure (final in-cylinder pressure) Pθ when the crank angle CA = θ is Is represented by the following equation (6).
Figure 2017020414
Figure 2017020414

式(6)に示されるように、最終筒内圧Pθは、初期筒内圧P0、初期気筒容積V0、最終気筒容積Vθ及び逐次計算される比熱比κの関数である。また、比熱比κは、逐次計算される筒内温度Tの関数であり、筒内温度Tは、初期筒内温度T0と比熱比κの関数である。また、気筒容積Vはクランク角CAから一義的に求められるため、初期気筒容積V0と最終気筒容積Vθは、初期クランク角CA0と最終クランク角CAθにそれぞれ置き換えられる。   As shown in the equation (6), the final in-cylinder pressure Pθ is a function of the initial in-cylinder pressure P0, the initial cylinder volume V0, the final cylinder volume Vθ, and the specific heat ratio κ that is sequentially calculated. Further, the specific heat ratio κ is a function of the in-cylinder temperature T calculated sequentially, and the in-cylinder temperature T is a function of the initial in-cylinder temperature T0 and the specific heat ratio κ. Further, since the cylinder volume V is uniquely obtained from the crank angle CA, the initial cylinder volume V0 and the final cylinder volume Vθ are replaced with the initial crank angle CA0 and the final crank angle CAθ, respectively.

以上から、最終筒内圧Pθは、式(2)における混合気の組成が与えられた条件で、初期筒内圧P0、初期筒内温度T0、初期クランク角CA0及び最終クランク角CAθの関数として、求められる。   From the above, the final in-cylinder pressure Pθ is obtained as a function of the initial in-cylinder pressure P0, the initial in-cylinder temperature T0, the initial crank angle CA0, and the final crank angle CAθ under the condition given the composition of the air-fuel mixture in the equation (2). It is done.

前述した基準筒内圧マップは、以上の関係に基づいており、図7に示すように、初期筒内圧P0、初期筒内温度T0及び初期クランク角CA0にそれぞれ相当する吸気圧PBA、初期筒内温度T_STRT及び吸気閉弁タイミングIVCと、最終クランク角CAθに相当する基準クランク角CA_REFを入力パラメータとし、最終筒内圧Pθに相当する基準筒内圧P_REFを出力として得るものである。   The above-described reference in-cylinder pressure map is based on the above relationship. As shown in FIG. 7, the in-cylinder pressure PBA and the initial in-cylinder temperature corresponding to the initial in-cylinder pressure P0, the initial in-cylinder temperature T0, and the initial crank angle CA0, respectively. T_STRT and intake valve closing timing IVC and a reference crank angle CA_REF corresponding to the final crank angle CAθ are used as input parameters, and a reference cylinder pressure P_REF corresponding to the final cylinder pressure Pθ is obtained as an output.

また、混合気の組成の条件として、その時点で設定されている目標EGR率TGT_EGRが入力パラメータに加えられ、この目標EGR率TGT_EGRと、空燃比が理論空燃比であるという条件から、式(2)の各成分のモル数nxが定まる。具体的には、上記の5つの入力パラメータの様々な条件に対し、式(1)〜(6)に基づいて基準筒内圧P_REFをあらかじめ算出し、その算出結果を入力パラメータに対してマップ化することによって、基準筒内圧マップが作成されている。   Further, the target EGR rate TGT_EGR set at that time is added to the input parameter as a condition for the composition of the air-fuel mixture. From this target EGR rate TGT_EGR and the condition that the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, the equation (2 The number of moles nx of each component is determined. Specifically, the reference in-cylinder pressure P_REF is calculated in advance based on the formulas (1) to (6) for various conditions of the above five input parameters, and the calculation result is mapped to the input parameters. Thus, a reference in-cylinder pressure map is created.

図10〜図12及び図21は、基準筒内圧マップにおける、各入力パラメータに対する基準筒内圧P_REFの設定例を示す。まず、図21に示すように、基準筒内圧P_REFは、目標EGR率C_EGRが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、EGR率が高いほど、混合気の比熱比κが高くなり(図9参照)、それに伴って最終的な筒内圧が大きくなるためである。   10 to 12 and 21 show examples of setting the reference in-cylinder pressure P_REF for each input parameter in the reference in-cylinder pressure map. First, as shown in FIG. 21, the reference in-cylinder pressure P_REF is set to a larger value as the target EGR rate C_EGR is higher. This is because the higher the EGR rate, the higher the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture (see FIG. 9), and the final in-cylinder pressure increases accordingly.

また、図10に示すように、基準筒内圧P_REFは、基準クランク角CA_REFの値が0に近いほど、すなわち基準クランク角CA_REFが圧縮TDCに近いほど、より大きな値に設定され、また、吸気閉弁タイミングIVCの値が大きいほど、すなわち圧縮行程における吸気弁の閉弁タイミングが早いほど、より大きな値に設定されている。これは、基準クランク角CA_REFが圧縮TDCに近いほど、また、吸気弁の閉弁タイミングが早いほど、混合気の実質的な圧縮期間が長くなることで、最終的な筒内圧が大きくなるためである。   Further, as shown in FIG. 10, the reference in-cylinder pressure P_REF is set to a larger value as the value of the reference crank angle CA_REF is closer to 0, that is, as the reference crank angle CA_REF is closer to the compression TDC. The larger the value of the valve timing IVC, that is, the earlier the closing timing of the intake valve in the compression stroke, the larger the value is set. This is because, as the reference crank angle CA_REF is closer to the compression TDC and the closing timing of the intake valve is earlier, the substantial compression period of the air-fuel mixture becomes longer, and the final in-cylinder pressure increases. is there.

