JP2020063740A - 内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法 - Google Patents

内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための新規な推定方法を提供する。【解決手段】本推定方法では、吸気ダクト(6)を通って流れるガス混合物中の再循環排気ガスの濃度(％EGR)がバッファー(30)に周期的に格納され、シリンダー(2)内での次の燃焼のプログラミングが実行される第１の時点(T１)が特定され、第１の時点(T1)とシリンダー(2)内での次の燃焼のためにシリンダー内に空気が取り込まれる将来における第２の時点(T2)との間で経過する進み時間(Tpred)が特定され、第１の時点(T1)から、輸送時間(TTR)と進み時間(Tpred)との間の差に等しい時間量を減算することによって過去の第３の時点(T3)が特定され、バッファー(30)に格納されると共に第３の時点(T3)に対応する再循環排気ガスの濃度(％EGR)に基づいて、第２の時点においてシリンダー(2)内に存在する再循環排気ガスの濃度が推定される。【選択図】図２

Description

関連出願への相互参照
本特許出願は、２０１８年１０月１７日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１８０００００９５３７号の優先権を主張し、その開示全体は参照により本明細書中に組み込まれる。
本発明は、内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法に関する。
よく知られているように、内燃エンジンは、それぞれが、少なくとも一つのそれぞれの吸気バルブによって吸気マニホールドに、そして少なくとも一つのそれぞれの排気バルブによって排気マニホールドに接続された、複数のシリンダーを含む。吸気マニホールドは、吸気ダクトを介して、（ＥＧＲ回路から来る）排気ガスと（外部から来る）外気とを含むガス混合物を受け取る。
現代の内燃エンジンでは、排気ガス（すなわち燃焼ガス）が再循環させられるが、これは、排気ガス中に存在する汚染物質（主にNox）の一部を減らすために、それを排気ダクトから吸気ダクトへと流動させることによって、排気ガスのごく一部（５〜２５％）が再循環させられることを意味する。
オットーサイクルに従って動作する内燃熱エンジン（すなわち混合物が火花によって点火されるエンジン）は、（ほぼ）常に、酸素（空気）および燃料（ガソリンなど）の化学量論比に等しい比率で、シリンダー内で燃焼が行われる必要がある。結果として、シリンダー内の燃焼を正しくプログラミングするために（すなわち、適切な進みで空気および燃料の供給を調整するアクチュエータを動作させるために）、シリンダー内に存在するガス混合物の組成を、燃焼の時点で、ある程度の進みを伴って知っている必要がある。言い換えれば、燃焼の時点でシリンダー内に存在するガス混合物中に存在する再循環排気ガスの濃度を知っている必要がある。また、別の補完的な観点から、燃焼の時点でシリンダー内に存在するガス混合物中に存在する新鮮な空気、したがって酸素の濃度を知る必要がある（燃焼の時点でシリンダー内に存在するガス混合物は、外部から流入する新鮮な空気と、ＥＧＲシステムを通って再循環する排気ガスとからなる。したがって、新鮮な空気の濃度がわかっている場合、再循環排気ガスの濃度は減算によって容易に特定でき、その逆も同様である）。
燃焼の時点でシリンダー内に存在するガス混合物中に存在する再循環排気ガスの濃度の推定が十分に正確でない場合、ノック現象またはメガノック現象の発生のリスクを回避するために、理想値（化学量論値）に対して燃料の量を増やす必要がある。ただし、この濃厚化（すなわち燃料量の増加）は、それが燃焼中の汚染物質の生成の増加を促すために、排気ガスの再循環に由来する利点を無効にする。
特許文献１、特許文献２および特許文献３は、吸気ダクトに沿って配置され、吸気ダクトに沿って流れるガス混合物中の酸素濃度を測定するセンサーを備えた内燃エンジンを開示している。吸気ダクトに沿って流れるガス混合物中の酸素濃度を測定するセンサーの読み取り値に応じて、それは、低圧排気ガス再循環ＥＧＲ回路の質量流量を特定し、すなわちそれは、シリンダー内に流入するガス混合物中に存在する再循環排気ガスの濃度を特定する。シリンダー内に流入するガス混合物中に存在する再循環排気ガスの濃度のこの特定は、定常運転モード（すなわち、回転速度およびエンジンポイントがある時間にわたって安定している場合）では非常に正確であるが、都合の悪いことに、動的走行モード（すなわち、回転速度およびエンジンポイントが変化し続ける場合）では、（相対的に）かろうじて正確であるに過ぎない。なぜなら、それは、ガス混合物がシリンダー内に流入する実際の時点とは異なる（それに対して先立つ）時点で、吸気ダクトに沿って流れるガス混合物の酸素濃度を測定するからである。
特許文献４、特許文献５、特許文献６および特許文献７は、吸気ダクトに沿って流れる（新鮮な空気および再循環排気ガスからなる）ガス混合物の質量流量および酸素濃度を測定することを含む、内燃エンジンの制御方法を開示している。
欧州特許出願公開第３０４０５４１号明細書 欧州特許出願公開第３１２８１５９号明細書 欧州特許出願公開第３１２８１５８号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０４４２６６号明細書 米国特許出願公開第２０１２０３７１３４号明細書 欧州特許出願公開第２０１７２６８４５１号明細書 欧州特許出願公開第０８４３０８４号明細書
