JP4154972B2 - 内燃機関の内部ｅｇｒ量推定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の内部ＥＧＲ量（排出ガスの還流量）推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から火花点火式内燃機関では、不活性成分増大化による燃焼温度抑制によるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減と、ポンプロスの低減による燃費低減とを図るために、可変動弁機構を利用して、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ量を拡大し、内部ＥＧＲ量を増加させるものがある。この場合、内部ＥＧＲ量に応じて、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを補正する制御を行うことが望ましい。
【０００３】
また、特許文献１には、オーバーラップ無し時の機関の運転条件（負荷・回転数・空燃比・ＥＧＲ率・吸気負圧など）から内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、オーバーラップ時の運転条件の変化量に応じて内部ＥＧＲ量を補正することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２１１０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転状態が変化し、負荷・回転数・燃焼空燃比・吸気負圧などの組み合わせが変化することで、オーバーラップ量により内部ＥＧＲ量を一義的に推定することは困難であった。
また、特許文献１では、運転条件の変化量から内部ＥＧＲ量を補正する場合には、各パラメータの変化により算出された内部ＥＧＲ量の精度は十分なものではなかった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、機関の運転条件に応じて内部ＥＧＲ量を精度良く推定することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、排気バルブ閉弁時の筒内温度、排気バルブ閉弁時の筒内圧力、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を各々算出して、少なくともこれらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する。そして、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する。そして、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、運転条件に関わらず、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（温度・圧力・排気ガスのガス定数）に基づき、精度良く内部ＥＧＲ量を推定できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気バルブ５と排気バルブ６とを備えている。吸気バルブ５及び排気バルブ６のリフト特性（開閉時期）は、吸気側及び排気側に設けられた可変動弁ソレノイド２２，２３により、カム軸に対するカムの位相を変化させることで、バルブタイミングの制御が可能である。
【００１０】
吸気通路７には、電子制御スロットル弁１９が設けられており、これにより吸入新気量が制御される。燃料の供給は、吸気通路７に気筒毎に（または各燃焼室３に直接臨ませて）設けたインジェクタ２０によりなされる。燃焼室３内で混合気は点火プラグ４により点火されて燃焼し、排気通路８へ排出される。
ここで、電子制御スロットル弁１９、インジェクタ２０、点火プラグ４（パワトラ内蔵点火コイル２１）、可変動弁ソレノイド２２，２３の作動は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０により制御される。
【００１１】
これらの制御のため、ＥＣＵ３０には、各種センサからの信号が入力されている。
クランク角センサ１４は、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置と共にエンジン回転数を検出可能である。そして、カム角センサ１６，１７は、吸気バルブ５及び排気バルブ６のカム角を検出可能であり、これにより可変動弁ソレノイド２２，２３の作動状態を検出可能である。
【００１２】
そして、吸気通路７にて吸入新気量を検出するエアフロメータ９、電子制御スロットル弁１９下流にて吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１０、排気通路７にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１１、排気通路８にて排気温度を検出する排気温度センサ１２、排気通路８にて排気中に含まれる酸素量を検出するＯ２センサ（酸素センサ）１３、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８の出力信号もＥＣＵ３０に入力され、これらの状態を検出可能である。
【００１３】
次に、ＥＣＵ３０が行う内部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ率の推定について以下に説明する。図２〜図７は制御構成図であり、図８〜図１６は制御フローチャートであり、図１７〜図２２は各値を求めるテーブルである。
内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲの算出について、図２の内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図と、図８の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ算出フローとを用いて説明する。
【００１４】
図２に示す吸入新気量算出手段は吸入新気量（新気質量）ＭＡＣＹＬ、目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ率算出手段は内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出する。
図８のステップ１では、エアフロメータ９により計測された吸入新気量に基づいて１シリンダ当たりの吸入新気量ＭＡＣＹＬを算出する。
【００１５】
ステップ２では、クランク角センサ１４の信号に基づいて検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ１８の信号に基づいて検出されるアクセル開度と、水温センサ１５の信号に基づいて検出される冷却水温度とに応じて決まる目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出する。
なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比を１４．７とすると、目標燃焼空燃比より次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに１となる。
【００１６】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標燃焼空燃比・・・（１）
ステップ３では、後述する図９のフローチャートに従って、１シリンダ当たりの内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
ステップ４では、内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ（１シリンダ当たりの総ガス量に対する内部ＥＧＲ量の割合）を次式により算出し、処理を終了する。
【００１７】
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／｛ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）｝・・・（２）
ここで、ステップ３の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出について、図３の内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図と、図９の内部ＥＧＲ量算出フローとを用いて説明する。
【００１８】
図３に示す排気バルブ閉弁時（図には「ＥＶＣ時」と示す）筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ、吸気バルブ５及び排気バルブ６のオーバーラップ（図には「Ｏ／Ｌ」と示す）中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００１９】
図９のステップ５では、後述する図１０のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留しているガス量である排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
ステップ６では、後述する図１１のフローチャートに従って、オーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量であるオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００２０】