また、図11に示すように、基準筒内圧P_REFは、初期筒内温度T_STRTが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、初期筒内温度T_STRTが高いほど、筒内温度がより高くなるのに応じて混合気の比熱比κが低下する結果、筒内圧の上昇度合が低下するためである。   As shown in FIG. 11, the reference in-cylinder pressure P_REF is set to a smaller value as the initial in-cylinder temperature T_STRT is higher. This is because as the initial in-cylinder temperature T_STRT is higher, the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture decreases as the in-cylinder temperature becomes higher, and as a result, the increase in the in-cylinder pressure decreases.

さらに、図12に示すように、基準筒内圧P_REFは、吸気圧PBAに比例するように設定されている。これは、基準筒内圧P_REF及び吸気圧PBAは、最終筒内圧Pθ及び初期筒内圧P0にそれぞれ相当し、両者が比例関係にあるためである(式(6)参照)。   Further, as shown in FIG. 12, the reference in-cylinder pressure P_REF is set to be proportional to the intake pressure PBA. This is because the reference in-cylinder pressure P_REF and the intake pressure PBA correspond to the final in-cylinder pressure Pθ and the initial in-cylinder pressure P0, respectively, and are in a proportional relationship (see Expression (6)).

前述したように、図6のステップ33では、上記の5つのパラメータに応じ、上述した基準筒内圧マップを検索することによって、基準筒内圧P_REFが算出される。次のステップ34では、エンジン回転数NE及びエンジン水温TWに応じ、所定のマップを検索することによって、伝熱補正係数K_HTを算出する。この伝熱補正係数K_HTは、気筒3a内と外部との間で授受される熱の影響を補償するためのものである。   As described above, in step 33 of FIG. 6, the reference in-cylinder pressure P_REF is calculated by searching the reference in-cylinder pressure map described above according to the above five parameters. In the next step 34, a heat transfer correction coefficient K_HT is calculated by searching a predetermined map in accordance with the engine speed NE and the engine water temperature TW. The heat transfer correction coefficient K_HT is for compensating for the influence of heat exchanged between the cylinder 3a and the outside.

次に、ステップ33で算出された基準筒内圧P_REFに伝熱補正係数K_HTを乗算することによって、最終的な基準筒内圧P_REFを算出し(ステップ35)、本処理を終了する。   Next, the final reference in-cylinder pressure P_REF is calculated by multiplying the reference in-cylinder pressure P_REF calculated in step 33 by the heat transfer correction coefficient K_HT (step 35), and this process is terminated.

次に、図13を参照しながら、図3のステップ7で実行されるEGR係数C_EGRの算出処理について説明する。前述したように、EGR係数C_EGRは、圧力差ΔP(実筒内圧P_CPSと基準筒内圧P_REFとの差)に対するEGR率差ΔEGR(実EGR率R_EGRと目標EGR率TGT_EGRとの差)の傾きとして定義され(図5参照)、EGR率R_EGRの算出に用いられる。また、上記の傾きが吸気条件及び圧縮条件に応じて変化するという特性が認められたため、本処理において、EGR係数C_EGRを算出するものである。   Next, the EGR coefficient C_EGR calculation process executed in step 7 of FIG. 3 will be described with reference to FIG. As described above, the EGR coefficient C_EGR is defined as the slope of the EGR rate difference ΔEGR (the difference between the actual EGR rate R_EGR and the target EGR rate TGT_EGR) with respect to the pressure difference ΔP (the difference between the actual in-cylinder pressure P_CPS and the reference in-cylinder pressure P_REF). (See FIG. 5) and used to calculate the EGR rate R_EGR. In addition, since the characteristic that the inclination changes according to the intake condition and the compression condition is recognized, the EGR coefficient C_EGR is calculated in this process.

本処理では、まずステップ41において、基準クランク角CA_REF、吸気閉弁タイミングIVC、初期筒内温度T_STRT及び吸気圧PBAを取得する。これらのパラメータは、上記の吸気条件及び圧縮条件を表すものであり、前述した基準筒内圧マップの4つの入力パラメータと共通である。このため、ステップ41におけるパラメータの取得は、図6の基準筒内圧P_REFの算出処理で得られたデータを読み出すことによって、行われる。   In this process, first, in step 41, the reference crank angle CA_REF, the intake valve closing timing IVC, the initial in-cylinder temperature T_STRT, and the intake pressure PBA are acquired. These parameters represent the intake conditions and the compression conditions described above, and are common to the four input parameters of the reference in-cylinder pressure map described above. For this reason, the parameter acquisition in step 41 is performed by reading the data obtained by the calculation process of the reference in-cylinder pressure P_REF in FIG.

次に、取得した4つのパラメータに応じ、図14に示すEGR係数マップを検索することによって、EGR係数C_EGRを算出し(ステップ42)、本処理を終了する。このEGR係数マップは、上記の4つの入力パラメータの様々な条件に対し、式(1)〜(6)に基づいてEGR係数C_EGRをあらかじめ算出し、その結果を入力パラメータに対してマップ化したものである。なお、基準筒内圧P_REFと異なり、EGR係数C_EGRは目標EGR率TGT_EGRの影響を受けないので、目標EGR率TGT_EGRは、EGR係数マップの入力パラメータには含まれない。   Next, an EGR coefficient C_EGR is calculated by searching the EGR coefficient map shown in FIG. 14 according to the acquired four parameters (step 42), and this process is terminated. This EGR coefficient map is obtained by previously calculating the EGR coefficient C_EGR based on the equations (1) to (6) for various conditions of the above four input parameters, and mapping the result to the input parameters. It is. Unlike the reference in-cylinder pressure P_REF, the EGR coefficient C_EGR is not affected by the target EGR rate TGT_EGR, and therefore the target EGR rate TGT_EGR is not included in the input parameters of the EGR coefficient map.

