JP4155036B2 - Internal EGR amount estimation device for internal combustion engine - Google Patents
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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、燃焼ガス中の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】
特許文献1には、オーバーラップ無し条件での機関の運転状態(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、オーバーラップ時には、オーバーラップ時間とその中心クランク角位置、及び吸気圧に基づいて算出したオーバーラップによる増量補正分を、基本値に加算して内部EGR量を算出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、運転状態が変化した場合、例えば始動後の冷機中、減速時燃料カット運転後、高速高負荷運転時の高水温時においては、バルブやシリンダヘッドなどの温度変化によりバルブ構成部品(特にシャフト部)が熱膨張することで、バルブクリアランスが変化し、オーバーラップ時間等が実際のものと異なり、内部EGR量算出値に対する実内部EGR量の誤差が大きくなってしまう。このため、実際の点火時期や実際の要求噴射量を満足できず、運転性の悪化や燃費・排気悪化を招くおそれがあった。
【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、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正して、内部EGR量をより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、バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミング(排気バルブ閉時期、吸気バルブ開時期等)を算出する際、バルブクリアランスを推定し、バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度及び筒内圧力と、目標燃焼当量比に応じ、排気ガス組成の変化に対応する排気ガス組成のガス定数とを算出し、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し、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、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、内部EGR量をより精度良く推定することができ、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。
【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。
【0010】
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バルブタイミング可変機構の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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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濃度を検出する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、エンジン1の振動(特にノッキング振動)を検出するノックセンサ25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。なおノックセンサ25は、吸気バルブ5及び排気バルブ6の動作振動(着座振動など)を検出可能である。
【0015】
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13は制御構成図であり、図14〜図29は制御フローチャートであり、図30〜図37は各値を求めるテーブルである。
【0016】
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14の内部EGR率MRESFR算出フローとを用いて説明する。
【0017】
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。
【0018】
図14のステップ1(図ではS1と記す。以下同様)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。
【0019】
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。
【0020】
なお、目標燃焼当量比TFBYAは、理論空燃比(ストイキ)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。
【0021】
TFBYA=14.7/目標燃焼空燃比・・・(1)
ステップ3では、後述する図15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。
【0022】
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。
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15の内部EGR量算出フローとを用いて説明する。
【0023】
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。
【0024】
図15のステップ5では、後述する図16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。
【0025】
ステップ6では、後述する図17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。
【0026】
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。
【0027】
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16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。
【0028】
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。
【0029】
図16のステップ8では、後述する図23のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを求める。
ステップ9では、図30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30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30中の点線はストイキを示している。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
MRESCYL=(PEVC×VEVC)/(REX×TEVC)・・・(4)
ここで、図15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17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。
【0034】
図5では、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。オーバーラップ中有効面積算出手段は、後述する図28に従って、有効面積ASUMOL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。
【0035】
図17のステップ13では、後述する図28のフローチャートに従って、オーバーラップ中有効面積ASUMOLを算出する。
ステップ14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。
【0036】
ステップ15では、図31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。
【0037】
図31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14のステップ2で算出した目標燃焼当量比TFBYAと、図16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。
【0038】
ステップ16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18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。
【0039】
ステップ17では、ステップ16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18へ進み、過給判定フラグTBCRGが0でない場合は、ステップ21へ進む。
【0040】
ステップ18では、ステップ16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19へ進み、後述する図19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吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0041】
一方、ステップ18で、ステップ16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20へ進み、後述する図20のフローから、過給無し・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。
【0042】
また、ステップ17で、ステップ16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21でチョーク判定フラグCHOKEが0の場合は、ステップ22へ進み、後述する図21のフローから、過給有り・チョーク無し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。
【0043】
一方、ステップ21で、ステップ16でのチョーク判定フラグCHOKEが1の場合は、ステップ23へ進み、後述する図22のフローから、過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0044】
ステップ19,20,22,23で吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出した後は、ステップ24へ進む。
ステップ24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。
【0045】
MRESOL=(MRESOLtmp×ASUMOL×60)/(NRPM×360)・・・(5)
ここで、ステップ16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18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。
【0046】
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。
【0047】
図18のステップ25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16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。
【0048】
PINBYEX=PIN/PEVC・・・(6)
ステップ26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。
【0049】
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27へ進み、過給判定フラグTBCRGを0に設定し、ステップ30へ進む。
【0050】
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28へ進み、過給判定フラグTBCRGを1に設定し、ステップ29へ進み、図17のステップ15で算出した排気ガス比熱比SHEATRを、図32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(SHEATR=MIXAIRSHR)。
【0051】
図32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14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。
【0052】
そして、ステップ29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(SHEATR=MIXAIRSHR)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。
【0053】
ステップ30では、ステップ15またはステップ29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。
【0054】
SLCHOKEL={2/(SHEATR+1)}^{SHEATR/(SHEATR−1)}・・・(7a)
SLCHOKEH={2/(SHEATR+1)}^{−SHEATR/(SHEATR−1)}・・・(7b)
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。
【0055】
また、ステップ30において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、(7a),(7b)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。
【0056】
ステップ31では、ステップ25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。
【0057】
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32へ進み、チョーク判定フラグCHOKEを0に設定する。
【0058】
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33へ進み、チョーク判定フラグCHOKEを1に設定する。
【0059】
また、図17のステップ19の吹き返しガス流量MRESOLtmpの算出について、図19の過給無し・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を用いて説明する。
【0060】
ステップ34では、図16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。
【0061】
MRSOLD=SQRT{1/(REX×TEVC)}・・・(8)
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、(8)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。
【0062】
ステップ35では、図17のステップ15で算出された排気ガス比熱比SHEATRと、図18のステップ25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。
【0063】
MRSOLP=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)×{PINBYEX^(2/SHEATR)−PINBYEX^((SHEATR+1)/SHEATR)}]・・・(9)
ステップ36では、図16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19のステップ34とステップ35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。
【0064】
MRESOLtmp=1.4×PEVC×MRSOLD×MRSOLP・・・(10)
また、ステップ20の吹き返しガス流量MRESOLtmpについて、図20の過給無し・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。
