JP4300358B2 - エンジンの吹抜ガス量算出装置及び内部ｅｇｒ量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吹抜ガス量算出装置及び内部ＥＧＲ量推定装置に関し、詳細には、内部ＥＧＲにより還流される排気のうち、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中に排気側と吸気側との間で吹き抜ける排気の量を推定する技術に関する。

従来、エンジンでは、燃焼温度の上昇による窒素酸化物の発生を抑制するため、排気の一部を筒内に戻す排気還流（以下「ＥＧＲ」という。）が行われている。
ＥＧＲには、排気管と吸気管との間に接続されたＥＧＲ管を介して行う外部ＥＧＲと、このＥＧＲ管を介さずに行う内部ＥＧＲとがある。これらのうち、内部ＥＧＲによる還流ガス量を推定する装置として、次のものが知られている（特許文献１）。吸気弁開期間と排気弁開期間とがオーバーラップしない作動条件のもと、エンジン回転数及び排気弁閉時期に基づいて内部ＥＧＲ量の基本値を算出するとともに、オーバーラップするときは、オーバーラップ量及び吸気圧力を考慮して算出したオーバーラップ分の補正値を加算して、内部ＥＧＲ量を算出するものである。オーバーラップ分の補正値は、オーバーラップ量に応じた基準補正値を吸気圧力により補正して、算出される。
特開２００１−２２１１０５号公報（段落番号００４９〜００５９）

しかしながら、オーバーラップ量に応じた基準補正値を吸気圧力により補正することによる上記の装置には、次のような問題がある。補正値の算出に際してオーバーラップ量のほかに吸気圧力を考慮することとしているため、与えられたオーバーラップ量に対して基本値に加算すべき補正値を一義的に決定することができず、また、一層の正確さを期するため、エンジン回転数や混合気空燃比等の影響をも考慮しようとすれば、多くの適合工数が必要となることである。

本発明は、オーバーラップ期間中の吹抜ガス量を簡易、かつ正確に算出し、内部ＥＧＲ量を正確に推定することを目的とする。

本発明の吹抜ガス量算出装置は、エンジンの吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中に排気側と吸気側との間で吹き抜ける排気の量を吹抜ガス量として算出するエンジンの吹抜ガス量算出装置であって、所定の基準条件下で設定された基本吹抜ガス量を記憶する基本吹抜ガス量記憶手段と、実際の運転条件に応じた吸気系気柱振動に関する同調回転数の変化量を算出する同調回転数変化量算出手段と、算出された同調回転数の変化量及び基本吹抜ガス量をもとに、実際の吹抜ガス量を算出する吹抜ガス量算出手段と、実際のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を含んで構成され、前記吹抜ガス量算出手段は、基本吹抜ガス量をエンジン回転数毎に記憶すると共に、算出された同調回転数の変化量分、基本吹抜ガス量をエンジン回転数に関してずらすとともに、ずらした後の基本吹抜ガス量を算出されたエンジン回転数により検索して、実際の吹抜ガス量を算出する。また、本発明の内部ＥＧＲ量推定装置は、前記吹抜ガス量算出装置を含んで構成され、算出された吹抜ガス量をもとに、エンジンの内部ＥＧＲ量を算出する。

本発明によれば、所定の基準条件下で設定した基本吹抜ガス量を記憶させておき、実際の運転時では、運転条件に応じた同調回転数の変化量を算出することで、算出した変化量及び基本吹抜ガス量をもとに、実際の吹抜ガス量を簡単に算出することができる。また、記憶させる基本吹抜ガス量にエンジン回転数等の運転状態の影響を反映させることができるので、吹抜ガス量の算出精度を確保し、内部ＥＧＲ量を正確に推定することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の構成を示している。
吸気通路１１の導入部には、エアクリーナ１２が取り付けられており、エアクリーナ１２により吸入空気中の粉塵等が除去される。吸気通路１１において、エアクリーナ１２の下流には、電子制御式のスロットル弁１３が設置されている。スロットル弁１３の下流には、サージタンク１４が取り付けられており、サージタンク１４にブランチ１５が取り付けられ、吸気マニホールドが構成されている。サージタンク１４内の吸入空気は、ブランチ１５及びシリンダヘッドに形成された吸気ポート１６を介して筒内に流入する。各気筒の吸気ポート１６には、燃料供給用のインジェクタ１７が設置されている。