ステップ７では、排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬとオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとを加算して、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを次式により算出する。
ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＣＹＬ＋ＭＲＥＳＯＬ・・・（３）
ここで、ステップ５の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬの算出について、図４の排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図と、図１０の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ算出フローとを用いて説明する。
【００２１】
図４に示す目標燃焼当量比算出手段は排気ガスの目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この値に基づき、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は筒内容積ＶＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時圧力算出手段は筒内圧力ＰＥＶＣをそれぞれ算出する。そして、これらの算出値に基づき、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００２２】
図１０のステップ８では、図１７に示すテーブルから排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。図１７は、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出テーブルであり、横軸は排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥ、縦軸は排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを示している。
ここで、排気バルブ閉弁時期を変化させる機構を有するエンジンにおいては、排気側のカム角センサ１７の信号に基づいて検出される排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥに応じて、図１７に示す排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
【００２３】
なお、圧縮比を変化させる機構を有するエンジンにおいては、圧縮比の変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
また、排気バルブ閉弁時期と圧縮比とを同時に可変とする機構を有するエンジンにおいては、排気バルブ閉弁時期と圧縮比変化量とに応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
【００２４】
図１０のステップ９では、図１８に示すテーブルから目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガスのガス定数ＲＥＸを求める。図１８は、排気ガスガス定数ＲＥＸ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガスのガス定数ＲＥＸを示している。なお、図１８中の点線はストイキを示している。
ステップ１０では、排気温度センサ１２の信号に基づいて検出した排気温度に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣは、インジェクタ２０の燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性を利用したテーブルから求めてもよい。
【００２５】
ステップ１１では、排気圧力センサ１１の信号に基づいて検出された排気圧力に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣは、混合気体積と排気系の管内抵抗とで決まるため、混合気体積流量に応じたテーブルから求めてもよい。
ステップ１２では、ステップ８〜ステップ１１において算出された排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ、排気ガスガス定数ＲＥＸ、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣの算出値から、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留している排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを次式により算出する。
【００２６】
ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）・・・（４）
ここで、図９のステップ６のオーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量ＭＲＥＳＯＬの算出について、図５のオーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図と、図１１のオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬ算出フローとを用いて説明する。
【００２７】
図５に示す排気バルブと吸気バルブとの開閉タイミング変化量算出手段は吸気バルブと排気バルブとの開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷ，ＶＴＣＮＯＷＥからオーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬを算出し、この算出値に基づいて、オーバーラップ中積算有効面積算出手段は積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。目標燃焼当量比算出手段は当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この算出値に基づいて、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。そして、これらの算出値と、エンジン回転数算出手段、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段、チョーク過給判定算出手段による各算出値とに基づいて、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００２８】
図１１のステップ１３では、吸気側カムの位相を検出するカム角センサ１６の信号に基づいて検出される吸気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷと、排気側カムの位相を検出するカム角センサ１７の信号に基づいて検出される排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥとから、オーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬを次式により算出する。
【００２９】
ＶＴＣＯＬ＝ＶＴＣＮＯＷ＋ＶＴＣＮＯＷＥ・・・（５）
ステップ１４では、（５）式で算出したオーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬに応じて、図１９に示すテーブルからオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを求める。図１９は、オーバーラップ中の積算有効面積を算出するテーブルであり、横軸はオーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬ、縦軸はオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを示している。オーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬが大きくなると、積算有効面積ＡＳＵＭＯＬが大きくなる。
【００３０】
ここで、図２０は、オーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬの説明図であり、横軸はクランク角度、縦軸は吸気バルブ５と排気バルブ６とのそれぞれの開口面積を示している。そして、オーバーラップ中の或る時点における有効な開口面積は、排気バルブ開口面積と吸気バルブ開口面積とのうち小さい方とする。すなわち、オーバーラップ中の全期間における積算有効面積ＡＳＵＭＯＬは、吸気バルブ５及び排気バルブ６が開いている期間の積分値（図中の斜線部）として示される。
【００３１】
このようにしてオーバーラップ中積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出することで、吸気バルブ５と排気バルブ６とのオーバーラップ量を１つのオリフィス（流出孔）と疑似でき、排気系の状態と吸気系の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出する。