本発明の目的は、内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法を提供することであり、この推定方法により、あらゆる可能な運転条件で内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を極めて正確に特定することができる。
本発明によれば、特許請求の範囲の記載に従って、内燃エンジンのシリンダー内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法が提供される。
以下、本発明について、その非限定的な実施形態を示す添付図面を参照して説明する。
本発明による推定方法を実施する電子制御ユニットを備えた内燃エンジンの概略図である。 電子制御ユニットに実装された推定ロジックの概略図である。 酸素濃度の推定（排気ガス濃度の推定に相当）に適用される一次フィルターの効果を示す図である。
図１において符号１は、全体として、ターボチャージャー過給システムによって過給される内燃エンジンを示している。
内燃エンジン１は、四つのシリンダー２と、シリンダー２内に燃料を直接噴射する四つのインジェクター３とを備える。各シリンダー２は、少なくとも一つのそれぞれの吸気バルブ（図示せず）によって吸気マニホールド４に、そして少なくとも一つのそれぞれの排気バルブ（図示せず）によって排気マニホールド５に接続される。
吸気マニホールド４は、排気ガス（以下でより詳細に説明する）と新鮮な空気（すなわち外部から来る空気）とを含むガス混合物を、新鮮な空気流用のエアフィルター７を備えると共に、吸気ダクト６と吸気マニホールド４との間に配置されたスロットルバルブ８によって調整される吸気ダクト６を通して受け取る。吸気ダクト６に沿ってかつエアフィルター７の下流にはマルチセンサー９も存在し、これは、流入空気流量ＭAIR、流入空気温度ＴAIRおよびエアフィルター７の下流の吸気圧力Ｐairを測定する。
吸気ダクト６に沿って、取り込まれた空気を冷却する機能を満たすインタークーラー１０が設けられている（あるいは、インタークーラー１０は、吸気ダクト６の全長を短縮するために、吸気マニホールド４に内蔵することができる）。
排気マニホールド５は排気ダクト１１に接続されているが、これは、排気システムの一部であり、燃焼により生成されたガスを大気中に放出する。酸化触媒コンバーター１２と消音器１６とが排気ダクト１１に沿って連続して配置されている。
内燃エンジン１の過給システムは、シリンダー２から排出される排気ガスの作用により高速で回転するように排気ダクト１１に沿って配置されたタービン１８と、吸気ダクト６に沿って配置されると共にタービン１８に機械的に接続されて供給ダクト６内に存在する空気の圧力を増加させるためにタービン１８によって回転させられるコンプレッサー１９とを備えたターボチャージャー１７を備える。図１に示す実施形態では、タービン１８には、排気ガスがタービン１８を迂回することを可能にするウエストゲートバルブが設けられている。過給システムに過度のストレスがかかるのを防ぐことを目的とするウエストゲートバルブの動作は、タービン１８の回転速度を特定の制限内に保ち、したがって吸気側の過給圧力も制限する。可能な実施形態によれば、タービン１８のインペラは可変ジオメトリーを有し、タービン１８のインペラのジオメトリーは、（一般に電気的）アクチュエータによって制御され、排気ガスの速度または代替的にその流量を高める。
内燃エンジン１は低圧排気ガス再循環回路を備え、これは、排気ダクト１０から、好ましくは酸化触媒コンバーター１２の下流から始まり、マルチセンサー９の下流で吸気ダクト６に至るＥＧＲダクト２３を備える。ＥＧＲダクト２３に沿って、ＥＧＲダクト２３を通って流れる排気ガスの流量を調整するように設計された低圧ＥＧＲバルブ２４が設けられる。ＥＧＲダクト２３に沿って、低圧ＥＧＲバルブ２４の上流には、排気ダクト１０からコンプレッサー１９内に流入するガスを冷却する機能を果たす熱交換器２５も設けられる。
内燃エンジン１は、内燃エンジン１の全てのコンポーネントの動作を制御する電子制御ユニット２６によって制御される。
制御ユニット２６は、スロットルバルブ８のすぐ上流で吸気ダクト６に沿って配置されると共に吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の温度Ｔintおよび圧力Ｐintを測定するセンサー２７に接続されている。制御ユニット２６は、吸気マニホールド４内に配置されると共に吸気マニホールド４内に存在するガス混合物の温度Ｔmanおよび圧力Ｐmanを測定するセンサー２８（全体的にセンサー２７と同様）に接続される。最後に、制御ユニット２６は、（センサー２７の上流で）吸気ダクト６に沿って配置されると共に吸気ダクト６を通って流れるガス混合物中の酸素のパーセンテージ％Ｏ２（すなわち酸素の濃度％Ｏ２）を測定するセンサー２９に接続される。特にセンサー２９は、その出力がラムダ値に応じて電流に関して変化し得る値でありかつ酸素のパーセンテージ％Ｏ２を特定するために使用できるＵＥＧＯ（ユニバーサル排気ガス酸素）ラムダセンサーである。好ましい実施形態によれば、特許出願ＥＰ３０４０５４４１Ａ１、ＥＰ３１２８１５９Ａ１およびＥＰ３１２８１５８Ａ１の開示に従って、センサー２９によって提供される読み取りが改善される（すなわちより正確で信頼性が高くなる）。
以下、燃焼の時点でシリンダー２内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するために（すなわち、燃焼の時点でシリンダー２中に存在する新鮮な空気、したがって酸素の濃度を特定するために）、電子制御ユニット２６で実施されるストラテジーについて説明する。新鮮な空気（すなわち外部から来る空気）では、酸素の濃度（すなわちパーセンテージ）は実質的に一定である（地上レベルの乾燥空気は、概ね、約７８．０９％の窒素Ｎ２と、２０．９％の酸素Ｏ２と、０．９３％のアルゴンＡｒと、０．０４％の二酸化炭素ＣＯ２と、少量のその他の成分とからなる）。結果として、酸素の濃度（すなわちパーセンテージ）から（単純な乗算により）容易に新鮮な空気の濃度を特定でき、逆もまた同様である。
吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTは以下の式を満たす。
ＭTOT＝ＭEGR_LP＋ＭAIR ［１］
ＭEGR_LP＝ＭTOT−ＭAIR ［１］
ＭTOT：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
ＭAIR：吸気ダクト６を通って流れる外部から来る新鮮な空気の質量流量
ＭEGR_LP：吸気ダクト６を通って流れる低圧回路ＥＧＲLPを介して（すなわちＥＧＲ回路２３を介して）再循環させられる排気ガスの質量流量
吸気管６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧ＥＧＲ回路のインシデンスを示す量ＲEGRを次のように定義する。
ＲEGR＝ＭEGR_LP/ＭTOT ［２］
ＲEGR：吸気管６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧ＥＧＲ回路のインシデンス
ＭTOT：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
ＭEGR_LP：吸気ダクト６を通って流れる低圧回路ＥＧＲＬＰを通って再循環させられる排気ガスの質量流量
式［２］に式［１］を挿入すると、次のようになる。
ＲEGR＝(ＭTOT−ＭAIR)/ＭTOT＝１−(ＭAIR／ＭTOT)［３］
ＲEGR：吸気管６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧ＥＧＲ回路のインシデンス
ＭTOT：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
ＭAIR：吸気ダクト６を通って流れる外部から来る新鮮な空気の質量流量
吸気ダクト６を通って流れる外部から流入する新鮮な空気の質量流量に約２１％の酸素が含まれているという事実を考慮すると、次の式が適用される。
ＭAIR＊２１＝ＭTOT＊％Ｏ２ ［５］
ＭAIR/ＭTOT＝％Ｏ２/２１ ［５］
ＭTOT：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
ＭAIR：吸気ダクト６を通って流れる外部から来る新鮮な空気の質量流量
％Ｏ２：センサー２９によって検出される、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量に含まれる酸素のパーセンテージ
式［４］を式［５］に挿入すると、次の式が得られる。
ＲEGR＝１-（％Ｏ２/２１）［６］
ＲEGR：吸気管６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧ＥＧＲ回路のインシデンス
％Ｏ２：センサー２９によって検出される、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量に含まれる酸素のパーセンテージ
可能な変形例によれば、マルチセンサー９は、外部から流入して吸気ダクト６を通って流れる新鮮な空気の質量流量ＭAIRおよび温度ＴAIRに加えて、外部から流入し吸気ダクト６を通って流れる新鮮な空気のサイコメトリックレベルＰＳＩAIRも検出するように構成される。
したがって、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧回路ＥＧＲのインシデンスを示す量（または比率）ＲEGRの推定を改善し、式［６］をより正確にすると共に、以下の式を使用して、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物中の低圧排気ガス再循環回路ＥＧＲのパーセンテージ質量流量％ＲEGRを導入できる。
ＲEGR＝１-（％Ｏ２/Ｏ２_REF）［７］
Ｏ２_REF＝ｆ（ＰＳＩAIR，ＴAIR）［８］
ＲEGR：吸気管６を通って流れるガス混合物の総質量流量ＭTOTに対する低圧ＥＧＲ回路のインシデンス
％Ｏ２：センサー２９によって検出される、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量に含まれる酸素のパーセンテージ
Ｏ２_REF：温度ＴAIRおよび外部から流入して吸気ダクト６を通って流れる新鮮な空気のサイコメトリックレベルＰＳＩAIRに応じて実験マップから得られる酸素の基準パーセンテージ
吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量に含まれる酸素のパーセンテージ％Ｏ２を測定するセンサー２９は、吸気ダクト６に沿って物理的に取り付けられ、かつ、コンプレッサー１９の位置およびスロットルバルブ８の位置のほぼ中間に、すなわち明らかに、シリンダー２内へのガス混合物の入口を調節する吸気バルブの前に存在する。特に、センサー２９は、シリンダー２内へのガス混合物の入口を調節する吸気バルブから距離Ｄ（約数十センチメートル）に存在する。結果として、センサー２９によって測定された酸素のパーセンテージ％Ｏ２は、シリンダー２内への充填に対して（すなわち、ガス混合物がシリンダー２内に流入する実際の時点に対して）明らかに進んでいる。言い換えれば、センサー２９は、シリンダー２内に実際に流入するガス混合物中の酸素のパーセンテージ％Ｏ２を後で、すなわち酸素のパーセンテージ％Ｏ２が測定される時点に対する遅延を伴って測定する（したがって、酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定は、ガス混合物が実際にシリンダー２内に流入する時点と比較して進んでいる）。