【0065】
ステップ37では、図19のステップ34と同じく、ガス流量算出式密度項MRSOLDを前述の(8)式より算出する。
ステップ38では、図17のステップ15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。
【0066】
MRSOLPC=SQRT[SHEATR×{2/(SHEATR+1)}^{(SHEATR+1)/(SHEATR−1)}]・・・(11)
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め(11)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。
【0067】
ステップ39では、図16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20のステップ37で算出されたガス流量算出式密度項MRSOLDと、ステップ38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。
【0068】
MRESOLtmp=PEVC×MRSOLD×MRSOLPC・・・(12)
また、ステップ22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21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。
【0069】
ステップ40では、図18のステップ29で算出された排気ガス比熱比SHEATRと、ステップ25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。
【0070】
MRSOLPT=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)×{PINBYEX^(−2/SHEATR)−PINBYEX^(−(SHEATR+1)/SHEATR)}]・・・(13)
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め(13)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。
【0071】
ステップ41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40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。
【0072】
MRESOLtmp=−0.152×PIN×MRSOLPT・・・(14)
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。
【0073】
また、ステップ23の吹き返しガス流量MRESOLtmpの算出について、図22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。
【0074】
ステップ42では、図20のステップ38と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項MRSOLPCを(11)式またはマップから求める。
ステップ43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。
【0075】
MRESOLtmp=−0.108×PIN×MRSOLPC・・・(15)
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。
【0076】
ここで、ステップ19,20,22,23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24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15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14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。
【0077】
また、図16のステップ8の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCの算出について、図8の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出の制御構成図と、図23の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出フローとを用いて説明する。
【0078】
図8に示す排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、後述する排気バルブタイミング変化量算出手段の算出値VTEOFSに基づいて、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排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを算出する。
【0079】
図23のステップ44では、後述する図24のフローチャートに従って、オーバーラップ増大側、すなわち排気バルブ閉弁時が遅くなる方への変化量である排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0080】
ステップ45では、排気バルブタイミング変化量VTEOFSに応じて、図33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33は、排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出テーブルであり、横軸は排気バルブタイミング変化量VTEOFS、横軸は排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを示している。
【0081】
なお、排気バルブ閉弁時のピストン2の位置と筒内容積VEVCとの関係を変化させる機構を有するエンジンにおいては、それら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てもよい。
【0082】
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てもよい。
ここで、図23のステップ44の排気バルブタイミング変化量VTEOFSの算出について、図9の排気バルブタイミング変化量VTEOFSの算出の制御構成図と、図24の排気バルブタイミング変化量VTEOFS算出フローとを用いて説明する。
【0083】
図9では、排気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及び排気側カム角センサ17の信号から、両者の相対関係に応じて検出される排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値VCLEに基づいて、バルブタイミング変化量補正量VTCLEを算出する。そして排気バルブタイミング変化量算出手段が、これらの算出値VTCNOWE、VTCLEとバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値VTHOSEとに基づいて、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0084】
図24のステップ46では、クランク角センサ14及び排気側カム角センサ17の信号に基づいて、排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。
【0085】
ステップ47では、後述する図25のフローチャートに従って、バルブクリアランス量VCLEを算出する。
ステップ48では、排気バルブクリアランス量VCLEに応じて、図34(イ)に示すテーブルから排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEを求める。
【0086】
図34(イ)は、排気バルブタイミング変化量補正量VTCLE算出テーブルであり、横軸は排気バルブクリアランス量VCLE、縦軸は基準クリアランス量(定常状態時)でのバルブタイミングに対する排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEを示している。これによると、排気バルブ6のクリアランス量VCLEが小さくなると(左側へ向かうと)、閉弁時期がVTCLE分遅くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【0087】
図24のステップ49では、後述する図26のフローチャートに従って、バルブタイミング補正学習値VTHOSEを算出する。
ステップ50では、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを、排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWE、バルブ温度VTMPEによるバルブクリアランス量VCLEの変化に基づく排気バルブタイミング変化量補正量VTCLE、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量VCLEの変化の学習値に基づく排気バルブタイミング補正学習値VTHOSEを加算することにより、次式により求める。
【0088】
VTEOFS=VTCNOWE+VTCLE+VTHOSE・・・(16)
ここで、ステップ47のバルブクリアランス量VCLEの算出について、図10の排気バルブクリアランス量VCLE算出の制御構成図と、図25のバルブクリアランス量VCLE算出フローとを用いて説明する。
【0089】
図10のバルブクリアランス量算出手段は、エアフロメータ9の信号に基づき算出される吸入新気量MACYLに応じた燃料噴射量から、バルブ温度VTMPEを算出するバルブ温度算出手段の算出値に基づいて、バルブクリアランス量VCLEを算出する。ここで、バルブ温度算出手段は、直接温度を計測するセンサによる入力であってもよい。
【0090】
図25のステップ51では、燃料噴射量に応じて、排気バルブ温度VTMPEを図35に示すテーブルから求める。なお本フローでは、吸気バルブ5と排気バルブ6とについて各々独立して算出しているが、処理は同じものであるため、排気バルブ6について説明する。
【0091】
図35は、定常状態におけるバルブ温度算出テーブルであり、横軸は燃料噴射量、縦軸はエンジン負荷を代表する排気バルブ温度VTMPEを示している。図35(イ)は排気バルブ6、(ロ)は吸気バルブ5について示し、燃料噴射量が多くなれば、バルブ温度VTMPEも高くなることを示している。なお、最終的な燃料噴射量TIは、エアフロメータ9により検出される実際の吸入新気量(質量)MACYLに基づき、ストイキ相当の基本燃料噴射量TP=K×MACYL/NRPM(Kは定数)を定め、これを次式のように、目標空燃比に対応する目標燃焼当量比TFBYAより補正し、または空燃比フィードバック補正係数LAMBDAにより補正して算出する。
【0092】
TI=TP×TFBYA×LAMBDA・・・(17)
図25のステップ52では、次式により、排気バルブ温度VTMPEに応じて、暫定バルブクリアランス量VCLEtmpを算出する。
【0093】
VCLEtmp=−KVTMPE×(VTMPE−90)+VCLSTDE・・・(18)
ここで、−KVTMPEは、排気バルブ6の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ6の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他(例えばシリンダヘッド等)の膨張は考慮しないようにして決められる。VCLSTDEは、基準温度(ここでは90℃)における基準バルブクリアランス量である。なおバルブ温度VTMPEが上昇すれば、クリアランス量VCLEtmpが小さくなる。
【0094】
ステップ53では、暫定バルブクリアランス量VCLEtmpが0以上であるか否かを判断する。VCLEtmpが0以上の場合には、ステップ55へ進む。一方、VTCLEtmpが0未満(VCLEtmp<0)の場合には、ステップ54へ進み、VCLEtmp=0としてステップ55へ進む。これはバルブクリアランス量VCLEが負の値にはならないためである。
【0095】
ステップ55では、バルブクリアランス量VCLEを暫定バルブクリアランス量VCLEtmpに置き換える(VCLE=VCLEtmp)。
次に、図24のステップ49のバルブタイミング補正学習値VTHOSEの算出について、図11のバルブタイミング補正学習値算出の制御構成図と、図26のバルブタイミング補正学習値VTHOSE算出フローとを用いて説明する。
【0096】
図11では、バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及びカム角センサ17の信号からバルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。バルブ閉弁時期推定値算出手段が、バルブタイミング基本変化量VTCNOWEと、バルブタイミング変化量補正量算出手段の算出値VTCLEとに基づいて、バルブ閉弁時期推定値VCLTEEを算出する。一方、バルブ閉弁時期実際値算出手段がバルブ閉弁時期実際値判定手段と、クランク角センサ14及びノックセンサ25の信号からバルブ閉弁時期実際値VCLTREを算出する。そして、バルブタイミング補正学習値算出手段がバルブ閉弁時期推定値VCLTEE及びバルブ閉弁時期実際値VCLTREに基づいてバルブタイミング補正学習値VTHOSEを算出する。
【0097】
図26のステップ56では、後述する図27のフローチャートに従って、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを算出する。
ステップ57では、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEが1であるか否かを判断する。これにより、バルブ閉弁時期を検出できる状態であるか否かを判断する。フラグFVTHOSE=1の場合には、ステップ58へ進む。一方、フラグFVTHOSE=0の場合には、リターンとなる。
【0098】
ステップ58では、排気バルブ6が着座するときに生じる振動を検知するノックセンサ25の信号と、クランク角センサ14の信号との相対関係により、実際のバルブ6の着座時期、すなわち閉弁時期実際値VCLTRE(degATDC)を算出する。
【0099】
ステップ59では、バルブ閉弁時期推定値VCLTEEを、バルブ閉弁時期VCLTSTDEと排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEとを加算することで、次式により算出する。
【0100】
VCLTEE=VCLTSTDE+VTCLE(degATDC)・・・(19)
ここでVCLTSTDEは、基準バルブクリアランス量(温間時)において、バルブタイミング基本変化量が0のときのバルブ閉弁時期である。
【0101】
ステップ60では、暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpを、バルブ閉弁時期の実際値VCLTREと推定値VCLTEEとの差(VCLTRE−VCLTEE)から算出する。
【0102】
ステップ61では、暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpとバルブタイミング補正学習値VTHOSEとの誤差の絶対値が所定値SLVCL以上であるか否かを判断する。誤差の絶対値が所定値SLVCL以上である場合には、ステップ62へ進む。一方、所定値SLVCL以下である場合には、リターンとなる。
【0103】
ステップ62では、バルブタイミング補正学習値VTHOSEに暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpを代入する(VTHOSE=VTHOSEtmp)。
【0104】
ここで、誤差が正側に大きくなれば、実際のバルブ閉時期はさらに遅れるため、この誤差分は、バルブタイミング変化量に加算すればよい。ただし、実際はこの誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランスが拡大し、実際の閉時期が早まるため、負の値を示し、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【0105】
ここで、ステップ56のバルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEの算出について、図27のバルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSE算出フローを用いて説明する。