エンジン本体において、燃焼室１８は、シリンダヘッド及びピストン１９により挟まれた空間として形成される。燃焼室１８は、気筒中心軸を基準とした一側で吸気ポート１６と接続しており、吸気ポート１６は、吸気弁２０により開放及び遮断される。吸気弁２０は、吸気カム２１により駆動される。また、燃焼室１８は、吸気ポート１６とは反対の一側で排気ポート２２と接続しており、排気ポート２２は、排気弁２３により開放及び遮断される。排気弁２３は、排気カム２４により駆動される。吸気カム２１に対して吸気側可変動弁装置２５が、排気カム２４に対して排気側可変動弁装置２６が設けられており、これらの可変動弁装置２５，２６により吸気カム２１又は排気カム２４の各カムシャフトに対する位相を変化させることで、吸気弁２０又は排気弁２３の作動特性を変化させ得るように構成されている。可変動弁装置２５，２６は、油圧型及びソレノイド型等のいかなる形態のものを採用してもよいが、本実施形態では、吸気弁２０又は排気弁２３の開閉時期（すなわち、バルブタイミング）を変化させることで、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間（以下、単に「オーバーラップ期間」という。）を変化させ得るものを採用している。シリンダヘッドには、燃焼室１８の上部略中央に臨ませて点火プラグ２７が設置されている。

排気通路２８には、排気マニホールドの直後に第１の触媒コンバータ２９が介装されるとともに、その下流に第２の触媒コンバータ３０が介装されている。排気ポート２２に流出した排気は、これらの触媒コンバータ２９，３０及びマフラー３１を通過して、大気中に放出される。
インジェクタ１７、点火プラグ２７及び各可変動弁装置２５，２６の動作は、エンジンコントロールユニットとしての電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）４１により制御される。ＥＣＵ４１には、エアフローメータ５１からの吸入空気量検出信号、圧力センサ５２からの吸気圧力検出信号、温度センサ５３からの冷却水温度検出信号、クランク角センサ５４からの単位クランク角及び基準クランク角検出信号（ＥＣＵ４１は、これをもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、圧力センサ５５からの排気圧力検出信号、温度センサ５６からの排気温度検出信号、酸素センサ５７からの空燃比検出信号、アクセルセンサ５８からのアクセル開度検出信号、及びカム角センサ５９，６０からのカム角検出信号（これをもとに、カムとカムシャフトとの実際の位相差を検出可能である。）が入力される。なお、本実施形態では、吸気温度Ｔｉｎを検出するための温度センサが、エアフローメータ５１と一体に構成されている。ＥＣＵ４１は、入力した各信号をもとに、上記の各デバイスの制御量を設定する。

本実施形態では、ＥＣＵ４１がエンジン１の内部ＥＧＲ量推定装置としての機能を備えている。
次に、ＥＣＵ４１による内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定について説明する。
本実施形態では、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを、オーバーラップ期間中に排気側から吸気側に吹き抜ける排気の量である吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬと、排気弁閉時期を過ぎても筒内に残る排気の量である残留ガス量ＭＲＥＳＣＹＬとに分け、算出した各ガス量を加算することにより算出する。

ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＯＬ＋ＭＲＥＳＣＹＬ ・・・（１）
図２は、内部ＥＧＲ量推定ルーチンのフローチャートである。
Ｓ１０１では、排気圧力Ｐｅｘ、排気温度Ｔｅｘ及び目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ等、各種の運転状態を読み込む。
Ｓ１０２では、残留ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。排気弁閉時期にシリンダヘッドとピストン１９とにより画成される空間の容積（以下「シリンダ容積」という。）ＶＥＶＣを算出するとともに、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気のガス定数Ｒｅｘを算出する。算出したシリンダ容積及びガス定数ＶＥＶＣ，Ｒｅｘと、排気弁閉時期における筒内圧力ＰＥＶＣ及び筒内温度ＴＥＶＣをもとに、次式により残留ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。筒内圧力及び温度ＰＥＶＣ，ＴＥＶＣは、圧力センサ５５及び温度センサ５６からの信号に基づいて夫々推定することができ、排気弁閉時期は、排気側カム角センサ６０からの信号に基づいて検出する。

ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（Ｒｅｘ×ＴＥＶＣ） ・・・（２）
Ｓ１０３では、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬは、後述する吹抜ガス量演算ルーチンにより算出する。
Ｓ１０４では、算出した残留ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ及び吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬをもとに、（１）式により内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。

ＥＣＵ４１は、算出した内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをもとに、次式により内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出するとともに、算出した内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲをインジェクタ１７による燃料噴射制御や、点火プラグ２７による点火制御に反映させる。なお、次式において、一サイクル当たりの吸入空気量をＭＡＣＹＬとする。
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／（ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）） ・・・（３）
次に、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬの算出について説明する。

図３は、吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャートである。
ＥＣＵ４１には、図４に示す同調次数テーブルと、図６に示す基本吹抜ガス量テーブルとが記憶されている。基本吹抜ガス量テーブルは、負荷毎に設定され、記憶されている。ＥＣＵ４１は、実際の運転条件に応じた同調回転数ＮＥＫの変化量ＤＮＥを算出するとともに、算出した変化量ＤＮＥに応じて基本吹抜ガス量ｑｂｌｏｗ０とエンジン回転数ＮＥとの対応をずらし、ずらした後のテーブルを検索して、単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗを算出する。算出した単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗに有効開口面積ＡＳＵＭＯＬを乗算して、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。

ここで、上記の各テーブルについて付言する。
便宜上、後者の基本吹抜ガス量テーブルから説明する。エンジン１が温度に関して平衡状態にあり、かつ吸気温度Ｔｉｎ及び外気圧力が夫々基準吸気温度（ここでは、２５℃）、大気圧であるとして、各可変動弁装置２５，２６が所定の作動状態にあるときの、オーバーラップ期間における単位クランク角（ここでは、１°）毎の吸気圧力Ｐｉｎ及び排気圧力Ｐｅｘを、机上計算により把握する。吸気及び排気圧力Ｐｉｎ，Ｐｅｘの把握は、実験により行うこととしてもよい。運転状態に応じた排気温度Ｔｅｘを算出し、算出した排気温度Ｔｅｘ及び目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡをもとに、排気のガス定数Ｒｅｘ及び比熱比κｅｘを算出する。比熱比κｅｘは、排気温度Ｔｅｘ及び目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じて各比熱比を割り付けたマップ（図１３）を検索して算出する。比熱比κｅｘは、排気温度Ｔｅｘを一定としたときに、理論空燃比相当下で最も小さく、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡがこれよりも小さく又は大きくなるほど、大きな値として算出される。また、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを一定としたときに、リーン側及びリッチ側の領域の双方において、排気温度Ｔｅｘが高くなるほど、小さな値として算出される。

このようにして得られた単位クランク角毎の吸気及び排気圧力Ｐｉｎ，Ｐｅｘ、ガス定数Ｒｅｘ及び比熱比κｅｘをもとに、単位クランク角当たりの吹抜ガス量Ｑｂｌｗａｇｌを次式により算出する。それぞれのクランク角で吸気弁２０及び排気弁２３により形成される開口面積Ａａｇｌは、弁作動特性値ＣＡＭＰＦ及び設定温度でのバルブクリアランスＶＣＬＲをもとに、算出することができる。また、算出した吹抜ガス量Ｑｂｌｗａｇｌをオーバーラップ期間に亘り積算し、オーバーラップ期間全体での計算上の吹抜ガス量（以下「理論吹抜ガス量」という。）Ｑｂｌｏｗを算出する。なお、弁作動特性値ＣＡＭＰＦは、カムプロフィールそのものが与える弁の変位をいう。