図１１のステップ１５では、クランク角センサ１４の信号に基づいてエンジン回転数ＮＲＰＭを算出する。
【００３２】
ステップ１６では、図２１に示すマップから排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。この制御構成は図６に示す。
図６に示す目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づき、排気ガス比熱比算出手段は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。
【００３３】
図２１は、排気ガス比熱比算出マップであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを示している。なお、図中の点線はストイキの位置を示しており、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡがストイキ近傍にあるときは排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲが小さくなり、リッチ側またはリーン側になると比熱比ＳＨＥＡＴＲが大きくなる。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣが変化した場合を太線矢印で示す。ここで、図８のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、図１０のステップ１０で算出した排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣとに応じて、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを求める。
【００３４】
ステップ１７では、後述する図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１２の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとにより、過給判定ＴＢＣＲＧ及びチョーク判定ＣＨＯＫＥを行う。
ステップ１８では、ステップ１７での過給判定フラグＴＢＣＲＧが０であるか否か、すなわち過給状態を判断する。過給判定フラグＴＢＣＲＧが０の場合は、ステップ１９へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧが０でない場合は、ステップ２２へ進む。
【００３５】
ステップ１９では、ステップ１７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０であるか否か、すなわちチョーク状態を判断する。
チョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ２０へ進み、後述する図１３のフローから、過給無し且つチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００３６】
一方、ステップ１９で、ステップ１７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０でない場合には、ステップ２１へ進み、後述する図１４のフローから、過給無し且つチョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
また、ステップ１８で、ステップ１７での過給判定フラグＴＢＣＲＧが１、すなわち過給状態であり、且つステップ２２でチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ２３へ進み、後述する図１５のフローから、過給有り且つチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００３７】
一方、ステップ２２で、ステップ１７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが１の場合は、ステップ２４へ進み、後述する図１６のフローから、過給有り且つチョーク有り時の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
ステップ２０，２１，２３，２４で吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出した後は、ステップ２５へ進む。
【００３８】
ステップ２５では、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐとオーバーラップ期間中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬとを積算することで、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを次式により算出する。
ＭＲＥＳＯＬ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×ＡＳＵＭＯＬ×６０）／（ＮＲＰＭ×３６０）・・・（７）
ここで、ステップ１７における過給・チョーク判定について、図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１２の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとを用いて説明する。
【００３９】
図７に示す通り、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段の各算出値に基づき、過給・チョーク判定手段は過給判定ＴＢＣＲＧとチョーク判定ＣＨＯＫＥとを行う。
図１２のステップ２６では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、図１０のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとの比、すなわち吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを次式により算出する。
【００４０】
ＰＩＮＢＹＥＸ＝ＰＩＮ／ＰＥＶＣ・・・（８）
ステップ２７では、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ２８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧ＝０を０に設定し、ステップ３１へ進む。
【００４１】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１より大きい場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ２９へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを１に設定し、ステップ３０へ進み、図１１のステップ１６で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを、図２２に示すテーブルから求めた空気及び燃料の混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲとする。
【００４２】
図２２は、混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲを示している。なお、図中の点線はストイキを示し、比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲは、リーン側のときは大きく、リッチ側のときは小さくなる。そして、図２のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに対応する混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲをテーブルから求める。
【００４３】
そして、ステップ３０において、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲに置き換えることで、ターボ過給や慣性過給等の過給時におけるオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう（吹き抜ける）ときにおいても、オリフィスを通過するガスの比熱比を排気ガスの比熱比から吸気混合気の比熱比に変更することにより、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部ＥＧＲ量を精度良く算出する。
【００４４】
ステップ３１では、ステップ１６またはステップ３０で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨを次式により算出する。
ＳＬＣＨＯＫＥＬ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（９ａ）
ＳＬＣＨＯＫＥＨ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛−ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（９ｂ）
このチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨは、チョークする限界値を算出している。
