JP4380401B2 - 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量のうち、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簡易、かつ正確に算出するための技術に関する。

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。
特開２００１−２２１１０５号公報（段落番号００５９）

しかしながら、基本値に対し、オーバーラップ分の補正値を加算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、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ので、与えられたオーバーラップ量に対して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。

本出願人は、次のような内部ＥＧＲ量推定装置について検討している。内部ＥＧＲによる還流ガス量を、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から吸気側に吹き抜ける排気の量（以下「吹抜ガス量」という。）と、排気弁閉時期に筒内に残る排気の量（以下「残留ガス量」という。）とに分け、各ガス量の和として内部ＥＧＲ量を算出するものである。前者の吹抜ガス量は、オーバーラップ期間中に吸気側又は排気側のポート部に形成される絞りを理想ノズルと見立て、エネルギー保存則を適用することにより算出し、後者の残留ガス量は、排気弁閉時期における筒内圧力及び温度等を推定するとともに、各推定値を気体の状態方程式に代入することにより算出する。

しかしながら、本出願人による上記の装置には、吹抜ガス量の算出に関して次のような問題がある。吹抜ガス量を物理式により理論的に算出することとしているので、弁頭部及びシリンダヘッドの弁体当接部の摩耗や、これらの部位への燃焼生成物の堆積等により実質的なバルブクリアランスが変化した場合は、これに対応することができず、誤差を含んだ吹抜ガス量が算出され、内部ＥＧＲ量を正確に推定することができないことである。

本発明は、吹抜ガス量の算出又は内部ＥＧＲ量の推定に際し、弁頭部に摩耗が生じた場合など、実質的なバルブクリアランスが変化した場合でも、その影響を加味した吹抜ガス量を算出し、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る。本発明によるエンジンの吹抜ガス量算出装置は、吸気通路に配置され、エンジンに吸入される空気の量を検出するとともに、逆流時の流量を実質的に検出可能な吸入空気量検出手段と、エンジン回転数を検出する手段と、オーバーラップ期間における吸気圧力を検出する手段と、オーバーラップ期間における排気圧力を検出する手段と、吸気弁及び排気弁により形成される、吹抜ガスの通路の実質的な開口面積を算出する手段と、検出したエンジン回転数が所定の回転数以下である低回転時には、吸入空気量検出手段の前記逆流時の出力に進み補償処理を施した出力をもとに吹抜ガス量を算出し、検出したエンジン回転数が前記所定の回転数よりも高い高回転時には、少なくとも検出した吸気圧力及び排気圧力、並びに算出した開口面積をもとに吹抜ガス量を算出する手段と、を備える。

本発明によれば、吸入空気量検出手段の出力をもとに、実測により吹抜ガス量を検出することとしたので、吹抜ガス量の算出又は内部ＥＧＲ量の推定に際し、弁頭部の摩耗等により実質的なバルブクリアランスが変化した場合でも、その影響を加味した吹抜ガス量を算出し、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のクランク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からのアクセルペダル操作量検出信号、スロットルセンサ５９からのスロットル弁開度検出信号、及びカム角センサ６０，６１からのカム角検出信号（これをもとに、カムシャフトとクランクシャフトとの位相差を検出可能である。）が入力される。本実施形態では、エアフローメータ５１として、逆流時の流量を検出することのできるホットワイヤ型又は半導体型のエアフローメータを採用する。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及び目標燃空比ＴＦＢＹＡ等、各種の運転状態を読み込む。
Ｓ１０２では、読み込んだ目標燃空比ＴＦＢＹＡをもとに、排気のガス定数Ｒｅｘを算出する。

Ｓ１０３では、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。
Ｓ１０４では、算出したガス定数Ｒｅｘ及びシリンダ容積ＶＥＶＣと、排気弁閉時期における筒内圧力ＰＥＶＣ及び筒内温度ＴＥＶＣとをもとに、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、排気圧力Ｐｅｘ及び排気温度Ｔｅｘをもとに、推定することができる。

ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（Ｒｅｘ×ＴＥＶＣ） ・・・（２）
Ｓ１０５では、第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１及び第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２を読み込む。第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１は、エアフローメータ５１の出力をもとに、後述する第１の吹抜ガス量演算ルーチン（図３）により算出され、他方、第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２は、吸気圧力Ｐｉｎ及び排気圧力Ｐｅｘ等をもとに、後述する第２の吹抜ガス量演算ルーチン（図５）により算出される。