【0106】
ステップ63でバルブタイミング基本変化量が0(VTCNOW=0)と判断され、ステップ64で水温が所定水温VTHOSTW以上であると判断され、ステップ65で回転数が所定回転数VTHOSNE以下と判断され、ステップ66でスロットル開度が所定開度VTHOSTVO以下と判断されたとき、ステップ67において、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを1にする(FVTHOSE=1)。これは、バルブタイミング実際値VCLTREを算出するのに適した運転状態であるかを推定するためである。
【0107】
一方、ステップ63〜ステップ66までのいずれか1つでも成立しない場合には、ステップ68へ進み、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを0にする(FVTHOSE=0)。これらの条件を満たさない場合には、バルブタイミング実際値VCLTREの算出に適した状態にないためである。
【0108】
次に、図17のステップ13のオーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLの算出について、図12のオーバーラップ中有効面積算出の制御構成図と、図28のオーバーラップ中有効面積積算値算出フローとを用いて説明する。
【0109】
図12のオーバーラップ中有効面積積算値算出手段は、吸気バルブタイミング変化量算出手段と排気バルブタイミング変化量算出手段との各算出結果に基づいて、オーバーラップ中有効面積算出値ASUMOLを算出する。
【0110】
図28のステップ69では、後述する図29のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSを算出する。
ステップ70では、前述の図24のフローチャートに従って、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0111】
ステップ71では、オーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLが、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSと排気バルブタイミング変化量VTEOFSとに応じて、図36に示すオーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLマップから求められる。
【0112】
図36は、オーバーラップ中の有効面積についての特性図であり、横軸は吸気バルブタイミング変化量VTIOFS、縦軸は排気バルブタイミング変化量VTEOFSを示している。吸気バルブタイミング変化量VTIOFS、排気バルブタイミング変化量VTEOFSが大きくなると、オーバーラップ変化量が大きくなり、有効面積積算値ASUMOLが大きくなる。
【0113】
ここで、図37は、オーバーラップ中の有効面積積算値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有効面積積算値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)となる。このようにして、オーバーラップ中有効面積積算値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形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できる。
【0114】
次に、図28のステップ69の吸気バルブタイミング変化量VTIOFSの算出について、図13の吸気バルブタイミング変化量VTIOFS算出の制御構成図と、図29の吸気バルブタイミング変化量VTIOFS算出フローとを用いて説明する。なお、吸気バルブ5は、オーバーラップ量が大きくなるよう、すなわち開弁時期が早くなる場合について説明している。
【0115】
図13では、吸気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及び吸気側カム角センサ16の信号から吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOWを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値VCLIに基づいて、バルブタイミング変化量補正量VTCLIを算出する。そして、吸気バルブタイミング変化量算出手段が吸気バルブタイミング基本変化量VTCNOW、バルブタイミング変化量補正量VTCLI、及びバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値VTHOSIに基づいて、吸気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0116】
図29のステップ72では、クランク角センサ14及び吸気側カム角センサ16の信号に基づいて、吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOWを算出する。
【0117】
ステップ73では、前述の図25のフローチャートに従って、バルブ温度VTMPIから吸気バルブクリアランス量VCLIを算出する。ここで、ステップ52で算出される暫定バルブクリアランス量VCLItmpは、吸気バルブ温度VTMPIに応じて暫定バルブクリアランス量VCLItmpを次式により算出する。
【0118】
VCLItmp=−KVTMPI×(VTMPI−90)+VCLSTDI・・・(20)
ここで、−KVTMPIは、吸気バルブ5の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ5の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他(例えばシリンダヘッド等)の膨張は考慮しないようにして決められる。VCLSTDIは、基準バルブクリアランス量(温間時(約90℃)におけるクリアランス量)である。
【0119】
ステップ74では、吸気バルブクリアランス量VCLIに応じて、前述の図34(ロ)に示すテーブルから吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLIを求める。
【0120】
図34(ロ)は、吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLI算出テーブルであり、横軸は吸気バルブクリアランス量VCLI、縦軸は基準クリアランス量でのバルブタイミングに対する吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLIを示している。これによると、吸気バルブ5のクリアランス量VCLIが小さくなれば開弁時期がVTCLI分早くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【0121】
ステップ75では、前述の図26のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング補正学習値VTHOSIを算出する。ここで、図26のステップ58では、吸気バルブ5がバルブシートから離れるとき、すなわち吸気バルブ5のリフターがカムと衝突するときの振動を検知するノックセンサ25の信号と、クランク角センサ14の信号との相対関係によりバルブリフト時期、すなわち開弁時期実際値VCLTRI(degBTDC)を算出する。
【0122】
ステップ59では、次式によりバルブ開弁時期推定値VCLTEIを算出する。
VCLTEI=VCLTSTDI+VTCLI(degBTDC)・・・(21)
ここで、バルブ開弁時時期推定値VCLTSTDIは、基準バルブクリアランス量(温間時)における吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)が0のときのバルブ開弁時期である。
【0123】
ステップ60にて暫定バルブタイミング補正量VTHOSItmpをVCLTRI−VCLTEIに応じて算出しているが、この誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランス量が拡大し、実際の開弁時期が遅くなるため、負の値を示す。このとき、開弁時期は遅れるため、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【0124】
ステップ76では、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSを、吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOW、吸気バルブ5のバルブ温度VTMPIによるバルブクリアランス量VCLIの変化に基づく吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLI、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量VCLIの変化の学習値に基づく吸気バルブタイミング補正学習値VTHOSIを加算することで、次式により算出する。
【0125】
VTIOFS=VTCNOW+VTCLI+VTHOSI・・・(22)
ここで、図38は、排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図であり、図39は、吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【0126】
図38では、排気バルブタイミング変化量は、進角側(時計回り)を正方向としている。また図39では、吸気バルブタイミング変化量は、遅角側(反時計回り)を正方向としている。吸気バルブ5及び排気バルブ5のいずれもオーバーラップ量を拡大する方向である。
【0127】
本実施形態によれば、排気バルブ6及び吸気バルブ5の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構(可変動弁ソレノイド)22,23と、バルブタイミング可変機構22,23の開閉タイミング変化量VTEOFS、VTIOFSに基づいてバルブタイミングを算出する手段と、バルブタイミング算出手段により算出される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、バルブタイミング算出手段により算出される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、少なくとも筒内温度TEVC、筒内圧力PEVC、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5,12)と、バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく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を算出する手段と(ステップ6,24)、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を算出する手段(ステップ7)と、を含んで構成され、バルブタイミング算出手段は、バルブクリアランス量VCLEを推定する手段(ステップ47)と、バルブクリアランス量VCLEによりバルブタイミングを補正する手段(ステップ48、49)とを含んで構成される。このため、バルブクリアランス量VCLEを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、バルブクリアランス量VCLEの変化によって生じる内部EGR量MRESの推定誤差を抑制することができる。そして、内部EGR量MRESに基づいて、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。さらに、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(3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等に対応でき、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。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。
【0128】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段(ステップ5,12)は、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8,45)と、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段(ステップ10)と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段(ステップ11)と、ガス定数算出手段(ステップ9)と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式(3式)により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量MRESCYLを算出する(ステップ12)。このため、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積VEVCを考慮して、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、物理式から内部EGR量MRESを精度良く推定できる。そして、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。
【0129】
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。そして、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。
【0130】
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。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、始動後など運転状態が切り替わった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。
【0131】
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6,24)は、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段(ステップ10)と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段(ステップ11)と、ガス定数算出手段(ステップ9)と、吸気圧力PINを算出する手段(ステップ25)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15,29)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有効面積積算値ASUMOLを算出する手段(ステップ13)と、機関回転数NRPMを算出する手段(ステップ14)と、過給TBCRG及びチョークCHOKEの有無を判定する手段(ステップ17,18,20)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(回転数NRPM、排気ガス比熱比SHEATR、過給TBCRG、チョークCHOKE)に応じて、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。
【0132】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段(ステップ47)は、バルブ温度VTMPE、VTMPIを算出する手段(ステップ51)を含んで構成され、そのバルブ温度VTMPE、VTMPIに応じてバルブクリアランス量VCLE、VCLIを推定する(ステップ52〜ステップ55)。このため、バルブクリアランス量VCLE、VCLIへの影響が最も大きい温度因子に基づいて算出するため、エンジンの冷間時から出力が大きい状態になるような温度変化量が大きくなる場合においても、バルブクリアランス量VCLE、VCLIを適切に推定することができ、バルブタイミング誤差による内部EGR量推定誤差を抑制することができる。
【0133】
また本実施形態によれば、バルブ温度算出手段(ステップ51)は、エンジン負荷算出手段を含んで構成され、そのエンジン負荷に応じてバルブ温度VTMPE、VTMPIを推定する。このため、特別に温度センサを設けることなくバルブ温度VTMPE、VTMPIを推定でき、コスト削減が図れる。