定常運転モード（すなわち回転速度およびエンジンポイントがある時間にわたって安定している場合）では、センサー２９によって実行される酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定の進みは、酸素のパーセンテージ％Ｏ２がある時間にわたって同様に一定であるので影響を与えない（あるいは、とにかく、それは測定の進みよりも大幅に長い変動時間で非常にゆっくりと変化する）。一方、動的運転モード（すなわち回転速度および／またはエンジンポイントが変化し続ける場合）では、酸素のパーセンテージ％Ｏ２も時間の経過と共に同様に変化し（すなわち、それは測定の進みよりも短い変化時間で急速に変化する）、したがって、センサー２９によって実行される酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定の進みは、以下で説明する方法で適切に補正されない場合、シリンダー２内での燃焼のプログラミングの誤差につながる。
図２によると、各シリンダー２には、一つの燃焼サイクル、すなわち吸気（Ａ）、圧縮（Ｃ）、出力（Ｅ）、排気（Ｓ）を構成する四つの段階（ピストンのストローク）が交互に周期的に存在する。各ストロークの開始時（すなわち前のストロークの終了時）に、対応するピストンが死点（上死点または下死点）に到達し、そこで動きの方向が反転するため、各ストロークは、死点から他の死点へのピストンの変位を伴う。
制御ユニット２６は、所定のストローク数Ｘｐに等しい進みで各シリンダー２の燃焼をプログラムしなければならない。明らかに、ストローク数Ｘｐに対応する進み時間Ｔpredは、以下の式に従って内燃エンジン１の回転速度に依存するために可変である。
Ｔpred＝Ｘｐ/（２＊ω）［９］
Ｔpred：進み時間
Ｘｐ：進みストロークの数
ω：内燃エンジン１の回転速度（たとえば、１秒あたりの回転数で測定）
換言すれば、進み時間Ｔpredは、シリンダー２における燃焼のプログラミングと、シリンダー２における燃焼の実行（すなわち実際の実行）との間の経過時間に対応する。
制御ユニット２６は、センサー２９によって実行される酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定値を周期的に（例えば４ｍｓの周期で、すなわち４ｍｓごとに）受信し、センサー２９で測定された酸素の各パーセンテージ％Ｏ２に応じてセンサー２９の領域で吸気ダクト６を通って流れる空気中に存在する再循環排気ガスの濃度（すなわちパーセンテージ）％ＥＧＲを特定し、そして、バッファー３０に再循環排気ガスのこの濃度％ＥＧＲを格納する（これは、バッファー３０内に再循環排気ガスの一連の濃度％ＥＧＲが存在することを示している図２に大まかに示されている）。異なる実施形態によれば、酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定値は、バッファー３０内に格納され（すなわちバッファー３０内には酸素の一連のパーセンテージ％Ｏ２の測定値が存在する）、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲは、酸素のパーセンテージ％Ｏ２の対応する測定に応じて後に特定される。
明らかに、バッファー３０は有限サイズを有し、したがって、（センサー２９により実行される酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定に基づいて特定される）再循環排気ガスの一定かつ所定の数の濃度％ＥＧＲを含む。再循環排気ガスの新しい濃度％ＥＧＲが計算されるたびに（すなわちセンサー２９が新しい測定値を提供するたびに）、再循環排気ガスの新しい濃度％ＥＧＲは最新のもの、すなわち再循環排気ガスの最も若い濃度％ＥＧＲとなり、そして最も新しくないもの、すなわち再循環排気ガスの最も古い濃度％ＥＧＲはバッファー３０から削除される。一例として、センサー２９は、４ｍｓごとに酸素のパーセンテージ％Ｏ２の新しい測定値を提供する（したがって、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの新しい値は４ｍｓごとにバッファー３０に格納され、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの古い値はキャンセルされる）。
さらに、制御ユニット２６は、酸素のパーセンテージ％Ｏ２を測定するセンサー２９が位置する地点からシリンダー２へと流れるためにガス混合物が必要とする輸送時間ＴTRを以下の式により計算する。
ＴTR＝Ｄ/ＳTR ［１０］
ＴTR：輸送時間
Ｄ：酸素のパーセンテージ％Ｏ２を測定するセンサー２９の位置とシリンダー２との間に存在する距離
ＳTR：輸送速度
言い換えると、制御ユニット２６は、酸素のパーセンテージ％Ｏ２を測定するセンサー２９の位置とシリンダー２との間に存在する距離Ｄを知っており（この距離Ｄは、内燃エンジン１の形状によるものであり、先験的に知られている固定された設計情報である）、ガス混合物が吸気ダクト６に沿って、したがって吸気マニホールド４を通って流れる（すなわち、ガス混合物が距離Ｄを移動する）輸送速度ＳTRを推定し、そして単純な除算で輸送時間ＴTRを計算する。
各シリンダー２には、他のシリンダー２の距離Ｄと（わずかに）異なる（すなわち、シリンダー２がスロットルバルブ８に近いほど小さく、シリンダー２がスロットルバルブから遠いほど大きくなる）ことがある対応する距離Ｄがあることに留意されたい。したがって、各シリンダー２について、他の要因が同じであれば、他のシリンダー２の輸送時間ＴTRと潜在的に（わずかに）異なる対応する輸送ＴTR時間が計算される。