図15〜図17は、EGR係数マップにおける、各入力パラメータに対するEGR係数C_EGRの設定例を示す。図15に示すように、EGR係数C_EGRは、基準クランク角CA_REFが圧縮TDCに近いほど、また、圧縮行程における吸気弁の閉弁タイミングが早いほど、より小さな値に設定されている。これは、基準クランク角CA_REFが圧縮TDCに近いほど、また、吸気弁の閉弁タイミングが早いほど、混合気の実質的な圧縮期間が長くなることで、圧力差ΔPが大きくなり、それに応じてEGR係数C_EGRが小さくなるためである。   15 to 17 show setting examples of the EGR coefficient C_EGR for each input parameter in the EGR coefficient map. As shown in FIG. 15, the EGR coefficient C_EGR is set to a smaller value as the reference crank angle CA_REF is closer to the compression TDC and as the closing timing of the intake valve in the compression stroke is earlier. This is because, as the reference crank angle CA_REF is closer to the compression TDC and the closing timing of the intake valve is earlier, the substantial compression period of the air-fuel mixture becomes longer, and the pressure difference ΔP increases accordingly. This is because the EGR coefficient C_EGR becomes small.

また、図16に示すように、EGR係数C_EGRは、初期筒内温度T_STRTが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、混合気の成分の中で、燃料は、他の成分と比較して、定圧比熱Cpの温度変化が大きく、混合気の比熱比κの温度特性への寄与度が大きい。一方、EGR率R_EGRが増加すると、それに伴って燃料の割合が低下し、その寄与度が低くなることで、温度に応じた比熱比κの変化度合は小さくなる。このため、初期筒内温度T_STRTが高いほど、圧縮中に比熱比κがより高いレベルで変化することで、圧力差ΔPが大きくなり、EGR係数C_EGRが小さくなるためである。   As shown in FIG. 16, the EGR coefficient C_EGR is set to a smaller value as the initial in-cylinder temperature T_STRT is higher. This is due to the following reason. That is, among the components of the air-fuel mixture, the fuel has a large temperature change in the constant pressure specific heat Cp and the contribution of the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture to the temperature characteristics compared to other components. On the other hand, when the EGR rate R_EGR increases, the proportion of fuel decreases accordingly, and the degree of change in the specific heat ratio κ according to the temperature decreases as the contribution decreases. For this reason, as the initial in-cylinder temperature T_STRT is higher, the specific heat ratio κ is changed at a higher level during compression, so that the pressure difference ΔP increases and the EGR coefficient C_EGR decreases.

さらに、図17に示すように、EGR係数C_EGRは、吸気圧PBAが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、初期筒内圧である吸気圧PBAが高いほど、それに比例して実筒内圧P_CPS及び圧力差ΔPが増大し、それに応じてEGR係数C_EGRが小さくなるためである。   Further, as shown in FIG. 17, the EGR coefficient C_EGR is set to a smaller value as the intake pressure PBA is higher. This is because the actual in-cylinder pressure P_CPS and the pressure difference ΔP increase in proportion to the intake pressure PBA that is the initial in-cylinder pressure, and the EGR coefficient C_EGR decreases accordingly.

ここで、図5を再び参照しながら、上述したEGR率R_EGRの推定処理によって得られる動作について説明する。例えば、EGRが停止された状態(目標EGR率TGT_EGR=0)から、図5に示す目標EGR率TGT_EGRが設定され、外部EGRが開始された場合、その開始時から低圧EGR装置に顕著な遅れ時間が経過するまでは、実際のEGR率R_EGRが0であることで、EGR率差ΔEGRは負値であり、また、実筒内圧P_CPSが基準筒内圧PREFよりも小さいことで、圧力差ΔPも負値である。   Here, referring to FIG. 5 again, an operation obtained by the above-described estimation processing of the EGR rate R_EGR will be described. For example, when the target EGR rate TGT_EGR shown in FIG. 5 is set from the state where the EGR is stopped (target EGR rate TGT_EGR = 0) and the external EGR is started, a significant delay time is given to the low-pressure EGR device from the start. Until the actual EGR rate R_EGR is 0, the EGR rate difference ΔEGR is a negative value, and the actual in-cylinder pressure P_CPS is smaller than the reference in-cylinder pressure PREF, so that the pressure difference ΔP is also negative. Value.

上記の遅れ時間が経過し、気筒3aに外部EGRガスが導入されるようになると、EGR率R_EGRは0から増加し、最終的に目標EGR率TGT_EGRに達する。これに伴って実筒内圧P_CPSが増加することで、圧力差ΔPは、同図に矢印Aで示すように、EGR係数C_EGRに対応する傾きで線形に増加し、EGR率R_EGRが目標EGR率TGT_EGRに達したときに、0になる。したがって、この間の任意の点において圧力差ΔP=ΔP1が得られた場合、EGR係数C_EGRと目標EGR率TGT_EGRを用い、前記式(A)によって、そのときの実EGR率R_EGR1を精度良く算出することができる。   When the above delay time elapses and the external EGR gas is introduced into the cylinder 3a, the EGR rate R_EGR increases from 0 and finally reaches the target EGR rate TGT_EGR. As a result, the actual in-cylinder pressure P_CPS increases, so that the pressure difference ΔP increases linearly with a slope corresponding to the EGR coefficient C_EGR, as shown by an arrow A in the figure, and the EGR rate R_EGR becomes the target EGR rate TGT_EGR. When it reaches, it becomes 0. Therefore, when the pressure difference ΔP = ΔP1 is obtained at any point in the meantime, the actual EGR rate R_EGR1 at that time can be accurately calculated by the above equation (A) using the EGR coefficient C_EGR and the target EGR rate TGT_EGR. Can do.