【0134】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段(ステップ47)及びバルブタイミング補正手段(ステップ48,49)は、吸気バルブ5及び排気バルブ6の各々について独立して設けられる。このため、吸気バルブ5と排気バルブ6との温度範囲が異なること及びバルブ5,6の材質が異なることが原因で、バルブクリアランス量VCLE、VCLIがそれぞれ異なる場合であっても、バルブタイミング変化量VTEOFS、VTIOFSを算出し、内部EGR量MRESを精度良く推定できる。そして、吸気・排気カムプロフィールの設計により、バルブタイミングが異なる場合であっても、バルブクリアランス量VCLE、VCLIに応じたバルブタイミング補正量VTHOSE、VTHOSIを考慮したバルブタイミングが算出でき、精度良く内部EGR量の推定ができる。
【0135】
また本実施形態によれば、バルブタイミング補正手段(ステップ49)は、所定条件下(ステップ63〜ステップ66)でバルブ5,6の動作振動に基づいて実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIを検出する手段(ステップ58)と、所定条件下(ステップ63〜ステップ66)でのバルブクリアランス量VCLE、VCLIによる補正後のバルブタイミングを推定する手段(ステップ59)と、実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIと推定バルブタイミングVCLTEE、VCLTEIとの誤差VTHOSEtmp、VTHOSItmpを算出する手段(ステップ60)と、誤差VTHOSEtmp、VTHOSItmpに基づいてバルブタイミング補正学習値VTHOSE、VTHOSIを算出する手段(ステップ50)とを備え、バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値VTHOSE、VTHOSIにより補正する。このため、バルブ5,6の振動を精度良く検出できる領域(着座ノイズが精度良く検出できる低回転域、ノックが発生しない低負荷域、バルブタイミング誤差が生じにくいバルブタイミング基本変化量が0且つ暖機後の領域)で実バルブタイミング(バルブ閉時期実際値)VCLTRE、VCLTRIを検出できる。そして、バルブ振動の検出値に基づく実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIと、推定バルブタイミング(バルブ閉時期推定値)VCLTEE、VCLTEIとの誤差分は、摩耗によるものであり、この摩耗分は、全運転領域においてバルブタイミングに一律に影響を与えるものであるため、この誤差分を事前に補正することで経時劣化による誤差を防止できる。
【0136】
また本実施形態によれば、実バルブタイミング算出手段(ステップ58)のバルブの動作振動は、ノックセンサ25により検出する。このため、既存のノックセンサ25の入力により実バルブタイミングの動作振動を検出でき、コスト削減が図れる。
【0137】
なお、本実施形態では、吸気バルブ5と排気バルブ6との双方にバルブタイミング可変機構を設けるものとしたが、これに限定されず、吸気バルブ5と排気バルブ6とのいずれかのリフト特性が可変であり、以ってバルブオーバーラップ量が可変となるものに適用することができる。
【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】排気バルブ閉弁時筒内容積算出の制御構成図
【図9】排気バルブタイミング変化量の算出の制御構成図
【図10】排気バルブクリアランス量算出の制御構成図
【図11】バルブタイミング補正学習値算出の制御構成図
【図12】オーバーラップ中有効面積算出の制御構成図
【図13】吸気バルブタイミング変化量算出の制御構成図
【図14】内部EGR率算出フロー
【図15】内部EGR量算出フロー
【図16】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フロー
【図17】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フロー
【図18】過給判定・チョーク判定フロー
【図19】過給無し・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図20】過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図21】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
【図22】過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図23】排気バルブ閉弁時筒内容積算出フロー
【図24】排気バルブタイミング変化量算出フロー
【図25】バルブクリアランス量算出フロー
【図26】バルブタイミング補正学習値算出フロー
【図27】バルブタイミング実際値算出許可フラグ算出フロー
【図28】オーバーラップ中有効面積積算値算出フロー
【図29】吸気バルブタイミング変化量算出フロー
【図30】排気ガスガス定数算出テーブル
【図31】排気ガス比熱比算出マップ
【図32】混合気比熱比算出テーブル
【図33】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図34】排気・吸気バルブタイミング変化量補正量算出テーブル
【図35】排気・吸気バルブ温度算出テーブル
【図36】オーバーラップ中有効面積特性図
【図37】オーバーラップ中の有効面積積算値の説明図
【図38】排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図39】吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【符号の説明】
1 エンジン
5 吸気バルブ
6 排気バルブ
9 エアフロメータ
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
25 ノックセンサ
30 ECU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal EGR amount estimation device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spark ignition type internal combustion engine, in order to reduce NOx (nitrogen oxide) by suppressing combustion temperature by increasing inactive components in combustion gas and to reduce fuel consumption by reducing pump loss, a variable valve mechanism is provided. In some cases, the overlap amount between the exhaust valve opening period and the intake valve opening period is expanded to increase the internal EGR amount. In this case, it is desirable to perform control for correcting the ignition timing, fuel injection amount, valve opening / closing timing, and the like according to the internal EGR amount.
[0003]
In
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-221105 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the operating state changes, for example, in cold machine after start-up, after fuel cut operation during deceleration, and at high water temperature during high-speed and high-load operation, valve components (particularly shafts) are caused by temperature changes such as valves and cylinder heads. Part) thermally expands, the valve clearance changes, the overlap time and the like differ from the actual ones, and the error of the actual internal EGR amount with respect to the calculated internal EGR amount becomes large. For this reason, the actual ignition timing and the actual required injection amount cannot be satisfied, and there is a possibility that the drivability deteriorates and the fuel consumption / exhaust deteriorates.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to estimate the valve clearance and correct the valve timing based on this to estimate the internal EGR amount with higher accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the valve timing (exhaust valve closing timing, intake valve opening timing, etc.) is calculated based on the opening / closing timing change amount of the valve timing variable mechanism. When Estimate the valve clearance and correct the valve timing based on the valve clearance. And in-cylinder temperature and in-cylinder pressure when the exhaust valve is closed, Responds to changes in exhaust gas composition according to the target combustion equivalent ratio The gas constant of the exhaust gas composition is calculated, and based on these, the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed is calculated. Then, the blowback gas amount during the overlap between the exhaust valve opening period and the intake valve opening period is calculated, and the internal EGR amount is calculated based on the in-cylinder gas amount and the blowback gas amount.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the valve clearance is estimated and the valve timing is corrected based on the estimated valve clearance, the internal EGR amount can be estimated more accurately, and the ignition timing, the fuel injection amount, etc. can be set appropriately. , Improve drivability and improve fuel efficiency and exhaust.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal EGR amount estimating apparatus for an internal combustion engine.
[0010]
The
[0011]
The intake passage 7 is provided with an electronically controlled
[0012]
Here, the operations of the electronically controlled
[0013]
For these controls, the
The
[0014]
An
[0015]
Next, estimation of the internal EGR amount and the internal EGR rate performed by the
[0016]
The calculation of the internal EGR rate MRESFR will be described with reference to the control configuration diagram of the internal EGR rate calculation means in FIG. 2 and the internal EGR rate MRESFR calculation flow in FIG.
[0017]
The intake fresh air amount calculation means shown in FIG. 2 calculates the intake fresh air amount (fresh air mass) MACYL, the target combustion equivalent ratio calculation means calculates the target combustion equivalent ratio TFBYA, the internal EGR amount calculation means calculates the internal EGR amount MRES, Based on these calculated values, the internal EGR rate calculating means calculates the internal EGR rate MRESFR.
[0018]
In
[0019]
In
[0020]
The target combustion equivalent ratio TFBYA is expressed by the following equation from the target combustion air-fuel ratio when the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) is 14.7, and becomes 1 when the target combustion air-fuel ratio is stoichiometric.
[0021]
TFBYA = 14.7 / target combustion air-fuel ratio (1)
In
[0022]
In step 4, the internal EGR rate MRESFR (the ratio of the internal EGR amount to the total gas amount per cylinder) is calculated by the following equation, and the process ends.