吸気ストロークＡの終わりにシリンダー２内に存在する酸素のパーセンテージ％Ｏ２を特定するために、制御ユニット２６は、（センサー２９によって実行される酸素のパーセンテージ％Ｏ２の測定値に基づいて計算されると共にバッファー３０に時系列に保存される）再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲを（燃焼のプログラミングの一部である）吸気の予測と同期させる。燃焼のプログラミングには、燃焼のアクターのシリンダー２内への供給、すなわち酸素を含む空気（酸化剤）の供給および燃料（還元剤）の供給を制御するアクチュエータおよび火花の点火（これは明らかに火花点火エンジンの場合にのみ燃焼を開始させる）の制御方法の確立が含まれる。結果として、燃焼のプログラミングには、燃料を供給するインジェクターの制御方法の確立、イグニッションコイルの制御方法の確立（存在する場合、すなわち火花点火エンジンの場合のみ）、スロットルバルブ８の制御方法の確立、および吸気バルブの制御方法の確立（明らかに吸気バルブの開閉時点を調整できる場合）が含まれる。言い換えると、燃焼のプログラミングは、シリンダー２への空気の供給を調整するアクチュエータの制御のプログラミング、シリンダー２への燃料の供給を調整するアクチュエータの制御のプログラミング、および／またはシリンダー２内の混合物の（火花）点火のプログラミングを意味する。
この同期を実行するためには、そして図２に模式的に示すように、現在の時点は時点Ｔ１であり（すなわちエンジン制御は時点Ｔ１にある）、プログラムされる燃焼に対応する吸気ストロークＡ＊が生じる時点Ｔ２の直後に起こる燃焼をプログラミングする必要がある（図２によれば、通常、吸気ストロークの終わりが考慮される）。時点Ｔ１と時点Ｔ２（これは時点Ｔ１に時間的に続いており、したがって時点Ｔ１に対して未来にある）との間には（進みストロークＸｐの数に対応した）進み時間Ｔpredが存在する。現在の時点Ｔ１から始まって、進み時間Ｔpredを時点Ｔ１に付加すると、プログラムされる燃焼に対応する吸気ストロークＡ＊が生じる（将来の）時点Ｔ２が得られる。時点Ｔ２から輸送時間ＴTRを減算することにより（すなわち時点Ｔ２を進めることにより）、（過去の）時点Ｔ３が特定されるが、そこでは、（センサー２９によって測定された酸素のパーセンテージ％Ｏ２に基づいて計算された）再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲ値はバッファー３０に読み込まれ、この測定値は吸気ストロークＡ＊に対応する燃焼をプログラミングするために使用される。換言すれば、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲを吸気ストロークＡ＊に対応する燃焼のプログラミングと同期させるために、バッファー３０が読み取られ、時点Ｔ３に対応する再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲが取得されるが、これは、燃焼のプログラミングが実行される現在の時点Ｔ１から、輸送時間ＴTRと進み時間Ｔpredとの差に等しい時間量を減算する（減少させる）ことにより得られる。輸送時間ＴTRは、通常、進み時間Ｔpredよりも長い（またはせいぜい等しい）。
非限定的であるが好ましい実施形態によれば、吸気ストロークＡ＊に対応する燃焼をプログラミングするとき、時点Ｔ３における再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲは直接使用されず、一次フィルターが時点Ｔ３での再循環排気ガスの上記濃度％ＥＧＲに適用され、この一次フィルターは吸気マニホールド４内のガスの混合を考慮したものである（すなわち、それは、吸気マニホールド４内のガス混合のモデルを創出し、したがって吸気マニホールド４内のガスの混合の効果をシミュレートする）。言い換えれば、新しい値への前の値からの再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの変化は瞬間的には（すなわち、物理的現実に対応しない段階的な変動の法則により）発生せず、それは（一次フィルターに対応する）指数関数的な変動の法則により段階的に発生する。上記の内容は図３に示されているが、図３は、どのようにして、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの以前の値（「ＯＬＤ」）から再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの次の値（「ＮＥＷ」）への移行が（一次フィルターを使用して数学的に得られた）指数関数的な法則に従って緩やかに生じるかを示している。
可能な実施形態によれば、時点Ｔ３における再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲをフィルタリングするために使用される（すなわち、再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲの以前の値から次の値への移行を遅くするために使用される）一次フィルターは一定のゲインを有する。あるいは、一次フィルターのゲインは可変であり、制御ユニット２６に格納されると共に吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量ＭTOTに基づいて一次フィルターのゲインを提供する実験マップに従って特定される。さらなる変形例によれば、一次フィルターのゲインは可変であり、制御ユニット２６に格納されると共に吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量ＭTOTに基づいてかつ進み時間Ｔpredに基づいて一次フィルターのゲインを提供する実験マップに従って特定される。このマップは、実験室の調整段階で実験的に特定される。すなわち、全ての可能な動作点で一次フィルターのゲインの理想値を特定するために、一連の高性能実験室センサー（すなわち非常に正確で非常に敏捷なセンサー）が取り付けられた内燃熱エンジン１が使用される。