上記とは逆に、目標EGR率TGT_EGRがより大きな値から小さな値に変更された場合にも、上記と同様にEGR率R_EGRを算出できる。すなわち、この場合には、目標EGR率TGT_EGRの変更開始時から遅れ時間が経過するまでは、実際のEGR率R_EGRが変更前の目標EGR率のままであることで、EGR率差ΔEGRは正値であり、それに応じて圧力差ΔPもまた正値である。   On the contrary, even when the target EGR rate TGT_EGR is changed from a larger value to a smaller value, the EGR rate R_EGR can be calculated in the same manner as described above. That is, in this case, the actual EGR rate R_EGR remains the target EGR rate before the change until the delay time elapses from the start of the change of the target EGR rate TGT_EGR, so that the EGR rate difference ΔEGR is a positive value. Accordingly, the pressure difference ΔP is also a positive value.

上記の遅れ時間が経過し、気筒3aに導入される外部EGRガス量が減少するようになると、EGR率R_EGRが減少し、最終的に目標EGR率TGT_EGRに達する。これに伴い、実筒内圧P_CPSが減少することで、圧力差ΔPは、同図に矢印Bで示すように、EGR係数C_EGRに対応する傾きで線形に減少し、EGR率R_EGR=目標EGR率TGT_EGRになったときに、0になる。したがって、この間の任意の点において圧力差ΔP=ΔP2が得られた場合、上記のΔP1の場合と同様、式(A)によって、そのときの実EGR率R_EGR2を精度良く算出することができる。   When the delay time elapses and the amount of external EGR gas introduced into the cylinder 3a decreases, the EGR rate R_EGR decreases and finally reaches the target EGR rate TGT_EGR. Accordingly, as the actual in-cylinder pressure P_CPS decreases, the pressure difference ΔP decreases linearly with a slope corresponding to the EGR coefficient C_EGR, as indicated by an arrow B in the figure, and EGR rate R_EGR = target EGR rate TGT_EGR When it becomes, it becomes 0. Therefore, when the pressure difference ΔP = ΔP2 is obtained at an arbitrary point in the meantime, the actual EGR rate R_EGR2 at that time can be accurately calculated by the equation (A) as in the case of ΔP1.

次に、図18を参照しながら、EGR率R_EGRを用いた点火時期の制御処理について説明する。本処理は、TDC信号の発生に同期して、気筒3aごとに実行される。本処理では、まずステップ51において、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQCMDに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、基本点火時期IG_BASEを算出する。   Next, the ignition timing control process using the EGR rate R_EGR will be described with reference to FIG. This process is executed for each cylinder 3a in synchronization with the generation of the TDC signal. In this process, first, in step 51, a basic ignition timing IG_BASE is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque TRQCMD.

次に、推定されたEGR率R_EGRに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、EGR補正量ΔIGEGRを算出する(ステップ52)。   Next, an EGR correction amount ΔIGEGR is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the estimated EGR rate R_EGR (step 52).

次に、エンジン水温TWやエンジン回転数NEなどに応じて、EGR率R_EGR以外の要因による補正量ΔIGTTLを算出する(ステップ53)。   Next, a correction amount ΔIGTTL due to factors other than the EGR rate R_EGR is calculated according to the engine water temperature TW, the engine speed NE, and the like (step 53).

最後に、基本点火時期IG_BASEに、EGR補正量ΔIGEGR及び補正量ΔIGTTLを加算することによって、点火時期IGLOGを算出し(ステップ54)、本処理を終了する。   Finally, the ignition timing IGLOG is calculated by adding the EGR correction amount ΔIGEGR and the correction amount ΔIGTTL to the basic ignition timing IG_BASE (step 54), and this processing is terminated.

以上のように、本実施形態によれば、EGR率R_EGRが目標EGR率TGT_EGRに等しく且つ空燃比が理論空燃比であるという混合気の組成の条件で、混合気の比熱比κの温度特性に基づき、基準クランク角CA_REFにおいて発生する基準筒内圧P_REFを算出する。そして、基準クランク角CA_REFにおいて検出された実筒内圧P_CPSと基準筒内圧P_REFとの圧力差ΔPに基づいて、EGR率R_EGRを算出するので、混合気の比熱比κの温度特性を反映させながら、EGR率R_EGRを推定できる。   As described above, according to the present embodiment, the temperature characteristic of the specific heat ratio κ of the mixture is obtained under the condition of the mixture composition in which the EGR rate R_EGR is equal to the target EGR rate TGT_EGR and the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Based on this, the reference in-cylinder pressure P_REF generated at the reference crank angle CA_REF is calculated. And, since the EGR rate R_EGR is calculated based on the pressure difference ΔP between the actual in-cylinder pressure P_CPS detected at the reference crank angle CA_REF and the reference in-cylinder pressure P_REF, while reflecting the temperature characteristic of the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture, The EGR rate R_EGR can be estimated.