MRESFR = MRES / {MRES + MACYL × (1 + TFBYA / 14.7)} (2)
Here, the calculation of the internal EGR amount MRES in
[0023]
When the exhaust valve shown in FIG. 3 is closed (shown as “EVC” in the figure), the in-cylinder gas amount calculation means is an overlap between the in-cylinder gas amount MRESCYL, the intake valve 5 and the exhaust valve 6 (“O / The medium blowback gas amount calculation means calculates the blowback gas amount MRESOL, and the internal EGR amount calculation means calculates the internal EGR amount MRES based on these calculated values.
[0024]
In step 5 of FIG. 15, an exhaust gas valve closing cylinder internal gas amount MRESCYL, which is the amount of gas remaining inside the cylinder when the exhaust valve is closed, is calculated according to the flowchart of FIG.
[0025]
In step 6, an overlapped return gas amount MRESOL, which is the amount of gas returned from the exhaust side to the intake side during the overlap, is calculated according to the flowchart of FIG.
[0026]
In step 7, the in-cylinder gas amount MRESCYL when the exhaust valve is closed and the overlapped blow-back gas amount MRESOL are added to calculate the internal EGR amount MRES by the following equation.
[0027]
MRES = MRESCYL + MRESSOL (3)
Here, regarding the calculation of the in-cylinder gas amount MRESCYL at the time of exhaust valve closing in step 5, the control configuration diagram of the exhaust gas valve closing time in-cylinder gas amount calculating means of FIG. 4 and the exhaust valve closing time in-cylinder of FIG. This will be described using the gas amount MRESCYL calculation flow.
[0028]
The target combustion equivalent ratio calculation means shown in FIG. 4 calculates the target combustion equivalent ratio TFBYA of the exhaust gas, and the exhaust gas constant calculation means calculates the gas constant REX based on this value. The in-cylinder volume calculating means when the exhaust valve is closed calculates the in-cylinder volume VEVC, the in-cylinder temperature calculating means when the exhaust valve is closed is calculated as the in-cylinder temperature TEVC, and the pressure calculating means when the exhaust valve is closed is calculated as the in-cylinder pressure PEVC. Based on these calculated values, the exhaust gas valve closing cylinder interior gas amount calculation means calculates the cylinder gas amount MRESCYL.
[0029]
In
In
[0030]
In
[0031]
In step 11, based on the exhaust pressure detected based on the signal of the exhaust pressure sensor 11, the exhaust valve closing cylinder pressure PEVC is estimated. The in-cylinder pressure PEVC when the exhaust valve is closed is determined by the mixture volume and the in-pipe resistance of the exhaust system, and may be obtained from a table corresponding to the mixture volume flow.
[0032]
In
[0033]
MRESCYL = (PEVC × VEVC) / (REX × TEVC) (4)
here, FIG. 5 for calculating the gas amount MRESOL which is blown back from the exhaust side to the intake side during the overlap of step 6 in FIG. 5 and the control configuration diagram for calculating the blown back gas amount during overlap in FIG. 5 and the flow of calculating the reflowed gas amount MRESOL during overlap in FIG. And will be described.
[0034]
In FIG. 5, the target combustion equivalent ratio calculation means calculates the equivalent ratio TFBYA, and the exhaust gas constant calculation means calculates the gas constant REX based on this calculated value. The overlapping effective area calculating means calculates the effective area ASUMOL according to FIG. These calculated values, engine speed calculation means, exhaust gas specific heat ratio calculation means, exhaust valve closing cylinder temperature calculation means, exhaust valve closing cylinder pressure calculation means, intake pressure calculation means, choke excess Based on the calculated values by the supply determination calculation means, the overlapped blowback gas amount calculation means calculates the blowback gas amount MRESOL.
[0035]
In
In
[0036]
In
The target combustion equivalent ratio calculation means shown in FIG. 6 calculates the target combustion equivalent ratio TFBYA, the exhaust valve closing cylinder temperature calculation means calculates the cylinder temperature TEVC, and based on these calculated values, the exhaust gas specific heat ratio calculation means Calculates the exhaust gas specific heat ratio SHEATR.
[0037]
FIG. 31 is an exhaust gas specific heat ratio calculation map, in which the horizontal axis represents the target combustion equivalent ratio TFBYA and the vertical axis represents the exhaust gas specific heat ratio SHEATR. The dotted line in the figure indicates the stoichiometric position. When the target combustion equivalent ratio TFBYA is in the vicinity of the stoichiometric ratio, the exhaust gas specific heat ratio SHEATR decreases, and when it reaches the rich side or lean side, the specific heat ratio SHEATR increases. A case where the in-cylinder temperature TEVC at the time of closing the exhaust valve changes is indicated by a thick arrow. Here, the exhaust gas specific heat ratio SHEATR is obtained in accordance with the target combustion equivalent ratio TFBYA calculated in
[0038]
In
[0039]
In step 17, it is determined whether or not the supercharging determination flag TBCRG in
[0040]
In
If the choke determination flag CHOKE is 0, the process proceeds to step 19 to calculate the blow-back gas flow rate MRESOLtmp during the overlap when there is no supercharging and no choke from the flow of FIG.
[0041]
On the other hand, if the choke determination flag CHOKE in
[0042]
If the supercharging determination flag TBCRG in
[0043]
On the other hand, if the choke determination flag CHOKE in
[0044]
After calculating the blow back gas flow rate MRESOLtmp in
In step 24, the amount of blown-back gas MRESOL during overlap is calculated by accumulating the blown-back gas flow rate MRESOLtmp and the integrated effective area ASUMOL during the overlap period according to the state of supercharging and choking. Calculated by the formula.
[0045]
MRESOL = (MRESOLtmp × ASUMOL × 60) / (NRPM × 360) (5)
Here, the supercharging / choke determination in
[0046]
As shown in FIG. 7, based on the calculated values of the exhaust gas specific heat ratio calculating means, the exhaust valve closing cylinder pressure calculating means, and the intake pressure calculating means, the supercharging / choke determining means determines the supercharging determination TBCRG and the choke determination CHOKE. And do.
[0047]
In
[0048]
PINBYEX = PIN / PEVC (6)
In
[0049]
When the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is 1 or less, that is, when there is no supercharging, the routine proceeds to step 27, the supercharging determination flag TBCRG is set to 0, and the routine proceeds to step 30.
[0050]
On the other hand, if the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is larger than 1, that is, if there is supercharging, the process proceeds to step 28, the supercharging determination flag TBCRG is set to 1, and the process proceeds to step 29, which is calculated in
[0051]
FIG. 32 is an air-fuel mixture specific heat ratio MIXAIRSHR calculation table, in which the horizontal axis represents the target combustion equivalent ratio TFBYA, and the vertical axis represents the air-fuel mixture specific heat ratio MIXAIRSHR. The dotted line in the figure indicates stoichiometry, and the specific heat ratio MIXAIRSHR is large on the lean side and small on the rich side. Then, the air-fuel mixture specific heat ratio MIXAIRSHR corresponding to the target combustion equivalent ratio TFBYA calculated in
[0052]
Then, in
[0053]
In
[0054]
SLCHOKEL = {2 / (SHEATR + 1)} ^ {SHEATR / (SHEATR-1)} (7a)
SLCHOKEH = {2 / (SHEATR + 1)} ^ {-SHEATR / (SHEATR-1)} (7b)
The choke determination threshold values SLCHOKE and SLCHOKEH calculate the limit value for choking.
[0055]
In
[0056]
In
[0057]
When the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is within the range, that is, when it is determined that there is no choke, the routine proceeds to step 32 where the choke determination flag CHOKE is set to zero.
[0058]
On the other hand, if the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is not within the range, that is, if it is determined that choke is present, the routine proceeds to step 33, where the choke determination flag CHOKE is set to 1.
[0059]
Further, the calculation of the blown-back gas flow rate MRESOLtmp in
[0060]
In step 34, the gas flow rate calculation formula density term MRSOLD is calculated based on the exhaust gas constant REX calculated in
[0061]
MRSOLD = SQRT {1 / (REX × TEVC)} (8)
Here, SQRT is a coefficient related to temperature and gas constant. If it is difficult to calculate the density term MRSOLD of the gas flow rate calculation formula because of the control configuration, the calculation result of the formula (8) is stored in advance as a map, according to the exhaust gas constant REX and the in-cylinder temperature TEVC. You may ask.