好ましいが非限定的な実施形態によれば、輸送速度ＳTR（すなわち、吸気ダクト６および吸気マニホールド４に沿ってガスが流れる平均速度）は、以下の式を用いて制御ユニット２６によって計算される。
ＳTR＝ＭTOT/（ρ＊Ｓ）［１１］
ＳTR：輸送速度
ＭTOT：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
ρ：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の密度
Ｓ：吸気ダクト６の断面積
吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量ＭTOTは、標準的なエンジン制御ストラテジーを使用する既知の方法で制御ユニット２６により推定される（例えば、「速度密度」として知られるモデルにより推定できる）。言い換えれば、制御ユニット２６は、とりわけ、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量ＭTOTの信頼できる推定値の特定を可能にすることができる標準的なエンジン制御ストラテジーを実行する。代替的に、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量ＭTOTは、上記の式［１］（またはその他の同様の式）を使用し、そして外部から来る新鮮な空気の質量流量ＭAIRを（たとえば空気流量計の測定値から、そして酸素のパーセンテージの測定から得られたＥＧＲ濃度の値から、あるいは低圧回路ＥＧＲLPを通って再循環される排気ガスの質量流量ＭEGR_LPから）知ることで計算できる。
吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の密度ρは、制御ユニット２６に格納されると共にガス混合物の温度Ｔおよび圧力Ｐに基づいてガス混合物の密度ρを提供する実験マップに従って特定することができる。ガス混合物の温度Ｔおよび圧力Ｐは、センサー２７によって測定される吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の温度Ｔintおよび圧力Ｐint、あるいはセンサー２８によって測定される吸気マニホールド４内に存在するガス混合物の温度Ｔmanおよび圧力Ｐman、あるいはセンサー２７および２８の測定間の平均であってもよい。上記マップは、実験室の調整段階中に実験的に特定される。すなわち、全ての可能な動作点でガス混合物の密度ρの値を特定するために、一連の高性能実験室センサー（すなわち非常に正確で非常に敏捷なセンサー）が取り付けられた内燃熱エンジン１が使用される。
代替的に、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の密度ρは次の式を使用して計算できる。
ρ＝Ｐ/（Ｒ＊Ｔ）［１２］
ρ：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の密度
Ｐ：ガス混合物の圧力（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
Ｒ：空気のそれに近似するガスの固有定数（第一近似では、一般ガス定数に等しいと仮定できる）
Ｔ：ガス混合物の温度（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
式［１０］、式［１１］および式［１２］を組み合わせると次の方程式が得られる（これは、式［１０］、式［１１］および式［１２］の代わりに制御ユニット２６に実装できる）。
ＴTR＝（Ｄ＊Ｓ＊Ｐ）/（Ｍ＊Ｒ＊Ｔ）［１３］
ＴTR：輸送時間
Ｄ：酸素のパーセンテージ％Ｏ２を測定するセンサー２９の位置とシリンダー２との間に存在する距離
Ｍ：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
Ｓ：吸気ダクト６の断面積
Ｐ：ガス混合物の圧力（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
Ｒ：空気のそれに近似するガスの固有定数（第一近似では一般ガス定数に等しいと仮定できる）
Ｔ：ガス混合物の温度（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
代替的に、式［１３］の代わりに次の式を使用できる。
ＴTR＝（ＶTR＊Ｐ）/（Ｍ＊Ｒ＊Ｔ）［１４］
ＶTR：輸送体積（すなわちセンサー２９と検査中のシリンダー２の吸気バルブとの間に含まれる吸気体積）
Ｍ：吸気ダクト６を通って流れるガス混合物の質量流量
Ｐ：ガス混合物の圧力（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
Ｒ：空気のそれに近似するガスの固有定数（第一近似では、一般ガス定数に等しいと仮定できる）
Ｔ：ガス混合物の温度（センサー２７で測定されるか、センサー２８で測定されるか、またはセンサー２７および２８の測定値間の平均）
可能な実施形態によれば、輸送体積ＶTRは、内燃エンジン１のジオメトリーによるものであり、かつ、先験的に知られている固定された設計情報である。（より詳細かつ正確な）代替実施形態によれば、輸送体積ＶTRは、制御ユニット２６に格納されかつ（制御ユニット２６によって使用される標準的なエンジン制御ストラテジーから得られる）吸気効率ＥＴintおよび内燃エンジン１の回転速度ωに基づく輸送容積ＶTRを提供する実験マップに従って特定される。