また、基準クランク角CA_REFは、混合気の燃焼の開始直前のクランク角であるので、燃焼がまだ行われず、混合気の状態変化がポリトロープ変化に保たれた状態で、実筒内圧P_CPSを取得するとともに、実筒内圧P_CPSと基準筒内圧P_REFとの大きな圧力差ΔPを確保できる。したがって、この圧力差ΔPに基づき、混合気の比熱比κの温度特性を良好に反映させながら、EGR率EGR率R_EGRを精度良く推定することができる。また、精度良く推定されたEGR率R_EGRを用いて、点火時期IGLOGの制御を適切に行うことができる。   Further, since the reference crank angle CA_REF is the crank angle immediately before the start of combustion of the air-fuel mixture, the actual in-cylinder pressure P_CPS is acquired in a state where combustion is not yet performed and the state change of the air-fuel mixture is maintained at the polytropic change. In addition, a large pressure difference ΔP between the actual in-cylinder pressure P_CPS and the reference in-cylinder pressure P_REF can be secured. Therefore, based on this pressure difference ΔP, the EGR rate EGR rate R_EGR can be accurately estimated while favorably reflecting the temperature characteristics of the specific heat ratio κ of the air-fuel mixture. Further, the ignition timing IGLOG can be appropriately controlled using the EGR rate R_EGR estimated with high accuracy.

また、EGR率R_EGRの推定を、気筒3a内の実際の圧力である実筒内圧P_CPSとその基準筒内圧P_REFをパラメータとして行うので、EGR装置14が低圧EGR装置の場合においても、外部EGRガスの遅れの影響を受けることなく、EGR率R_EGRを精度良く推定することができる。   In addition, since the estimation of the EGR rate R_EGR is performed using the actual in-cylinder pressure P_CPS and the reference in-cylinder pressure P_REF as the actual pressure in the cylinder 3a as parameters, even when the EGR device 14 is a low-pressure EGR device, The EGR rate R_EGR can be accurately estimated without being affected by the delay.

さらに、点火時期IGLOG、吸気圧PBA及びエンジン回転数NEを用いて、基準クランク角CA_REFを設定するので、その設定を、エンジン3の実際の運転状態に応じて適切に行うことができ、基準クランク角CA_REFにおける基準筒内圧P_REF及び実筒内圧P_CPSを適切に得ることができる。   Further, since the reference crank angle CA_REF is set using the ignition timing IGLOG, the intake pressure PBA, and the engine speed NE, the setting can be appropriately performed according to the actual operating state of the engine 3, and the reference crank angle CA_REF can be set appropriately. The reference in-cylinder pressure P_REF and the actual in-cylinder pressure P_CPS at the angle CA_REF can be appropriately obtained.

また、基準筒内圧P_REFを、基準クランク角CA_REF、圧縮開始時の初期クランク角に相当する吸気閉弁タイミングIVC、初期筒内温度T_STRT、及び初期筒内圧に相当する吸気圧PBAと、目標EGR率TGT_EGRに応じて、適切に算出することができる。さらに、算出された基準筒内圧P_REFをエンジン回転数NE及びエンジン水温TWに応じて補正することにより、気筒3a内と外部との間で授受される熱の影響を補償することができる。   Further, the reference in-cylinder pressure P_REF is set to the reference crank angle CA_REF, the intake valve closing timing IVC corresponding to the initial crank angle at the start of compression, the initial in-cylinder temperature T_STRT, the intake pressure PBA corresponding to the initial in-cylinder pressure, and the target EGR rate. It is possible to calculate appropriately according to TGT_EGR. Further, by correcting the calculated reference in-cylinder pressure P_REF according to the engine speed NE and the engine water temperature TW, it is possible to compensate for the influence of heat transferred between the inside of the cylinder 3a and the outside.

また、基準筒内圧P_REFの算出に用いたパラメータのうち、目標EGR率TGT_EGR以外の4つのパラメータ(基準クランク角CA_REF、吸気閉弁タイミングIVC、初期筒内温度T_STRT及び吸気圧PBA)に応じ、混合気の吸気・圧縮条件を反映させながら、EGR係数C_EGRを適切に算出できる。そして、算出したEGR係数C_EGRを圧力差ΔPに乗算し、さらに目標EGR率TGT_EGRを加算することによって、EGR率R_EGRを算出するので、EGR率R_EGRの推定を精度良く行うことができる。   Further, among the parameters used for calculating the reference in-cylinder pressure P_REF, the four parameters other than the target EGR rate TGT_EGR (reference crank angle CA_REF, intake valve closing timing IVC, initial in-cylinder temperature T_STRT, and intake pressure PBA) are mixed. The EGR coefficient C_EGR can be calculated appropriately while reflecting the intake / compression conditions of the air. Then, the EGR rate R_EGR is calculated by multiplying the calculated EGR coefficient C_EGR by the pressure difference ΔP and further adding the target EGR rate TGT_EGR. Therefore, the EGR rate R_EGR can be estimated with high accuracy.

さらに、筒内圧センサ51は、その圧力検出素子及び増幅回路がインジェクタ4に一体に設けられているため、点火動作によるノイズや他の気筒3aのインジェクタ4の噴射動作によるノイズの影響を受けにくい。このため、筒内圧センサ51による実筒内圧P_CPSの検出精度が高められることで、EGR率R_EGRの推定精度をさらに向上させることができる。   Furthermore, since the pressure detecting element and the amplifier circuit are integrally provided in the injector 4, the in-cylinder pressure sensor 51 is not easily affected by noise due to ignition operation or noise due to the injection operation of the injector 4 of another cylinder 3 a. For this reason, the detection accuracy of the actual in-cylinder pressure P_CPS by the in-cylinder pressure sensor 51 is increased, so that the estimation accuracy of the EGR rate R_EGR can be further improved.