[0062]
In step 35, based on the exhaust gas specific heat ratio SHEATR calculated in
[0063]
MRSOLP = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1) × {PINBYEX ^ (2 / SHEATR) −PINBYEX ^ ((SHEATR + 1) / SHEATR)}] (9)
In step 36, the exhaust valve closing cylinder pressure PEVC calculated in step 11 of FIG. 16, the gas flow calculation formula density term MRSOLD and the gas flow calculation formula pressure calculated in steps 34 and 35 of FIG. Based on the difference term MRSOLP, the blowback flow rate MRESOLtmp during the overlap when there is no supercharging and no choke is calculated by the following equation.
[0064]
MRESOLtmp = 1.4 × PEVC × MRSOLD × MRSOLP (10)
Further, the blowback gas flow rate MRESOLtmp in step 20 will be described using the blowback gas flow rate calculation flow when there is no supercharging and choke in FIG.
[0065]
In step 37, FIG. As in step 34, the gas flow rate calculation formula density term MRSOLD is calculated from the above equation (8).
In
[0066]
MRSOLPC = SQRT [SHEATR × {2 / (SHEATR + 1)} ^ {(SHEATR + 1) / (SHEATR-1)}] (11)
If the power calculation is difficult due to the control configuration, the calculation result of equation (11) is stored in advance as a gas flow rate calculation type choke pressure difference term MRSOLPC map, and the exhaust gas specific heat ratio SHEATR is stored. You may ask for it.
[0067]
In
[0068]
MRESOLtmp = PEVC × MRSOLD × MRSOLPC (12)
The calculation of the average blown gas flow rate MRESOLtmp during the overlap in
[0069]
In
[0070]
MRSOLPT = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1) × {PINBYEX ^ (− 2 / SHEATR) −PINBYEX ^ (− (SHEATR + 1) / SHEATR)}] (13)
If the power calculation is difficult due to the control configuration, the calculation result of equation (13) is stored in advance as a gas flow rate calculation type supercharging pressure difference term MRSOLPT map, and the exhaust gas specific heat ratio SHEATR and the intake air You may obtain | require according to exhaust pressure ratio PINBYEX.
[0071]
In
[0072]
MRESOLtmp = −0.152 × PIN × MRSOLPT (14)
Here, the blow-back gas flow rate MRESOLtmp shows a negative value, which can represent the gas flow rate that blows from the intake system to the exhaust system during the overlap, and the internal EGR amount is reduced based on this.
[0073]
The calculation of the blowback gas flow rate MRESOLtmp in
[0074]
In
In step 43, based on the intake pressure PIN and the gas flow calculation formula pressure difference term MRSOLPC during choke, the blow-back gas flow rate MRESOLtmp during supercharging and choke is calculated by the following formula.
[0075]
MRESOLtmp = −0.108 × PIN × MRSOLPC (15)
Here, when the blow-back gas flow rate MRESOLtmp shows a negative value, the gas flow rate that blows from the intake side to the exhaust side during the overlap can be expressed, and the internal EGR amount is reduced.
[0076]
Here, in
[0077]
Further, regarding the calculation of the exhaust valve closing cylinder volume VEVC in
[0078]
The in-cylinder volume calculating means shown in FIG. 8 closes the exhaust valve geometrically determined from the piston position when the exhaust valve is closed based on a calculated value VTEOFS of the exhaust valve timing change amount calculating means described later. The valve time cylinder internal volume VEVC is calculated.
[0079]
In step 44 in FIG. 23, an exhaust valve timing change amount VTEOFS, which is a change amount toward the overlap increasing side, that is, the direction in which the exhaust valve closes later, is calculated according to the flowchart of FIG. 24 described later.
[0080]
In step 45, the exhaust valve closing-time cylinder internal volume VEVC is obtained from the table shown in FIG. 33 in accordance with the exhaust valve timing change amount VTEOFS.
FIG. 33 is a table for calculating the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed. The horizontal axis indicates the exhaust valve timing change amount VTEOFS, and the horizontal axis indicates the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed.
[0081]
In an engine having a mechanism for changing the relationship between the position of the
[0082]
In an engine having a mechanism for changing the compression ratio, the exhaust valve closing cylinder internal volume VEVC corresponding to the amount of change in the compression ratio may be obtained from a table.
Here, regarding the calculation of the exhaust valve timing change amount VTEOFS in step 44 of FIG. 23, the control configuration diagram of the calculation of the exhaust valve timing change amount VTEOFS of FIG. 9 and the exhaust valve timing change amount VTEOFS calculation flow of FIG. I will explain.
[0083]
In FIG. 9, the exhaust valve timing basic change amount calculating means detects the exhaust valve timing basic change amount (exhaust cam twist angle) detected from the signals of the
[0084]
In step 46 of FIG. 24, the exhaust valve timing basic change amount (exhaust cam twist angle) VTCNOWE is calculated based on the signals of the
[0085]
In step 47, the valve clearance amount VCLE is calculated according to the flowchart of FIG.
In
[0086]
FIG. 34A is an exhaust valve timing change amount correction amount VTCLE calculation table. The horizontal axis represents the exhaust valve clearance amount VCLE, and the vertical axis represents the exhaust valve timing change amount with respect to the valve timing at the reference clearance amount (in the steady state). The correction amount VTCLE is shown. According to this, when the clearance amount VCLE of the exhaust valve 6 becomes smaller (toward the left side), the valve closing timing is delayed by VTCLE, and therefore it is necessary to increase and correct the valve timing change amount toward the overlap increasing side. Show.
[0087]
In
In step 50, the exhaust valve timing change amount VTEOFS is set to the exhaust valve timing basic change amount (exhaust cam twist angle) VTCNOWE, the exhaust valve timing change correction amount VTCLE based on the change in the valve clearance amount VCLE according to the valve temperature VTMPE, the cam wear / The exhaust valve timing correction learned value VTHOSE based on the learned value of the change in the valve clearance VCLE due to shim wear is added to obtain the following equation.
[0088]
VTEOFS = VTCNOWE + VTCLE + VTHOSE (16)
Here, the calculation of the valve clearance amount VCLE in step 47 will be described using the control configuration diagram of the exhaust valve clearance amount VCLE calculation in FIG. 10 and the valve clearance amount VCLE calculation flow in FIG.
[0089]
The valve clearance amount calculation means of FIG. 10 is based on the calculated value of the valve temperature calculation means for calculating the valve temperature VTMPE from the fuel injection amount corresponding to the intake fresh air amount MACYL calculated based on the signal of the
[0090]
In
[0091]
FIG. 35 is a valve temperature calculation table in a steady state, where the horizontal axis indicates the fuel injection amount, and the vertical axis indicates the exhaust valve temperature VTMPE representing the engine load. FIG. 35 (a) shows the exhaust valve 6 and (b) shows the intake valve 5, and shows that the valve temperature VTMPE increases as the fuel injection amount increases. The final fuel injection amount TI is based on the actual intake fresh air amount (mass) MACYL detected by the
[0092]
TI = TP × TFBYA × LAMBDA (17)
In step 52 of FIG. 25, a provisional valve clearance amount VCLEtmp is calculated according to the exhaust valve temperature VTMPE by the following equation.
[0093]
VCLEtmp = −KVTMPE × (VTMPE−90) + VCLSTDE (18)
Here, -KVTMPE is a coefficient that is relatively determined by the material and length of the exhaust valve 6, mainly considering the case where the expansion of the valve 6 in the axial direction is large, and considering the expansion of the other (for example, the cylinder head). It is decided not to. VCLSTDE is a reference valve clearance amount at a reference temperature (90 ° C. in this case). If the valve temperature VTMPE increases, the clearance amount VCLEtmp decreases.
[0094]
In step 53, it is determined whether or not the provisional valve clearance amount VCLEtmp is 0 or more. If VCLEtmp is greater than or equal to 0, go to step 55. On the other hand, if VTCLEtmp is less than 0 (VCLEtmp <0), the process proceeds to step 54, and the process proceeds to step 55 with VCLEtmp = 0. This is because the valve clearance amount VCLE does not become a negative value.