Ｑｂｌｗａｇｌ＝Ｐｅｘ×√｛（２×κｅｘ／（κｅｘ−１））×（１／（Ｒｅｘ×Ｔｅｘ））×（（Ｐｉｎ／Ｐｅｘ）＾（２／κｅｘ）−（Ｐｉｎ／Ｐｅｘ）＾（（κｅｘ＋１）／κｅｘ））｝×Ａａｇｌ ・・・（４）
Ｑｂｌｏｗ＝ΣＱｂｌｗａｇｌ ・・・（５）
単位クランク角毎の開口面積Ａａｇｌをオーバーラップ期間に亘り積算し、積算開口面積Ａｓｕｍｓｔｄを算出するとともに、理論吹抜ガス量Ｑｂｌｏｗを算出した積算開口面積Ａｓｕｍｓｔｄで除算し、単位開口面積及び単位クランク角当たりの吹抜ガス量（以下「単位吹抜ガス量」という。）ｑｂｌｏｗを算出する。基準吸気温度下で算出した単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗを基本吹抜ガス量ｑｂｌｏｗ０とし、エンジン回転数毎のデータとしてテーブル化して、ＥＣＵ４１に記憶する。基本吹抜ガス量テーブルは、負荷（ここでは、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとの比ＰＩＮＢＹＥＸ＝Ｐｉｎ／Ｐｅｘ）毎に設定し、記憶する（図６）。

Ａｓｕｍｓｔｄ＝ΣＡａｇｌ ・・・（６）
ｑｂｌｏｗ０（＝ｑｂｌｏｗ）＝Ｑｂｌｏｗ／Ａｓｕｍｓｔｄ ・・・（７）
他方、同調次数テーブルは、基準吸気温度での同調次数Ｍｉｎ０の理論式を、計算又は実験の結果により補正して設定する。図４に点線で示す直線Ｌ１は、基準吸気温度での理論上の同調次数Ｍｉｎ０の逆数を示しており、次式により表される。

１／Ｍｉｎ０＝（１／（１２０×Ｆｉｎ））×ＮＥ ・・・（８）
（８）式において、吸気通路内での気柱振動の基本周波数をＦｉｎとしており、この基本周波数Ｆｉｎは、吸気通路１１の等価管長をＬｅとし、音速をＳｐｓｄとして、次式により算出される。なお、（１０）式において、吸気通路１１の実管長をＬｉｎとし、開放端補正値をＤＬとする。また、（１１）式において、比熱比をκａｉｒとし、ガス定数をＲａｉｒとする。

Ｆｉｎ＝Ｓｐｓｄ／（２×Ｌｅ） ・・・（９）
Ｌｅ＝２（Ｌｉｎ＋ＤＬ） ・・・（１０）
Ｓｐｓｄ＝√｛κａｉｒ×Ｒａｉｒ×Ｔｉｎ｝ ・・・（１１）
基本吹抜ガス量テーブルの設定に際して算出した理論吹抜ガス量Ｑｂｌｏｗをエンジン回転数毎にプロットするとともに、得られた曲線Ｃ１（図５）から、同調次数Ｍｉｎ＝Ａに相当する点Ｐ１のエンジン回転数ＮＥａ１を読み取る。図４において、直線Ｌ１上の１／Ｍｉｎ０＝１／Ａに対応するエンジン回転数ＮＥａ０を読み取り、理論式（８）の傾きを次式により補正する（直線Ｌ２）。

１／Ｍｉｎ＝（１／（１２０×Ｆｉｎ））×（ＮＥａ０／ＮＥａ１）×ＮＥ ・・・（１２）
このようにして得られた（１２）式をテーブル化し、同調次数テーブルとしてＥＣＵ４１に記憶する。なお、同調次数Ｍｉｎの特性は、テーブルに代え、関数として記憶してもよい。

図３に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１では、吸気温度Ｔｉｎ及びエンジン回転数ＮＥを読み込む。
Ｓ２０２では、実際の運転条件（ここでは、吸気温度Ｔｉｎ）に応じた同調回転数の変化量ＤＮＥを算出する。読み込んだ吸気温度Ｔｉｎ（たとえば、７０℃）での同調次数特性線（図４のＬ３）を、（９）〜（１２）式により算出し、算出した特性線上の、１／Ｍｉｎ＝１／Ａに対応するエンジン回転数ＮＥａ２を、同調回転数ＮＥＫとして算出する。算出した同調回転数ＮＥＫ（＝ＮＥａ２）と、基準吸気温度下で同調次数ＭｉｎをＡとするエンジン回転数ＮＥａ１との差を、変化量ＤＮＥとして算出する。なお、変化量ＤＮＥの算出に際して採用する同調次数Ｍｉｎは、実用運転領域を考慮して選択する。