次に、図19を参照しながら、基準筒内圧P_REFの算出処理の変形例について説明する。この変形例は、前述したように、基準筒内圧P_REFが吸気圧PBAに比例するという関係(図12)から、基準筒内圧マップの入力パラメータから吸気圧PBAを除外し、基準筒内圧マップで得られたマップ値を吸気圧PBAで補正するようにしたものである。本処理は、図6の処理に代えて実行される。また、図19において、図6と同じ処理内容のステップには、同じステップ番号が付されている。   Next, a modified example of the calculation process of the reference in-cylinder pressure P_REF will be described with reference to FIG. As described above, in this modification, the reference in-cylinder pressure P_REF is proportional to the intake pressure PBA (FIG. 12), and therefore, the intake pressure PBA is excluded from the input parameters of the reference in-cylinder pressure map, and is obtained in the reference in-cylinder pressure map. The obtained map value is corrected by the intake pressure PBA. This process is executed instead of the process of FIG. In FIG. 19, steps having the same processing contents as those in FIG. 6 are given the same step numbers.

本処理では、図6の処理と同じステップ31及びステップ32を実行し、吸気閉弁タイミングIVC及び初期筒内温度T_STRTを算出する。次に、基準クランク角CA_REF、吸気閉弁タイミングIVC、初期筒内温度T_STRT及び目標EGR率TGT_EGRに応じ、基準筒内圧マップ(図示せず)を検索することによって、基準筒内圧P_REFを算出する(ステップ301)。なお、この基準筒内圧マップでは、圧縮開始時の初期筒内圧は、定数として扱われ、基準大気圧PATM(760mmHg)が用いられている。   In this process, the same step 31 and step 32 as the process of FIG. 6 are executed to calculate the intake valve closing timing IVC and the initial in-cylinder temperature T_STRT. Next, a reference in-cylinder pressure P_REF is calculated by searching a reference in-cylinder pressure map (not shown) according to the reference crank angle CA_REF, the intake valve closing timing IVC, the initial in-cylinder temperature T_STRT, and the target EGR rate TGT_EGR ( Step 301). In this reference in-cylinder pressure map, the initial in-cylinder pressure at the start of compression is treated as a constant, and the reference atmospheric pressure PATM (760 mmHg) is used.

次に、吸気圧PBAを基準大気圧PATMで除した値を、吸気圧補正係数K_PBとして設定する(ステップ302)とともに、この吸気圧補正係数K_PBをステップ301で算出された基準筒内圧P_REFに乗算することによって、補正された基準筒内圧P_REFを算出する(ステップ303)。   Next, a value obtained by dividing the intake pressure PBA by the reference atmospheric pressure PATM is set as an intake pressure correction coefficient K_PB (step 302), and this intake pressure correction coefficient K_PB is multiplied by the reference in-cylinder pressure P_REF calculated in step 301. Thus, the corrected reference in-cylinder pressure P_REF is calculated (step 303).

その後の処理内容は、図6と同じであり、ステップ303で算出された基準筒内圧P_REFに、エンジン回転数NE及びエンジン水温TWに応じて算出した伝熱補正係数K_HTを乗算することによって、最終的な基準筒内圧P_REFを算出し(ステップ34、35)、本処理を終了する。   The subsequent processing contents are the same as in FIG. 6, and the final in-cylinder pressure P_REF calculated in step 303 is multiplied by the heat transfer correction coefficient K_HT calculated according to the engine speed NE and the engine water temperature TW. A basic reference in-cylinder pressure P_REF is calculated (steps 34 and 35), and this process is terminated.

以上の変形例によれば、図6の算出処理の場合と同等の基準筒内圧P_REFを算出できるとともに、入力パラメータが削減されることで、基準筒内圧マップを容易に作成でき、その負荷を軽減することができる。   According to the above modification, the reference in-cylinder pressure P_REF equivalent to that in the calculation process of FIG. 6 can be calculated, and the input parameter is reduced, so that the reference in-cylinder pressure map can be easily created and the load is reduced. can do.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、基準クランク角CA_REFを算出する際のパラメータとして、点火時期IGLOG、吸気圧PBA及びエンジン回転数NEを用いているが、他の適当なパラメータを併せて用いてもよい。   In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the ignition timing IGLOG, the intake pressure PBA, and the engine speed NE are used as parameters when calculating the reference crank angle CA_REF. However, other appropriate parameters may be used in combination.

また、実施形態では、基準筒内圧P_REF及びEGR係数C_EGRの算出に用いる初期筒内温度T_STRTを、吸気温TA、吸気位相CAIN及び排気位相CAEXに応じて算出しているが、吸排気弁のバルブオーバーラップによる内部EGRが実行されない場合には、吸気温TAをそのまま初期筒内温度としてもよい。さらに、初期筒内圧として、吸気圧PBAを用いたが、圧縮開始時に筒内圧センサ51で検出された筒内圧PCYLを用いることも可能である。   In the embodiment, the initial in-cylinder temperature T_STRT used for calculating the reference in-cylinder pressure P_REF and the EGR coefficient C_EGR is calculated according to the intake air temperature TA, the intake phase CAIN, and the exhaust phase CAEX. When the internal EGR due to the overlap is not executed, the intake air temperature TA may be used as the initial in-cylinder temperature as it is. Further, although the intake pressure PBA is used as the initial in-cylinder pressure, it is also possible to use the in-cylinder pressure PCYL detected by the in-cylinder pressure sensor 51 at the start of compression.

また、基準筒内圧P_REFを、エンジン回転数NE及びエンジン水温TWに応じて補正しているが、気筒3aの内外間の熱の授受に影響を及ぼす他の適当なパラメータをさらに用いて、補正を行ってもよい。   Further, the reference in-cylinder pressure P_REF is corrected according to the engine speed NE and the engine water temperature TW, but the correction is further performed using other appropriate parameters that affect the transfer of heat between the inside and outside of the cylinder 3a. You may go.