[0095]
In
Next, the calculation of the valve timing correction learned value VTHOSE in
[0096]
In FIG. 11, the valve timing basic change amount calculation means calculates the valve timing basic change amount (exhaust cam twist angle) VTCNOWE from the signals of the
[0097]
In
In
[0098]
In
[0099]
In
[0100]
VCLTEE = VCLTSTDE + VTCLE (degATDC) (19)
Here, VCLTSTDE is the valve closing timing when the basic valve timing change amount is 0 in the reference valve clearance amount (when warm).
[0101]
In
[0102]
In
[0103]
In step 62, the provisional valve timing correction amount VTHOSEtmp is substituted for the valve timing correction learning value VTHOSE (VTHOSE = VTHOSEtmp).
[0104]
Here, if the error becomes larger on the positive side, the actual valve closing timing is further delayed. Therefore, this error may be added to the valve timing change amount. However, in reality, this error is a negative value because the clearance is enlarged mainly due to shim wear and cam wear, and the actual closing time is advanced, and the valve timing change is canceled.
[0105]
Here, the calculation of the valve timing actual value calculation permission flag FVTHOSE in
[0106]
In
[0107]
On the other hand, if any one of
[0108]
Next, regarding the calculation of the effective area integrated value ASUMOL during overlap in
[0109]
The effective area integrated value calculation means during overlap in FIG. 12 calculates the effective area calculation value ASUMOL during overlap based on the calculation results of the intake valve timing change amount calculation means and the exhaust valve timing change amount calculation means.
[0110]
In step 69 of FIG. 28, the intake valve timing change amount VTIOFS is calculated according to the flowchart of FIG. 29 described later.
In step 70, the exhaust valve timing change amount VTEOFS is calculated according to the flowchart of FIG.
[0111]
In step 71, the effective area integrated value ASUMOL during overlap is obtained from the effective area integrated value ASUMOL map during overlap shown in FIG. 36 in accordance with the intake valve timing change amount VTIOFS and the exhaust valve timing change amount VTEOFS.
[0112]
FIG. 36 is a characteristic diagram regarding the effective area during the overlap, and the horizontal axis represents the intake valve timing variation VTIOFS, and the vertical axis represents the exhaust valve timing variation VTEOFS. When the intake valve timing change amount VTIOFS and the exhaust valve timing change amount VTEOFS are increased, the overlap change amount is increased, and the effective area integrated value ASUMOL is increased.
[0113]
Here, FIG. 37 is an explanatory diagram of the effective area integrated value ASUMOL during the overlap, in which the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the opening area of the intake valve 5 and the exhaust valve 6. The effective opening area at a certain point during the overlap is the smaller of the exhaust valve opening area and the intake valve opening area. That is, the effective area integrated value ASUMOL in the entire period during the overlap is an integral value (shaded portion in the drawing) during the period in which the intake valve 5 and the exhaust valve 6 are open. In this way, by calculating the effective area integrated value ASUMOL during the overlap, the overlap amount between the intake valve 5 and the exhaust valve 6 can be simulated as one orifice (outflow hole), and the state of the exhaust system and the intake type From this state, the flow rate passing through this orifice can be simply calculated.
[0114]
Next, regarding the calculation of the intake valve timing change amount VTIOFS in step 69 of FIG. 28, the control configuration diagram of the intake valve timing change amount VTIOFS calculation of FIG. 13 and the intake valve timing change amount VTIOFS calculation flow of FIG. explain. Note that the intake valve 5 is described as having a large overlap amount, that is, a case where the valve opening timing is advanced.
[0115]
In FIG. 13, the intake valve timing basic change amount calculating means calculates the intake valve timing basic change amount (intake cam twist angle) VTCNOW from the signals of the
[0116]
In step 72 of FIG. 29, an intake valve timing basic change amount (intake cam twist angle) VTCNOW is calculated based on signals from the
[0117]
In step 73, the intake valve clearance amount VCLI is calculated from the valve temperature VTMPI according to the flowchart of FIG. Here, the provisional valve clearance amount VCLItmp calculated in step 52 is calculated by the following equation according to the intake valve temperature VTMPI.
[0118]
VCLItmp = −KVTMPI × (VTMPI−90) + VCLSTDI (20)
Here, -KVTMPI is a coefficient that is relatively determined by the material and length of the intake valve 5, mainly considering the case where the expansion of the valve 5 in the axial direction is large, and considering the expansion of the other (for example, the cylinder head). It is decided not to. VCLSTDI is a reference valve clearance amount (clearance amount when warm (about 90 ° C.)).
[0119]
In step 74, the intake valve timing change amount correction amount VTCLI is obtained from the table shown in FIG. 34 (b) in accordance with the intake valve clearance amount VCLI.
[0120]
FIG. 34B is an intake valve timing change amount correction amount VTCLI calculation table, where the horizontal axis indicates the intake valve clearance amount VCLI, and the vertical axis indicates the intake valve timing change amount correction amount VTCLI with respect to the valve timing at the reference clearance amount. ing. According to this, if the clearance amount VCLI of the intake valve 5 is reduced, the valve opening timing is advanced by VTCLI, so that it is necessary to increase and correct the valve timing change amount toward the overlap increasing side.
[0121]
In step 75, the intake valve timing correction learning value VTHOSI is calculated according to the flowchart of FIG. Here, in
[0122]
In
VCLTEI = VCLTSTDI + VTCLI (degBTDC) (21)
Here, the valve opening timing estimated value VCLTSTDI is the valve opening timing when the basic change amount (intake cam twist angle) of the intake valve timing in the reference valve clearance amount (warm) is zero.
[0123]
In
[0124]
In
[0125]
VTIOFS = VTCNOW + VTCLI + VTHOSI (22)
Here, FIG. 38 is a diagram showing the definition of the positive / negative direction of the exhaust valve timing change amount, and FIG. 39 is a diagram showing the definition of the positive / negative direction of the intake valve timing change amount.
[0126]
In FIG. 38, the amount of change in the exhaust valve timing is positive on the advance side (clockwise). In FIG. 39, the amount of change in the intake valve timing is positive on the retard side (counterclockwise). Both the intake valve 5 and the exhaust valve 5 are in the direction of increasing the overlap amount.
[0127]
According to the present embodiment, variable valve timing mechanisms (variable valve solenoids) 22 and 23 for changing the opening / closing timings of the exhaust valve 6 and the intake valve 5 and the opening / closing timing variation amounts VTEOFS and VTIOFS of the variable
[0128]
Further, according to the present embodiment, the in-cylinder gas amount calculating means (steps 5 and 12) when the exhaust valve is closed, the means (
[0129]
Further, according to the present embodiment, the cylinder volume calculation means (step 8) when the exhaust valve is closed calculates the cylinder volume value VEVC determined geometrically from the piston position when the exhaust valve is closed. For this reason, the cylinder internal volume VEVC when the exhaust valve is closed can be appropriately calculated to obtain a more accurate internal EGR amount MRES. Even in an engine having a mechanism (variable valve opening / closing timing, variable compression ratio) that changes the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed, the in-cylinder volume VEVC can be easily obtained, and a more accurate internal EGR amount MRES. Can be calculated. Since each value is determined geometrically, it can be easily calculated, and it is not necessary to adapt by actual operation, and development can be performed efficiently.
[0130]
Further, according to the present embodiment, the gas constant calculating means (step 9) obtains the gas constant REX corresponding to the change in the exhaust gas composition according to the target combustion equivalent ratio TFBYA. For this reason, even when there is a density change accompanying an exhaust gas composition change according to the target combustion equivalent ratio TFBYA, that is, when there is an increase or decrease in the target combustion equivalent ratio TFBYA after the operation state is switched, such as after lean operation or after starting. The internal EGR amount MRES can be accurately estimated. The gas constant REX can be calculated from a chemical reaction formula based on the fuel composition and the air composition, so that it is not necessary to adapt the actual operation, and development can be performed efficiently.