Ｓ２０３では、算出した変化量ＤＮＥ分、現在の負荷に対応する基本吹抜ガス量テーブル（ここでは、テーブルｔ３）をエンジン回転数ＮＥに関してずらす（図７）。以下、このようなテーブルの操作を「シフト操作」という。
Ｓ２０４では、シフト操作後のテーブルｔ３’を読み込んだエンジン回転数ＮＥにより検索して、単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗを算出する。

Ｓ２０５では、有効開口面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。有効開口面積ＡＳＵＭＯＬは、オーバーラップ期間中に形成される単位クランク角毎の開口面積を積算したものとして、後述する有効開口面積演算ルーチンにより算出する。
Ｓ２０６では、算出した単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗをもとに、次式により一サイクル当たりの吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。

ＭＲＥＳＯＬ＝（ｑｂｌｏｗ×ＡＳＵＭＯＬ）×６０／（Ｎｅ×３６０） ・・・（１３）
算出した吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬは、既述の内部ＥＧＲ量推定ルーチン（図２）において、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出に用いられる。
次に、有効開口面積ＡＳＵＭＯＬの演算について説明する。

図１２は、クランク角ＣＡと、弁作動特性値ＣＡＭＰＦ及び弁リフト量ＶＬＩＦＴとの関係を示している。弁リフト量ＶＬＩＦＴは、弁作動特定値ＣＡＭＰＦからバルブクリアランスＶＣＬＲを減じた実際の弁の変位である。弁作動特性値ＣＡＭＰＦ及び弁リフト量ＶＬＩＦＴは、ともに閉弁時を基準（＝０）としている。
本実施形態では、最大オーバーラップ時におけるオーバーラップ期間を所定のクランク角ＤＣＡ（ここでは、1°）毎に分割するとともに、ＥＣＵ４１に対し、分割した各区間の吸気弁２０及び排気弁２３の弁作動特性値ＣＡＭＰＦＩｎ，ＣＡＭＰＦＥｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を記憶させておく。これらの弁作動特性値ＣＡＭＰＦＩｎ，ＣＡＭＰＦＥｎは、カムに固有のものであり、カムプロフィールを変更した場合は、その都度適合させる。エンジン１の運転時には、記憶されている各弁作動特性値ＣＡＭＰＦＩｎ，ＣＡＭＰＦＥｎから吸気弁２０又は排気弁２３に関するバルブクリアランスＶＣＬＲＩｎ，ＶＣＬＲＥｎを減算し、吸気弁２０が形成する区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ、及び排気弁２３が形成する区間開口面積ＶＡＲＥＡＥを算出する。算出した区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ，ＶＡＲＥＡＥは、区間毎に対応させた配列として記憶させる（図１１）。有効開口面積ＡＳＵＭＯＬの演算では、記憶されている配列を参照して、吸気側及び排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ，ＶＡＲＥＡＥのうち小さい方をその区間の実質的な区間開口面積ＶＡＲＥＡｎとして選択し、選択した区間開口面積ＶＡＲＥＡｎをオーバーラップ期間に亘り積算して、有効開口面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。

図８は、開口面積配列作成ルーチンのフローチャートである。
Ｓ３０１では、列番号表示値ｎに１を加算する。列番号表示値ｎは、このルーチンによる配列の作成が終了するたびに、０に設定される。
Ｓ３０２では、列番号表示値ｎにより特定される吸気弁２０及び排気弁２３の弁作動特性値ＣＡＭＰＦＩｎ，ＣＡＭＰＦＥｎを読み込む。