Ｓ１０６では、読み込んだ第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１が第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２以上であるか否かを判定する。ＭＲＥＳＯＬ２以上であるときは、Ｓ１０７へ進み、ＭＲＥＳＯＬ２よりも小さいときは、Ｓ１０８へ進む。
Ｓ１０７では、第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１を吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬとする。
Ｓ１０８では、第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２を吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬとする。

Ｓ１０９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、（３）式において、一サイクル当たりに筒内に吸入される空気の量をＭＡＣＹＬとする。吸入空気量ＭＡＣＹＬは、エアフローメータ５１の出力をもとに、算出される。

ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／（ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ）） ・・・（３）
図３は、第１の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２０１では、スロットル弁１３の開度（以下「スロットル弁開度」という。）ＴＶＯ及びエンジン回転数ＮＥ等、各種の運転状態を読み込む。

Ｓ２０２では、読み込んだスロットル弁開度ＴＶＯが所定の開度ＴＶＯＲＥＳ＃以上であるか否かを判定する。ＴＶＯＲＥＳ＃以上であるときは、Ｓ２０３へ進み、ＴＶＯＲＥＳ＃よりも小さいときは、Ｓ２１１へ進む。所定の開度ＴＶＯＲＥＳ＃は、スロットル弁１３が全開状態にあることを示すものとして、全閉状態にあるときのスロットル弁開度ＴＶＯを０°とした場合に、たとえば、８０°に設定する。

Ｓ２０３では、読み込んだエンジン回転数ＮＥが所定の回転数ＮＥＱＲＥＳ＃以下であるか否かを判定する。ＮＥＱＲＥＳ＃以下であるときは、Ｓ２０４へ進み、ＮＥＱＲＥＳ＃よりも大きいときは、Ｓ２１１へ進む。所定の回転数ＮＥＱＲＥＳ＃は、圧力脈動や、他の気筒からの波の影響を充分に抑えることができる低回転域にあることを示すものとして、たとえば、２０００ｒｐｍに設定する。

Ｓ２０４では、吸入空気量Ｑを算出する。本実施形態では、エアフローメータ５１の出力を２ｍｓ毎にサンプリングしている。吸入空気量Ｑの演算は、今回のサンプル値ＱＡと前回のサンプル値ＱＡｚを平均するとともに、算出した平均値ＱＡＡからオフセット分ＱＡＯＦＳＴを減算することによる。
ＱＡＡ＝（ＱＡ＋ＱＡｚ）／２ ・・・（４ａ）
Ｑ＝ＱＡＡ−ＱＡＯＦＳＴ ・・・（４ｂ）
Ｓ２０５では、算出した吸入空気量Ｑが０よりも小さいか否かを判定する。０よりも小さいときは、Ｓ２０６へ進み、０以上であるときは、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０６では、吸入空気量Ｑ（＜０）の絶対値を瞬時吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭとする。
Ｓ２０７では、瞬時吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭに０を代入する。
Ｓ２０８では、８ｍｓ前から今回までの各瞬時吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭを積算して、一サイクル、かつ一気筒当たりの吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭＣＹＬを算出する（図４）。
ＱＲＳＡＦＭＣＹＬ＝ΣＱＲＳＡＦＭ ・・・（５）
Ｓ２０９では、算出した吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭＣＹＬに対し、次式による１次の進み補償処理を施す。なお、前回の吹抜ガス量をＱＲＳＡＦＭＣＹＬｚとし、時定数をＴＲＥＳ＃とする。時定数ＴＲＥＳ＃は、エンジン本体からエアフローメータ５１までの管路長及びサージタンク１４の容量等に応じて決定され、本実施形態では、実験的に求めたものを採用する。

ＱＲＳＡＦＭＣＹＬ（＝ＭＲＥＳＯＬ１）＝ＱＲＳＡＦＭＣＹＬｚ＋（ＱＲＳＡＦＭＣＹＬ−ＱＲＳＡＦＭＣＹＬｚ）×１／（１−ｅ＾（１０／ＴＲＥＳ＃）） ・・・（６）
Ｓ２１０では、補償後の吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭＣＹＬを第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１とする。
Ｓ２１１では、第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１に０を代入する。