[0131]
Further, according to the present embodiment, the overlapped blow-back gas amount calculation means (steps 6 and 24) includes the exhaust valve closing cylinder temperature calculation means (step 10) and the exhaust valve closing cylinder pressure calculation means. (Step 11), gas constant calculating means (Step 9), means for calculating the intake pressure PIN (Step 25), means for calculating the specific heat ratio SHEATR corresponding to the exhaust gas composition change (
[0132]
Further, according to the present embodiment, the valve clearance amount estimating means (step 47) includes means (step 51) for calculating the valve temperatures VTMPE and VTMPI, and the valve clearance amount according to the valve temperatures VTMPE and VTMPI. VCLE and VCLI are estimated (steps 52 to 55). For this reason, since the calculation is based on the temperature factor having the greatest influence on the valve clearance amounts VCLE and VCLI, even when the temperature change amount that causes the output to become large from the cold state of the engine becomes large, the valve clearance The amounts VCLE and VCLI can be estimated appropriately, and the internal EGR amount estimation error due to the valve timing error can be suppressed.
[0133]
Further, according to the present embodiment, the valve temperature calculation means (step 51) includes engine load calculation means, and estimates the valve temperatures VTMPE and VTMPI according to the engine load. For this reason, it is possible to estimate the valve temperatures VTMPE and VTMPI without providing a special temperature sensor, and the cost can be reduced.
[0134]
Further, according to the present embodiment, the valve clearance amount estimating means (step 47) and the valve timing correcting means (
[0135]
Further, according to the present embodiment, the valve timing correction means (step 49) detects the actual valve timings VCLTRE and VCLTRI based on the operating vibrations of the valves 5 and 6 under predetermined conditions (
[0136]
Further, according to this embodiment, the valve vibration of the actual valve timing calculation means (step 58) is detected by the
[0137]
In the present embodiment, the variable valve timing mechanism is provided for both the intake valve 5 and the exhaust valve 6. However, the present invention is not limited to this, and any one of the lift characteristics of the intake valve 5 and the exhaust valve 6 has a lift characteristic. The present invention can be applied to a variable valve overlap amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal EGR amount estimation apparatus.
FIG. 2 is a control configuration diagram of internal EGR rate calculation means.
FIG. 3 is a control configuration diagram of internal EGR amount calculation means.
FIG. 4 is a control configuration diagram of the cylinder gas amount calculation means when the exhaust valve is closed.
FIG. 5 is a control configuration diagram for calculating the amount of blown back gas during overlap.
FIG. 6 is a control configuration diagram of exhaust gas specific heat ratio calculation means.
FIG. 7 is a control configuration diagram of supercharging / choke determining means.
FIG. 8 is a control configuration diagram for calculating the cylinder volume when the exhaust valve is closed.
FIG. 9 is a control configuration diagram for calculating an exhaust valve timing change amount.
FIG. 10 is a control configuration diagram for calculating an exhaust valve clearance amount.
FIG. 11 is a control configuration diagram for calculating a valve timing correction learning value.
FIG. 12 is a control configuration diagram for calculating an effective area during overlap.
FIG. 13 is a control configuration diagram for calculating an intake valve timing change amount;
FIG. 14: Internal EGR rate calculation flow
FIG. 15: Internal EGR amount calculation flow
FIG. 16 Flow of calculating in-cylinder gas amount when exhaust valve is closed
FIG. 17 Flow of calculating the amount of blown back gas during overlap
[Fig. 18] Supercharging judgment / choke judgment flow
FIG. 19: Flow of calculation of blown back gas flow when there is no supercharging and no choke
[Fig.20] Flow of calculation of blown back gas flow without supercharging and with choke
[Fig.21] Flow of calculation of blown-back gas flow with supercharging and without choke
[Fig.22] Flow of calculation of blow-back gas flow with supercharging and with choke
FIG. 23: Calculation flow of cylinder volume when exhaust valve is closed
FIG. 24 is an exhaust valve timing change calculation flow.
FIG. 25: Valve clearance amount calculation flow
FIG. 26 Flow chart for calculating valve timing correction learning value
FIG. 27 is a flowchart for calculating a valve timing actual value calculation permission flag.
FIG. 28 is a flow for calculating the accumulated effective area during overlap.
FIG. 29 is an intake valve timing change amount calculation flow;
FIG. 30: Exhaust gas constant calculation table
FIG. 31 Exhaust gas specific heat ratio calculation map
FIG. 32: Gas mixture specific heat ratio calculation table
FIG. 33: In-cylinder volume calculation table when exhaust valve is closed
FIG. 34: Exhaust / intake valve timing change amount correction amount calculation table
FIG. 35: Exhaust / intake valve temperature calculation table
FIG. 36: Effective area characteristic diagram during overlap
FIG. 37 is an explanatory diagram of the integrated effective area value during overlap.
FIG. 38 is a diagram showing the definition of the positive / negative direction of the exhaust valve timing variation.
FIG. 39 is a diagram showing the definition of the positive / negative direction of the intake valve timing change amount.
[Explanation of symbols]
1 engine
5 Intake valve
6 Exhaust valve
9 Air flow meter
10 Intake pressure sensor
11 Exhaust pressure sensor
12 Exhaust temperature sensor
13 O2 sensor
14 Crank angle sensor
15 Water temperature sensor
16 Intake side cam angle sensor
17 Exhaust side cam angle sensor
18 Accelerator position sensor
25 knock sensor
30 ECU
Claims (9)
バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度を算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される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、
前記バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく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、
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量を算出する手段と、
を含んで構成され、
前記バルブタイミング算出手段は、
バルブクリアランスを推定する手段と、
バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する手段とを含んで構成され、
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内燃機関の内部EGR量推定装置。A variable valve timing mechanism for changing the opening / closing timing of at least one of the exhaust valve and the intake valve;
Means for calculating the valve timing based on the opening / closing timing change amount of the valve timing variable mechanism;
Means for calculating an in-cylinder temperature when the exhaust valve is closed, calculated by the valve timing calculating means;
Means for calculating an in-cylinder pressure when the exhaust valve is closed calculated by the valve timing calculating means;
Means for calculating the gas constant of the exhaust gas composition according to the combustion air-fuel ratio;
Means for calculating an in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed based on at least the in-cylinder temperature, the in-cylinder pressure, and the gas constant;
Means for calculating the amount of blowback gas during the overlap between the exhaust valve opening period and the intake valve opening period based on the calculation result of the valve timing calculation means;
Means for calculating an internal EGR amount based on the in-cylinder gas amount and the blow-back gas amount;
Comprising
The valve timing calculation means includes
Means for estimating the valve clearance;
Means for correcting the valve timing by the valve clearance ,
An internal EGR amount estimation device for an internal combustion engine, wherein the gas constant calculation means obtains a gas constant corresponding to a change in an exhaust gas composition according to a target combustion equivalent ratio .
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筒内温度算出手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
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。The exhaust gas valve closing time cylinder gas amount calculating means,
Means for calculating the in-cylinder volume when the exhaust valve is closed;
In-cylinder temperature calculation means when the exhaust valve is closed;
In-cylinder pressure calculating means when the exhaust valve is closed,
The gas constant calculating means;
The internal EGR amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed is calculated by a physical formula based on these calculated values.
前記排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
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有効面積積算値を算出する手段と、
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請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の内部EGR量推定装置。The overlapping blow-back gas amount calculating means includes:
In-cylinder temperature calculation means when the exhaust valve is closed;
In-cylinder pressure calculating means when the exhaust valve is closed,
The gas constant calculating means;
Means for calculating the intake pressure;
Means for calculating a specific heat ratio corresponding to a change in exhaust gas composition;
Means for calculating an integrated effective area value during the overlap of the exhaust valve opening period and the intake valve opening period;
Means for calculating the engine speed;
Means for determining the presence or absence of supercharging and choke;
The internal EGR amount of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the amount of blow-back gas during overlap is calculated based on these calculated values. Estimating device.
所定条件下でバルブの動作振動に基づいて実バルブタイミングを算出する手段と、
所定条件下でのバルブクリアランスによる補正後のバルブタイミングを推定する手段と、
前記実バルブタイミングと前記推定バルブタイミングとの誤差を算出する手段と、
前記誤差に基づいてバルブタイミング補正学習値を算出する手段と、
を備え、
バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値により補正することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の内燃機関の内部EGR量推定装置。 The valve timing correcting means,
Means for calculating actual valve timing based on valve operating vibration under predetermined conditions;
Means for estimating the valve timing after correction by the valve clearance under a predetermined condition;
Means for calculating an error between the actual valve timing and the estimated valve timing;
Means for calculating a valve timing correction learning value based on the error;
With
The internal EGR amount estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7 , wherein the valve timing is further corrected by the valve timing correction learning value.
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