さらに、実施形態では、推定したEGR率R_EGRに応じて、点火時期制御を実行しているが、これに代えて又はこれとともに、他のエンジン制御、例えばEGR弁42を介したEGR制御、スロットル弁27を介した吸入空気量制御や、インジェクタ4を介した燃料噴射制御などを実行してもよい。   Furthermore, in the embodiment, the ignition timing control is executed in accordance with the estimated EGR rate R_EGR. However, instead of or in addition to this, other engine control, for example, EGR control via the EGR valve 42, throttle valve The intake air amount control via 27 or the fuel injection control via the injector 4 may be executed.

また、実施形態では、EGR装置14は、低圧EGR装置で構成されているが、これに代えて又はこれとともに、高圧EGR装置を用いてもよく、その場合にも前述した効果を同様に得ることができる。さらに、筒内圧センサ51は、インジェクタ4と一体型のものであるが、インジェクタ4と分離して配置される別体型のものでもよいことは、もちろんである。   In the embodiment, the EGR device 14 is configured by a low-pressure EGR device. However, instead of or in addition to this, a high-pressure EGR device may be used, and in this case, the above-described effects can be obtained similarly. Can do. Furthermore, although the in-cylinder pressure sensor 51 is integrated with the injector 4, it is needless to say that the in-cylinder pressure sensor 51 may be a separate type arranged separately from the injector 4.

さらに、実施形態では、エンジン3は車両用のエンジンであるが、本発明は、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機用のエンジンなどにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。   Furthermore, in the embodiment, the engine 3 is a vehicle engine, but the present invention can also be applied to an engine for other uses, for example, an engine for an outboard motor in which a crankshaft is arranged in the vertical direction. In addition, the detailed configuration can be changed as appropriate within the scope of the gist of the present invention.

2 ECU(目標EGR率設定手段、基準クランク角設定手段、基準筒内圧算出手段、 EGR率推定手段、制御手段、初期クランク角取得手段、初期筒内温度取得手段)
3 内燃機関
3a 気筒
4 燃料噴射弁
6 吸気通路
7 排気通路
13 ターボチャージャ(過給機)
14 EGR装置
21 コンプレッサ
23 タービン
51 筒内圧センサ
52 クランク角センサ(運転状態検出手段、回転数検出手段)
53 吸気位相センサ(初期クランク角取得手段、初期筒内温度取得手段)
54 排気位相センサ(初期筒内温度取得手段)
56 吸気圧センサ(運転状態検出手段、初期筒内圧取得手段)
57 吸気温センサ(初期筒内温度取得手段)
59 水温センサ(冷却水温度検出手段)
κ 混合気の比熱比
TGT_EGR 目標EGR率
PCYL 筒内圧
CA クランク角
CA_REF 基準クランク角
P_REF 基準筒内圧
P_CPS 実筒内圧
ΔP 実筒内圧と基準筒内圧との圧力差
R_EGR EGR率
IGLOG 点火時期
PBA 吸気圧(吸気の圧力、初期筒内圧)
NE エンジン回転数(内燃機関の回転数)
IVC 吸気閉弁タイミング(初期クランク角)
T_STRT 初期筒内温度
TW エンジン水温(冷却水の温度)
C_EGR EGR係数
2 ECU (target EGR rate setting means, reference crank angle setting means, reference in-cylinder pressure calculation means, EGR rate estimation means, control means, initial crank angle acquisition means, initial in-cylinder temperature acquisition means)
3 Internal combustion engine 3a Cylinder 4 Fuel injection valve 6 Intake passage 7 Exhaust passage 13 Turbocharger (supercharger)
14 EGR device 21 Compressor 23 Turbine 51 In-cylinder pressure sensor 52 Crank angle sensor (operation state detection means, rotation speed detection means)
53 Intake phase sensor (initial crank angle acquisition means, initial in-cylinder temperature acquisition means)
54 Exhaust phase sensor (initial cylinder temperature acquisition means)
56 Intake pressure sensor (operating state detection means, initial in-cylinder pressure acquisition means)
57 Intake air temperature sensor (initial cylinder temperature acquisition means)
59 Water temperature sensor (cooling water temperature detection means)
κ Specific heat ratio of gas mixture TGT_EGR Target EGR rate PCYL In-cylinder pressure
CA crank angle CA_REF reference crank angle P_REF reference cylinder pressure P_CPS actual cylinder pressure
ΔP Pressure difference between actual in-cylinder pressure and reference in-cylinder pressure R_EGR EGR rate IGLOG Ignition timing PBA Intake pressure (intake pressure, initial in-cylinder pressure)
NE engine speed (speed of internal combustion engine)
IVC Intake valve closing timing (initial crank angle)
T_STRT Initial in-cylinder temperature
TW engine water temperature (cooling water temperature)
C_EGR EGR coefficient

Claims (7)