【００４５】
また、ステップ３１において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、（９ａ），（９ｂ）式の計算結果を、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬテーブルと最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨテーブルとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
ステップ３２では、ステップ２６で算出した吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ以上で且つ最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨ以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態を判定する。
【００４６】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にある場合、すなわちチョーク無しと判断した場合は、ステップ３３へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを０に設定する。
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にない場合、すなわちチョーク有りと判断した場合は、ステップ３４へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを１に設定する。
【００４７】
また、図１１のステップ２０の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図１３の過給無し且つチョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
ステップ３５では、図１０のステップ９で算出された排気ガスのガス定数ＲＥＸと、ステップ１０で算出された排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣとに基づき、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを次式により算出する。
【００４８】
ＭＲＳＯＬＤ＝ＳＱＲＴ｛１／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）｝・・・（１０）
ここで、ＳＱＲＴは温度及びガス定数に関する係数である。なお、制御構成上、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤの算出が困難な場合は、予め、（１０）式の計算結果をマップとして記憶しておき、排気ガスガス定数ＲＥＸと筒内温度ＴＥＶＣとに応じて求めてもよい。
【００４９】
ステップ３６では、図１１のステップ１６で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、図１２のステップ２６で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰを次式により算出する。
ＭＲＳＯＬＰ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（１１）
ステップ３７では、図１０のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図１３のステップ３５とステップ３６とで算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤとガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰとに基づいて、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００５０】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰ・・・（１２）
また、ステップ２１の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐについて、図１４の過給無し且つチョーク有り時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００５１】
ステップ３８では、図１３のステップ３５と同じく、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを前述の（１０）式より算出する。
ステップ３９では、図１１のステップ１６で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを次式により求める。
【００５２】
ＭＲＳＯＬＰＣ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ×｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝］・・・（１３）
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め（１３）式の計算結果を、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【００５３】
ステップ４０では、図１０のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図１４のステップ３８で算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤと、ステップ３９で算出されたチョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣに基づいて、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００５４】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１４）
また、ステップ２３のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図１５の過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００５５】
ステップ４１では、図１２のステップ３０で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、ステップ２６で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴを次式により求める。
ＭＲＳＯＬＰＴ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（１５）
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め（１５）式の計算結果を、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに応じて求めてもよい。
【００５６】
ステップ４２では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、ステップ４１で算出された過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴとに基づいて、過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１５２×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＴ・・・（１６）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、これに基づいて内部ＥＧＲ量を減じる。
【００５７】
また、ステップ２４の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図１６の過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
ステップ４３では、図１４のステップ３９と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを（１３）式またはマップから求める。
【００５８】
ステップ４４では、吸気圧力ＰＩＮと、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣとに基づいて、過給有り・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１０８×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１７）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、内部ＥＧＲ量を減じることとなる。
【００５９】