このマップは、実験室の調整段階で実験的に決定される。すなわち、内燃熱エンジン１が使用され、これには、一連の高性能実験室センサー（すなわち非常に正確で非常に敏捷なセンサー）が、全ての可能な動作時点における輸送体積ＶTRの値を測定するために設置される。
上述したように、バッファー３０には、センサー２９によって測定された対応する酸素のパーセンテージ％Ｏ２に応じて計算された再循環排気ガスの濃度％ＥＧＲが格納されている。代替的に、バッファー３０には、センサー２９によって測定された酸素のパーセンテージ％Ｏ２を格納することができ、これは後で再循環排気ガスの対応する濃度％ＥＧＲを特定するために使用される。
添付図面に示されている実施形態では、内燃エンジンはターボ過給エンジンである（ターボチャージャーの代替として容積コンプレッサーを使用できる）。本明細書に示されていない別の実施形態によれば、内燃エンジン１は吸気（すなわちターボチャージャーまたは容積コンプレッサーによって得られる過給を受けない）エンジンである。
添付図面に示す実施形態では、ＥＧＲダクト２３は吸気ダクト６内に、したがってスロットルバルブ８の上流に通じている（明らかに、センサー２９はＥＧＲダクト２３の到着点の下流で吸気ダクト６に沿って配置される）。本明細書に示されていない別の実施形態によれば、ＥＧＲダクト２３は吸気マニホールド４内に、したがってスロットルバルブ８の下流に通じている（明らかに、センサー２９はＥＧＲダクト２３の到着点の下流で吸気マニホールド４内に配置されている）。
本明細書に記載の実施形態は、この理由のために本発明の保護範囲を超えることなく、互いに組み合わせることができる。
上記のように、燃焼の時点でシリンダー２内に存在する再循環排気ガスの濃度を推定するための方法には多くの利点がある（既に述べたように、再循環排気ガスの濃度を特定することは、新鮮な空気／酸素の濃度を特定することを意味し、逆も同様である）。
第一に、上記のように、燃焼の時点でシリンダー２内に存在する再循環排気ガスの濃度を推定するための方法は、定常走行モード（すなわち回転速度およびエンジンポイントがある時間にわたって安定しているとき）だけでなく、特に動的走行モード（すなわち回転速度および／またはエンジンポイントが変化し続けるとき）でも、全ての可能な動作時点において非常に正確である（すなわちわずかな誤差しか生じない）。
さらに、上記のように、燃焼の時点でシリンダー２内に存在する再循環排気ガスの濃度を推定するための方法は、それが相当な計算能力を必要とせず、しかも大きなメモリスペースを必要としないので、簡単であり、かつ、経済的に実施できる。
１ エンジン
２ シリンダー
３ インジェクター
４ 吸気マニホールド
５ 排気マニホールド
６ 吸気ダクト
７ エアフィルター
８ スロットルバルブ
９ マルチセンサー
１０ インタークーラー
１１ 排気ダクト
１２ 酸化触媒コンバーター
１６ サイレンサー
１７ ターボチャージャー
１８ タービン
１９ コンプレッサー
２３ ＥＧＲダクト
２４ ＥＧＲバルブ
２５ 熱交換器
２６ 電子制御ユニット
２７ センサー
２８ センサー
２９ センサー
３０ バッファー
％Ｏ２ 酸素のパーセンテージ
％ＥＧＲ 再循環排気ガスの濃度
Ｄ 距離
Ｔpred 進み時間
ＴTR 輸送時間
Ｘｐ 進みストローク数

Claims (15)

  1. 内燃エンジン（１）のシリンダー（２）内に存在する再循環排気ガスの濃度を特定するための推定方法であって、前記シリンダー（２）は、吸気マニホールド（４）で終端する吸気ダクト（６）を介して新鮮な空気および再循環排気ガスからなるガス混合物を受け取り、前記推定方法は、
    前記吸気ダクト（６）または前記吸気マニホールド（４）を通って流れるガス混合物中の酸素のパーセンテージ（％Ｏ２）を、前記吸気ダクト（６）に沿ってあるいは前記吸気マニホールド（４）内に配置された第１のセンサー（２９）によって周期的に測定するステップと、
    前記第１のセンサー（２９）によって測定された酸素の対応するパーセンテージ（％Ｏ２）に基づいて、前記吸気ダクト（６）または前記吸気マニホールド（４）内に存在する再循環排気ガスの濃度（％ＥＧＲ）を周期的に特定するステップと、
    第１の時点（Ｔ１）に続く前記シリンダー（２）内での次の燃焼のプログラミングを前記第１の時点（Ｔ１）において実行するステップと、を備え、
    前記推定方法はさらに、
    再循環排気ガスの濃度（％ＥＧＲ）をバッファー（３０）に格納するステップと、
    前記第１の時点（Ｔ１）と、前記第１の時点（Ｔ１）に続きかつ空気が前記シリンダー（２）内での次の燃焼のために前記シリンダー（２）内に取り込まれる将来における第２の時点（Ｔ２）との間の時間量に対応する進み時間（Ｔpred）を特定するステップと、
    前記第１のセンサー（２９）が配置されている場所から前記シリンダー（２）まで前記ガス混合物が流れるのに必要な、前記進み時間（Ｔpred）以上の輸送時間（ＴTR）を特定するステップと、
    前記第１の時点（Ｔ１）から、前記輸送時間（ＴTR）と前記進み時間（Ｔpred）との間の差に等しい時間量を減算することによって、前記第１の時点（Ｔ１）に、したがって前記第２の時点（Ｔ２）に先行する、過去の第３の時点（Ｔ３）を計算するステップと、
    前記バッファー（３０）に格納されると共に前記第３の時点（Ｔ３）に対応する再循環排気ガスの濃度（％ＥＧＲ）に基づいて、前記第２の時点（Ｔ２）において前記シリンダー（２）内に存在する再循環排気ガスの濃度を推定するステップと、