算出した第1の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１は、既述の内部ＥＧＲ量推定ルーチン（Ｓ１０７）で読み込まれる。
図５は、第２の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャートである。
Ｓ３０１では、吸気圧力Ｐｉｎ、排気圧力Ｐｅｘ、排気温度Ｔｅｘ、スロットル弁開度ＴＶＯ及びエンジン回転数ＮＥ等、各種の運転状態を読み込む。

Ｓ３０２では、排気の比熱比κｅｘを算出する。比熱比κｅｘは、目標燃空比ＴＦＢＹＡ及び排気温度Ｔｅｘに応じて各比熱比を割り付けたマップ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、目標燃空比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、目標燃空比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。

Ｓ３０３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吸気弁２０及び排気弁２３により形成される区間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される。
Ｓ３０４では、次式により吹抜ガス量演算値ＭＲＥＳＯＬＴＨを算出する。なお、次式において、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとの比をＰＩＮＢＹＥＸ（＝Ｐｉｎ／Ｐｅｘ）とする。

ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×Ｐｅｘ×√｛１／（Ｒｅｘ×Ｔｅｘ）｝×√｛κｅｘ／（κｅｘ−１）×（ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／κｅｘ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（κｅｘ＋１）／κｅｘ））｝ ・・・（７ａ）
ＭＲＥＳＯＬＴＨ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×６０×ＡＳＵＭＯＬ）／（ＮＥ×３６０） ・・・（７ｂ）
Ｓ３０５では、読み込んだスロットル弁開度ＴＶＯが所定の開度ＴＶＯＲＥＳ＃よりも小さいか否かを判定する。ＴＶＯＲＥＳ＃よりも小さいときは、Ｓ３０６へ進み、ＴＶＯＲＥＳ＃以上であるときは、Ｓ３０８へ進む。

Ｓ３０６では、読み込んだエンジン回転数ＮＥが所定の回転数ＮＥＱＲＥＳ＃よりも大きいか否かを判定する。ＮＥＱＲＥＳ＃よりも大きいときは、Ｓ３０７へ進み、ＮＥＱＲＥＳ＃以下であるときは、Ｓ３０８へ進む。
Ｓ３０７では、吹抜ガス量演算値ＭＲＥＳＯＬＴＨを第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２とする。

Ｓ３０８では、第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２に０を代入する。
算出した第２の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ２は、既述の内部ＥＧＲ量推定ルーチン（Ｓ１０８）で読み込まれる。
次に、有効開口面積ＡＳＵＭＯＬの演算について説明する。
図９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であり、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８）。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６は、開口面積配列作成ルーチンのフローチャートである。
Ｓ４０１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。
Ｓ４０２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。

Ｓ４０３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 ・・・（８ａ）
ＶＬＩＦＴＥｎ＝ＣＡＭＰＦＥｎ−ＶＣＬＲＥｎ ・・・（８ｂ）
Ｓ４０４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と排気弁２３と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。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、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又は排気弁２３のシート当接部径をＶＤＩ，ＶＤＥとする。

ＶＡＲＥＡＩ＝ＶＬＩＦＴＩｎ×ＫＣＶＩ＃×ＶＡＲＥＡＩ０＃×ａ ・・・（９ａ）
ＶＡＲＥＡＥ＝ＶＬＩＦＴＥｎ×ＫＣＶＥ＃×ＶＡＲＥＡＥ０＃×ｂ ・・・（９ｂ）
ＶＡＲＥＡＩ０＃＝（ＶＤＩ／２）＾２×π ・・・（１０ａ）
ＶＡＲＥＡＥ０＃＝（ＶＤＥ／２）＾２×π ・・・（１０ｂ）
Ｓ４０５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 ・・・（１１ａ）
ＶＡＲＥＡＥｎ＝ＶＡＲＥＡＥ ・・・（１１ｂ）
Ｓ４０６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、Ｓ４０７へ進み、達していないときは、Ｓ４０１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。

Ｓ４０７では、列番号表示値ｎを０に設定する。
図７は、有効開口面積演算ルーチンのフローチャートである。
Ｓ５０１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。
Ｓ５０２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９）。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°及び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。

Ｓ５０３では、列番号表示値ｎに１を加算する。
Ｓ５０４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を読み込む。
Ｓ５０５では、読み込んだ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、Ｓ５０６へ進み、ＶＡＲＥＡＥｎ以下であるときは、Ｓ５０７へ進む。