ここで、ステップ２０，２１，２３，２４で、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。そして、前述のステップ２５でオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出した後は、図９のステップ６からステップ７へ進み、前述のステップ７で内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。そして、図８のステップ３からステップ４へ進み、前述の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出して、処理を終了する。
【００６０】
本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを算出する手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時の筒内圧力ＰＥＶＣを算出する手段（ステップ１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、少なくとも前記筒内温度ＴＥＶＣ、前記筒内圧力ＰＥＶＣ、前記ガス定数ＲＥＸに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する手段（ステップ１２）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する手段（ステップ２５）と、を備え、筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬと吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとに基づいて、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する（ステップ７）。このため、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化に対応でき、運転条件に関わらず精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定できる。特に、過渡運転状態においては、シリンダ内部の状態量が刻々と変化するため、その変化していく状態量に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できるので、過渡運転時の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定精度を向上できる。そして、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定することで、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミング（オーバーラップ量）などを適切に制御できる。さらに、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式（３式）に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出し、この値ＭＲＥＳに基づいて、各制御値を決定するため、容易に構築できる。
【００６１】
また本実施形態によれば、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを算出する手段（ステップ８）を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式（４式）により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。このため、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを考慮して、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（容積ＶＥＶＣ・温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式（３式）から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。この場合も、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化に対応でき、運転条件に関わらず精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定できる。また、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式（３式）に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【００６２】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段（ステップ８）は、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる筒内容積値ＶＥＶＣを求める。このため、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを適切に算出して、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを求めることができる。
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段（ステップ８）は、排気バルブ閉弁時期と該時期の筒内容積とを相対的に変化させる機構を有するエンジンにおいては、その変化量に応じて、排気バルブ閉弁時の筒内容積値ＶＥＶＣを求める。このため、排気バルブ閉弁時に筒内容積ＶＥＶＣが変化する機構（可変バルブ開閉タイミング、可変圧縮比）を有するエンジンであっても、容易に筒内容積ＶＥＶＣを求められ、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、各値は幾何学的に決まるので、容易に算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【００６３】
また本実施形態によれば、ガス定数算出手段（ステップ９）は、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じ、排気ガス組成の変化に対応するガス定数ＲＥＸを求める（図１８）。このため、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガス組成変化に伴う密度変化がある場合、すなわち、リーン運転、始動後、全開運転域への切り替え後における目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡの増減がある場合にも、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、ガス定数ＲＥＸは、燃料組成と空気組成とによる化学反応式から算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【００６４】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段（ステップ２５）は、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを算出する手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時の筒内圧力ＰＥＶＣを算出する手段（ステップ１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成変化に対応したガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、吸気圧力ＰＩＮを算出する手段（ステップ１０）と、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する手段（ステップ１４）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する手段（ステップ１４）と、機関回転数ＮＲＰＭを算出する手段（ステップ１５）と、過給及びチョークの有無を判定する手段（ステップ２７，３２）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。このため、オーバーラップ中の状態量（温度ＴＥＶＣ、圧力ＰＥＶＣ、ガス定数ＲＥＸ、面積ＡＳＵＭＯＬ）に基づき、物理式（７式）により吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを精度良く算出できる。そして、状態量の変化による密度変化やオリフィス通過体積流量変化に対応でき、あらゆる運転状態において精度良くオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。さらに、多次元パラメータを含む制御構築においても、各パラメータに応じて物理式（３式）に基づき内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【００６５】
また本実施形態によれば、過給及びチョークの判定手段（ステップ２７，３２）は、吸気圧力ＰＩＮと排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとに基づいて、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを算出する手段（ステップ２６）を備え、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを、過給判定手段（ステップ２７）が過給有りとした場合に設定する。このため、全開運転における慣性過給時や、過給機による過給時でも精度良くオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。そして、アイドル運転時などにおいてチョークが発生した場合でも精度良く吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。