    前記第１の時点（Ｔ１）において、前記シリンダー（２）内での次の燃焼をプログラミングするために前記第２の時点（Ｔ２）において前記シリンダー（２）内に存在する再循環排気ガスの濃度を使用するステップと、
    を備えることを特徴とする推定方法。
  2. 前記シリンダー（２）内での燃焼のプログラミングは、所定のストローク数（Ｘｐ）に等しい進みを必要とし、かつ、前記進み時間（Ｔpred）は、以下の式を使用して計算される、請求項１に記載の推定方法。
    Ｔpred＝Ｘｐ/（２＊ω）［９］
    ここで、
    Ｔpred：進み時間
    Ｘｐ：進みストローク数
    ω：前記内燃エンジン（１）の回転速度
  3. 前記輸送時間（ＴTR）は以下の式を使用して計算される、請求項１または請求項２に記載の推定方法。
    ＴTR＝Ｄ/ＳTR ［１０］
    ここで、
    ＴTR：輸送時間
    Ｄ：前記第１のセンサー（２９）の位置と前記シリンダー（２）との間に存在する距離
    ＳTR：前記ガス混合物が前記吸気ダクト（６）に沿って、したがって前記吸気マニホールド（４）を通って流れる輸送速度
  4. 前記輸送速度（ＳTR）は以下の式を使用して計算される、請求項３に記載の推定方法。
    ＳTR＝ＭTOT/（ρ＊Ｓ）［１１］
    ここで、
    ＳTR：輸送速度
    ＭTOT：前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の質量流量
    ρ：前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の密度
    Ｓ：前記吸気ダクト（６）の断面積
  5. 前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の密度（ρ）は、制御ユニット（２６）に格納されかつ前記ガス混合物の温度（Ｔ）および圧力（Ｐ）に応じた前記ガス混合物の密度（ρ）を示す実験マップに基づいて特定される、請求項４に記載の推定方法。
  6. 前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の密度（ρ）は以下の式を使用して計算される、請求項４に記載の推定方法。
    ρ＝Ｐ/（Ｒ＊Ｔ）［１２］
    ここで、
    ρ：前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の密度
    Ｐ：前記ガス混合物の圧力
    Ｒ：ガスの固有定数
    Ｔ：前記ガス混合物の温度
  7. 前記吸気ダクト（６）内の前記ガス混合物の温度（Ｔint）および圧力（Ｐint）は第２のセンサー（２７）によって測定され、
    前記吸気マニホールド（４）内の前記ガス混合物の温度（Ｔman）および圧力（Pman）は、第３のセンサー（２８）によって測定され、
    前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の密度（ρ）を特定するために、前記第２のセンサー（２７）の測定値と前記第３のセンサー（２８）の測定値との平均が使用される、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の推定方法。
  8. 前記輸送時間（ＴTR）は以下の式を使用して計算される、請求項１または請求項２に記載の推定方法。
    ＴTR＝（Ｄ＊Ｓ＊Ｐ）/（Ｍ＊Ｒ＊Ｔ）［１３］
    ここで、
    ＴTR：輸送時間
    Ｄ：前記第１のセンサー（２９）の位置と前記シリンダー（２）との間に存在する距離
    Ｍ：前記吸気ダクト（６）を通って流れるガス混合物の質量流量
    Ｓ：前記吸気ダクト（６）の断面積
    Ｐ：前記ガス混合物の圧力
    Ｒ：ガスの固有定数
    Ｔ：前記ガス混合物の温度
  9. 前記輸送時間（ＴTR）が以下の式を使用して計算される、請求項１または請求項２に記載の推定方法。
    ＴTR＝（ＶTR＊Ｐ）/（Ｍ＊Ｒ＊Ｔ）［１４］
    ここで、
    ＶTR：輸送体積
    Ｍ：前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の質量流量
    Ｐ：前記ガス混合物の圧力
    Ｒ：ガスの固有定数
    Ｔ：前記ガス混合物の温度
  10. 前記輸送体積（ＶTR）は固定された設計情報であり、先験的に知られている、請求項９に記載の推定方法。
  11. 前記輸送体積（ＶTR）は、制御ユニット（２６）に格納されかつ前記内燃エンジン（１）の吸気効率（ＥＴINT）および回転速度（ω）に従って前記輸送体積（ＶTR）を示す実験マップに基づいて特定される、請求項９に記載の推定方法。
  12. 時間遅延が、前記バッファー（３０）に格納されると共に前記第３の時点（Ｔ３）に対応する再循環排気ガスの濃度（％ＥＧＲ）に適用される、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の推定方法。
  13. 前記時間遅延は一次フィルターにより得られる、請求項１２に記載の推定方法。
  14. 前記一次フィルターは、前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の質量流量（ＭTOT）に応じて変化するゲインを有する、請求項１３に記載の推定方法。
  15. 前記一次フィルターは、前記吸気ダクト（６）を通って流れる前記ガス混合物の質量流量（ＭTOT）および前記進み時間（Ｔpred）に応じて変化するゲインを有する、請求項１３に記載の推定方法。
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