Ｓ３０３では、読み込んだ弁作動特性値ＣＡＭＰＦＩｎ，ＣＡＭＰＦＥｎからそれぞれのバルブクリアランスＶＣＬＲＩｎ，ＶＣＬＲＥｎを減算し、吸気弁２０及び排気弁２３の弁リフト量ＶＬＩＦＴＩｎ、ＶＬＩＦＴＥｎを算出する。なお、バルブクリアランスＶＣＬＲＩｎ，ＶＣＬＲＥｎは、冷却水温度Ｔｗ及び排気温度Ｔｅｘ等をもとに、推定することができる。

ＶＬＩＦＴＩｎ＝ＣＡＭＰＦＩｎ−ＶＣＬＲＩｎ ・・・（１４ａ）
ＶＬＩＦＴＥｎ＝ＣＡＭＰＦＥｎ−ＶＣＬＲＥｎ ・・・（１４ｂ）
Ｓ３０４では、算出した弁リフト量ＶＬＩＦＴＩｎ，ＶＬＩＦＴＥｎに対し、流量感度係数Ｃｖに応じた係数ＫＣＶＩ＃，ＫＣＶＥ＃と、吸気弁２０又は排気弁２３の弁体投影面積ＶＡＲＥＡＩ０＃，ＶＡＲＥＡＥ０＃とを乗算し、吸気側及び排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ，ＶＡＲＥＡＥを算出する。なお、流量感度係数Ｃｖは、弁リフト量ＶＬＩＦＴに対して理論的に与えられる流量と実際に与えられる流量との比で表し、吸気弁２０及び排気弁２３がともに開く低リフト域では、弁リフト量ＶＬＩＦＴにほぼ比例する（図１０）。係数ＫＣＶＩ＃，ＫＣＶＥ＃は、流量感度係数Ｃｖが描く近似直線の傾きとして算出し、固定値としてＥＣＵ４１に記憶させる。また、次式において、一気筒当たりに設けられる吸気弁２０又は排気弁２３の数をａ，ｂとし、吸気弁２０及び排気弁２３のシート当接部径をＶＤＩ，ＶＤＥとする。

ＶＡＲＥＡＩ＝ＶＬＩＦＴＩｎ×ＫＣＶＩ＃×ＶＡＲＥＡＩ０＃×ａ ・・・（１５ａ）
ＶＡＲＥＡＥ＝ＶＬＩＦＴＥｎ×ＫＣＶＥ＃×ＶＡＲＥＡＥ０＃×ｂ ・・・（１５ｂ）
ＶＡＲＥＡＩ０＃＝（ＶＤＩ／２）＾２×π ・・・（１６ａ）
ＶＡＲＥＡＥ０＃＝（ＶＤＥ／２）＾２×π ・・・（１６ｂ）
Ｓ３０５では、算出した区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ，ＶＡＲＥＡＥを列番号表示値ｎと対応させて記憶する。

ＶＡＲＥＡＩｎ＝ＶＡＲＥＡＩ ・・・（１７ａ）
ＶＡＲＥＡＥｎ＝ＶＡＲＥＡＥ ・・・（１７ｂ）
Ｓ３０６では、列番号表示値ｎが最終列番号Ｎに達したか否かを判定する。達したときは、Ｓ３０７へ進み、達していないときは、Ｓ３０１へ戻り、次の列について吸気側及び排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩ，ＶＡＲＥＡＥを算出し、記憶する。

Ｓ３０７では、列番号表示値ｎを０に設定する。
図９は、有効開口面積演算ルーチンのフローチャートである。
Ｓ４０１では、吸気カム捻り角ＡＮＧＩ及び排気カム捻り角ＡＮＧＥを読み込む。
Ｓ４０２では、読み込んだカム捻り角ＡＮＧＩ，ＡＮＧＥをもとに、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期に対する排気弁閉時期の相対変化量ＳＩＦＴＥＶＣを算出し、吸気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩの配列に対し、排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＥの配列を算出した相対変化量ＳＩＦＴＥＶＣに応じた列数だけ前進させる（図１２）。たとえば、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期及び排気弁閉時期の変化量が夫々クランク角で３０°，１０°である場合は、相対変化量ＳＩＦＴＥＶＣが４０°であり、配列の作成に当たりオーバーラップ期間を１°毎に分割しているので、排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＥの配列を４０°に応じた列数（＝４０）だけ前進させる。