【００６６】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中積算有効面積算出手段（ステップ１４）は、吸気バルブ開閉タイミングを算出する手段（図２０）と、排気バルブ開閉タイミングを算出する手段（図２０）と、からオーバーラップ量を算出し、このオーバーラップ量に応じて積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを求める。このため、オーバーラップ量に基づいて積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出でき、物理式（６式）による計算を簡略化することができる。
【００６７】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中積算有効面積算出手段（ステップ１４）は、吸気バルブリフト中の開口面積と排気バルブリフト中の開口面積とのいずれか一方の最小値を積分し、積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。このため、オーバーラップ期間の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを１つのオリフィスとして疑似でき、排気系の状態と吸気系の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図
【図２】内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図
【図３】内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図
【図４】排気バルブ閉弁時筒内ガス流量算出手段の制御構成図
【図５】オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段の制御構成図
【図６】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図７】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図８】内部ＥＧＲ率算出フローチャート
【図９】内部ＥＧＲ量算出フローチャート
【図１０】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フローチャート
【図１１】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フローチャート
【図１２】過給判定・チョーク判定フローチャート
【図１３】過給無し・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図１４】過給無し・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図１５】過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図１６】過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図１７】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図１８】排気ガスガス定数算出テーブル
【図１９】オーバーラップ中積算有効面積算出テーブル
【図２０】オーバーラップ中積算有効面積の説明図
【図２１】排気ガス比熱比算出テーブル
【図２２】混合気比熱比算出テーブル
【符号の説明】
１ エンジン
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
１０ 吸気圧力センサ
１１ 排気圧力センサ
１２ 排気温度センサ
１３ Ｏ２センサ
１４ クランク角センサ
１５ 水温センサ
１６ 吸気側カム角センサ
１７ 排気側カム角センサ
１８ アクセル開度センサ
３０ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 排気バルブ閉弁時の筒内温度を算出する手段と、
   排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
   燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出する手段と、
   少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、前記ガス定数に基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する手段と、
   排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する手段と、を備え、
   前記筒内ガス量と前記吹き返しガス量とに基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置において、
   前記オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は、
   前記排気バルブ閉弁時の筒内温度を算出する手段と、
   前記排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
   前記燃焼空燃比に応じた排気ガス組成変化に対応したガス定数を算出する手段と、
   吸気圧力を算出する手段と、
   排気ガス組成変化に対応した比熱比を算出する手段と、
   排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の積算有効面積を算出する手段と、
   機関回転数を算出する手段と、
   過給及びチョークの有無を判定する手段と、
   を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量を算出することを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
2. 前記排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は、
   排気バルブ閉弁時の筒内容積を算出する手段と、
   前記排気バルブ閉弁時の筒内温度を算出する手段と、
   前記排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
   前記燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出する手段と、
   を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
3. 前記排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる筒内容積値を求めることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
4. 前記排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、排気バルブ閉弁時期と該時期の筒内容積とを相対的に変化させる機構を有する機関においては、それらの変化量に応じて、排気バルブ閉弁時の筒内容積値を求めることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
5. 前記ガス定数算出手段は、目標燃焼当量比に応じ、排気ガス組成の変化に対応するガス定数を求めることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
6. 前記過給及びチョークの判定手段は、
   前記吸気圧力と前記排気バルブ閉弁時筒内圧力とに基づいて、吸気排気圧力比を算出する手段を備え、
   前記排気ガス組成変化に対応した比熱比を、前記過給判定手段が過給有りとした場合に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推 定装置。
7. 前記オーバーラップ中積算有効面積算出手段は、
   吸気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、
   排気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、
   からオーバーラップ量を算出し、
   このオーバーラップ量に応じて有効面積の積算値を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
8. 前記オーバーラップ中積算有効面積算出手段は、
   吸気バルブリフト中の開口面積と排気バルブリフト中の開口面積とのいずれか一方の最小値を積分して、積算有効面積を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。

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