気筒内に燃料を直接、噴射するとともに、前記気筒から排気通路に排出された排ガスの一部を外部EGRガスとして吸気通路に還流させるEGR装置を備える内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内に充填される混合気のEGR率の目標となる目標EGR率を設定する目標EGR率設定手段と、
前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、混合気の燃焼が開始される直前のクランク角を、基準クランク角として設定する基準クランク角設定手段と、
混合気のEGR率が前記設定された目標EGR率に等しく且つ混合気の空燃比が理論空燃比であるという条件で、混合気の比熱比の温度特性に基づき、前記設定された基準クランク角において発生する気筒内の圧力を、基準筒内圧として算出する基準筒内圧算出手段と、
前記基準クランク角において前記筒内圧センサにより検出された実筒内圧と前記算出された基準筒内圧との圧力差に基づき、混合気のEGR率を推定するEGR率推定手段と、
当該推定されたEGR率に応じて前記内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine comprising an EGR device that directly injects fuel into a cylinder and recirculates a part of exhaust gas discharged from the cylinder to an exhaust passage as an external EGR gas to an intake passage,
Target EGR rate setting means for setting a target EGR rate which is a target of the EGR rate of the air-fuel mixture charged in the cylinder;
An in-cylinder pressure sensor for detecting a pressure in the cylinder as an in-cylinder pressure;
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Reference crank angle setting means for setting, as a reference crank angle, a crank angle immediately before the combustion of the air-fuel mixture is started according to the detected operating state of the internal combustion engine;
Based on the temperature characteristics of the specific heat ratio of the mixture, the EGR rate of the mixture is equal to the set target EGR rate and the air-fuel ratio of the mixture is the stoichiometric air-fuel ratio. A reference in-cylinder pressure calculating means for calculating a generated in-cylinder pressure as a reference in-cylinder pressure;
EGR rate estimating means for estimating the EGR rate of the air-fuel mixture based on the pressure difference between the actual in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor at the reference crank angle and the calculated reference in-cylinder pressure;
Control means for controlling the internal combustion engine in accordance with the estimated EGR rate;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR装置は、前記排気通路における過給機のタービンよりも下流側から前記吸気通路における前記過給機のコンプレッサよりも上流側に、外部EGRガスを還流させるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。   The EGR device is configured to recirculate external EGR gas from a downstream side of a turbocharger turbine in the exhaust passage to an upstream side of the turbocharger compressor in the intake passage. The control device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記運転状態検出手段は、前記内燃機関の運転状態として、点火時期、前記気筒に吸入される吸気の圧力、及び前記内燃機関の回転数を検出し、
前記基準クランク角設定手段は、前記検出された点火時期、吸気圧力及び内燃機関の回転数に応じて、前記基準クランク角を設定することを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
The operating state detecting means detects an ignition timing, a pressure of intake air sucked into the cylinder, and a rotational speed of the internal combustion engine as an operating state of the internal combustion engine,
The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the reference crank angle setting means sets the reference crank angle in accordance with the detected ignition timing, intake pressure and engine speed. Control device.
前記圧縮行程において混合気の圧縮が開始される圧縮開始時のクランク角を、初期クランク角として取得する初期クランク角取得手段と、
前記圧縮開始時における前記気筒内の温度を、初期筒内温度として取得する初期筒内温度取得手段と、
前記圧縮開始時における前記気筒内の圧力を、初期筒内圧として取得する初期筒内圧取得手段と、をさらに備え、
前記基準筒内圧算出手段は、前記基準クランク角と、前記取得された初期クランク角、初期筒内温度及び初期筒内圧と、前記設定された目標EGR率に応じ、混合気の比熱比の温度特性に基づいて、前記基準筒内圧を算出することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
Initial crank angle obtaining means for obtaining a crank angle at the start of compression at which compression of the air-fuel mixture is started in the compression stroke as an initial crank angle;
Initial in-cylinder temperature acquisition means for acquiring the temperature in the cylinder at the start of compression as an initial in-cylinder temperature;
An initial in-cylinder pressure acquiring means for acquiring the pressure in the cylinder at the start of compression as an initial in-cylinder pressure;
The reference in-cylinder pressure calculating means is characterized in that the reference crank angle, the acquired initial crank angle, the initial in-cylinder temperature and the initial in-cylinder pressure, and the temperature characteristic of the specific heat ratio of the air-fuel mixture according to the set target EGR rate. The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference in-cylinder pressure is calculated based on the equation (1).
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、をさらに備え、
前記基準筒内圧算出手段は、前記検出された内燃機関の回転数及び冷却水の温度に応じて、前記基準筒内圧を補正することを特徴とする、請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
Cooling water temperature detecting means for detecting the temperature of cooling water for cooling the internal combustion engine,
5. The control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the reference in-cylinder pressure calculating unit corrects the reference in-cylinder pressure in accordance with the detected rotational speed of the internal combustion engine and the temperature of the cooling water. .
前記EGR率推定手段は、前記基準クランク角と、前記初期クランク角、前記初期筒内温度及び前記初期筒内圧に応じ、混合気の比熱比の温度特性に基づいて、前記圧力差に対する前記EGR率の傾きを表すEGR係数を算出するとともに、当該算出されたEGR係数を前記圧力差に乗算した値に、前記目標EGR率を加算することによって、前記EGR率を算出することを特徴とする、請求項4又は5に記載の内燃機関の制御装置。   The EGR rate estimating means is configured to determine the EGR rate with respect to the pressure difference based on a temperature characteristic of a specific heat ratio of a mixture according to the reference crank angle, the initial crank angle, the initial in-cylinder temperature, and the initial in-cylinder pressure. And calculating the EGR rate by adding the target EGR rate to a value obtained by multiplying the pressure difference by the calculated EGR coefficient. Item 6. The control device for an internal combustion engine according to Item 4 or 5. 前記筒内圧センサは、前記筒内圧を検出するための圧力検出素子と、当該圧力検出素子から出力される信号を増幅し、出力する増幅回路とを有し、当該圧力検出素子及び増幅回路が、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁に一体に設けられていることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。   The in-cylinder pressure sensor includes a pressure detection element for detecting the in-cylinder pressure, and an amplification circuit that amplifies and outputs a signal output from the pressure detection element. 7. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control device is provided integrally with a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder.
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