Ｓ４０３では、列番号表示値ｎに１を加算する。
Ｓ４０４では、吸気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩの配列及び前進させた排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＥの配列から、列番号表示値ｎに対応する列の区間開口面積ＶＡＲＥＡＩｎ，ＶＡＲＥＡＥｎを読み出す。
Ｓ４０５では、読み出した吸気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩｎが排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＥｎよりも大きいか否かを判定する。ＶＡＲＥＡＥｎよりも大きいときは、Ｓ４０６へ進み、ＶＡＲＥＡＥｎ以下であるときは、Ｓ４０７へ進む。

Ｓ４０６では、排気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＥｎをその区間についての実質的な区間開口面積ＶＡＲＥＡｎとする。
Ｓ４０７では、吸気側区間開口面積ＶＡＲＥＡＩｎをその区間についての実質的な区間開口面積ＶＡＲＥＡｎとする。
Ｓ４０８では、各区間について算出した区間開口面積ＶＡＲＥＡｎをオーバーラップ期間に亘り積算する。

ＳＩＧＭＡ＝ＳＩＧＭＡ＋ＶＡＲＥＡｎ×ＤＣＡ ・・・（１８）
Ｓ４０９では、列番号表示値ｎが最終列番号Ｎに達したか否かを判定する。達したときは、Ｓ４１０へ進み、達していないときは、Ｓ４０３へ戻り、次の列について区間開口面積ＶＡＲＥＡｎを算出し、積算する。
Ｓ４１０では、算出した積算値ＳＩＧＭＡを有効開口面積ＡＳＵＭＯＬとする。

ＡＳＵＭＯＬ＝ＳＩＧＭＡ ・・・（１９）
Ｓ４１１では、列番号表示値ｎ及び積算値ＳＩＧＭＡを０に設定する。
算出した有効開口面積ＡＳＵＭＯＬは、既述の吹抜ガス量演算ルーチン（図３）において、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬの演算に用いられる。
本実施形態に関し、図３に示すフローチャート全体が吹抜ガス量算出装置（図６に示す基本吹抜ガス量テーブルが基本吹抜ガス量記憶手段を、図３に示すフローチャートのＳ２０２が同調回転数変化量算出手段を、同フローチャートのＳ２０３，２０４及び２０６が吹抜ガス量算出手段を構成する。）を構成する。また、図２に示すフローチャートのＳ１０２が残留ガス量算出手段を、図３に示すフローチャートのＳ２０１がエンジン回転数検出手段を、図８及び９に示すフローチャート全体が開口面積算出手段を構成する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、基準吸気温度下で設定した基本吹抜ガス量ｑｂｌｏｗ０を記憶させておき、実際の運転時では、運転条件（すなわち、吸気温度Ｔｉｎ）に応じた同調回転数の変化量ＤＮＥを算出し、算出した変化量ＤＮＥによるシフト操作後のテーブルを検索して、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することとしたので、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを簡単に算出し、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定することができる。

第２に、基準吹抜ガス量テーブルにおいて、エンジン回転数等の運転状態の影響を反映させることができるため、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬの算出精度を確保し、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを正確に推定することができる。
第３に、基本吹抜ガス量テーブルのシフト操作により実際の運転条件に対応することができるため、このテーブルを異なる温度毎に設定する必要がなく、記憶容量を軽減することができる。

第４に、基本吹抜ガス量ｑｂｌｏｗ０を単位開口面積及び単位クランク角当たりのものとして設定し、シフト操作後のテーブルを検索して得た単位吹抜ガス量ｑｂｌｏｗに有効開口面積ＡＳＵＭＯＬを乗算して、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することとしたので、バルブタイミングやバルブクリアランスが変化した場合に、容易に対応することができる。

以上では、カムプロフィール自体は一定とし、バルブタイミングのみを変化させることでオーバーラップ期間を変化させる場合を例に説明したが、カムプロフィールの変化を伴ってオーバーラップ期間を変化させることとしてもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成 内部ＥＧＲ量推定ルーチンのフローチャート 吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャート 同調次数Ｍｉｎの特性 エンジン回転数ＮＥと理論吹抜ガス量Ｑｂｌｏｗとの関係 単位吹抜ガス量演算テーブル 同上テーブルのシフト操作の概念 開口面積配列作成ルーチンのフローチャート 有効開口面積演算ルーチンのフローチャート 弁リフト量に対する流量感度係数Ｃｖの変化 最大オーバーラップ時に作成される配列の概念 実際のバルブタイミングに対して設定される配列の概念 比熱比演算テーブル

符号の説明

１…エンジン、１１…吸気通路、１２…エアクリーナ、１３…スロットル弁、１４…サージタンク、１６…吸気ポート、１７…インジェクタ、１８…燃焼室、１９…ピストン、２０…吸気弁、２１…吸気カム、２２…排気ポート、２３…排気弁、２４…排気カム、２５…吸気側可変動弁装置、２６…排気側可変動弁装置、２７…点火プラグ、２８…排気通路、４１…エンジンコントロールユニット、５１…エアフローメータ、５２…吸気圧力センサ、５３…冷却水温度センサ、５４…クランク角センサ、５５…排気圧力センサ、５６…排気温度センサ、５７…酸素センサ、５８…アクセルセンサ、５９，６０…カム角センサ。

Claims (6)

1. エンジンの吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中に排気側と吸気側との間で吹き抜ける排気の量を吹抜ガス量として算出するエンジンの吹抜ガス量算出装置であって、
   所定の基準条件下で設定された基本吹抜ガス量を記憶する基本吹抜ガス量記憶手段と、
   実際の運転条件に応じた吸気系気柱振動に関する同調回転数の変化量を算出する同調回転数変化量算出手段と、
   算出された同調回転数の変化量及び基本吹抜ガス量をもとに、実際の吹抜ガス量を算出する吹抜ガス量算出手段と、
   実際のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を含んで構成され、
   前記吹抜ガス量算出手段は、基本吹抜ガス量をエンジン回転数毎に記憶すると共に、算出された同調回転数の変化量分、基本吹抜ガス量をエンジン回転数に関してずらすとともに、ずらした後の基本吹抜ガス量を算出されたエンジン回転数により検索して、実際の吹抜ガス量を算出するエンジンの吹抜ガス量算出装置。
2. 同調回転数変化量算出手段は、同調回転数の変化量を所定の同調次数について算出し、
   吹抜ガス量算出手段は、算出された同調回転数の変化量分、基本吹抜ガス量を運転領域に渡り一律にずらす請求項１に記載のエンジンの吹抜ガス量算出装置。
3. 吸気弁及び排気弁によりオーバーラップ期間中に形成される実際の開口面積を算出する開口面積算出手段を更に含んで構成され、
   基本吹抜ガス量記憶手段は、単位開口面積当たりの基本吹抜ガス量を記憶し、
   吹抜ガス量算出手段は、基本吹抜ガス量に算出された開口面積を乗算して、実際の吹抜ガス量を算出する請求項１または２に記載のエンジンの吹抜ガス量算出装置。
4. 基本吹抜ガス量記憶手段は、基本吹抜ガス量を単位開口面積及び単位時間当たりの量として記憶し、
   開口面積算出手段は、オーバーラップ期間を含む所定の期間を前記単位時間毎の複数の区間に分割するとともに、各区間につき、予め定められた弁作動特性値をもとに、吸気弁及び排気弁により形成される実質的な区間開口面積を算出し、算出した区間開口面積をオーバーラップ期間に亘り積算して得たものを、実際の開口面積として算出する請求項３に記載のエンジンの吹抜ガス量算出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の吹抜ガス量算出装置を含んで構成され、
   算出された吹抜ガス量をもとに、エンジンの内部ＥＧＲ量を算出するエンジンの内部ＥＧＲ量推定装置。
6. 排気弁閉時期に筒内に残る排気の量を残留ガス量として算出する残留ガス量算出手段を更に含んで構成され、
   吹抜ガス量算出装置及び残留ガス量算出手段により算出された各ガス量をもとに、内部ＥＧＲ量を算出する請求項５に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定装置。

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