Ｓ５０６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。
Ｓ５０７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。
Ｓ５０８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 ・・・（１２）
Ｓ５０９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、Ｓ５１０へ進み、達していないときは、Ｓ５０３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。
Ｓ５１０では、算出した積算値ＳＩＧＭＡに面積学習値ＧＡを加算したものを有効開口面積ＡＳＵＭＯＬとする。面積学習値ＧＡは、次の面積学習値演算ルーチンにより算出される。

ＡＳＵＭＯＬ＝ＳＩＧＭＡ＋ＧＡ ・・・（１３）
Ｓ５１１では、列番号表示値ｎ及び積算値ＳＩＧＭＡを０に設定する。
図１０は、面積学習値演算ルーチンのフローチャートである。
Ｓ６０１では、エンジン回転数ＮＥ、冷却水温度Ｔｗ及び排気温度Ｔｅｘ等、各種の運転状態を読み込む。

Ｓ６０２では、読み込んだエンジン回転数ＮＥが所定の回転数ＮＥＱＲＥＳ＃以下であるか否かを判定する。ＮＥＱＲＥＳ＃以下であるときは、Ｓ６０３へ進み、ＮＥＱＲＥＳ＃よりも大きいときは、このルーチンを終了する。
Ｓ６０３では、吸気弁２０の弁体温度Ｔｉｖの単位時間当たりの変化量ＤＴｉｖを算出するとともに、算出した変化量ＤＴｉｖが所定の変化量ＤＴＩＶ＃以下であるか、すなわち、吸気弁２０が熱的平衡状態にあるか否かを判定する。ＤＴＩＶ＃以下であるときは、Ｓ６０４へ進み、ＤＴＩＶ＃よりも大きいときは、このルーチンを終了する。なお、弁体温度Ｔｉｖは、吸気弁２０の頭部温度Ｔｄｉと軸部温度Ｔａｘとを平均して算出することができる。頭部温度Ｔｄｉは、冷却水温度Ｔｗに対し、排気温度Ｔｅｘに応じた上昇分を加算したものとして算出し、他方、軸部温度Ｔａｘは、軸部中央における温度として、頭部温度Ｔｄｉをもとに、軸部の材質等に応じた熱伝導を考慮して算出する。

Ｔｉｖ＝（Ｔｄｉ＋Ｔａｘ）／２ ・・・（１４）
Ｓ６０４では、第１の吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１及び吹抜ガス量理論値ＭＲＥＳＯＬＴＨを読み込む。
Ｓ６０５では、読み込んだ各吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬ１，ＭＲＥＳＯＬＴＨの差を吹抜ガス量偏差ＤＭＲＥＳＯＬとして算出する。

ＤＭＲＥＳＯＬ＝ＭＲＥＳＯＬＴＨ−ＭＲＥＳＯＬ１ ・・・（１５）
Ｓ６０６では、算出した吹抜ガス量偏差ＤＭＲＥＳＯＬをもとに、次式により吹抜ガス量偏差の面積換算値ＡＤＳＵＭＯＬを算出する。
ＡＤＳＵＭＯＬ＝（ＤＭＲＥＳＯＬ×√｛Ｒｅｘ×Ｔｅｘ｝×３６０）／（Ｐｅｘ×１．４×√｛（κｅｘ／（κｅｘ−１））×（ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／κｅｘ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（κｅｘ＋１）／κｅｘ））｝×６０×ＮＥ） ・・・（１６）
Ｓ６０７では、算出した面積換算値ＡＤＳＵＭＯＬに所定の係数ＫＧＡ＃を乗算し、面積学習値ＧＡを算出する。係数ＫＧＡ＃は、弁頭部の削れや、燃焼生成物の堆積の速さを考慮して、たとえば、０．０１に設定する。

ＧＡ＝ＡＤＳＵＭＯＬ×ＫＧＡ＃ ・・・（１７）
算出した面積学習値ＧＡは、既述の有効開口面積演算ルーチン（Ｓ５１０）で読み込まれる。
本実施形態に関し、エアフローメータ５１、並びに図２に示すフローチャートのＳ１０５〜１０８、図３に示すフローチャート全体及び図５に示すフローチャート全体の処理が吹抜ガス量算出装置を、図２に示すフローチャートのＳ１０１〜１０４の処理が残留ガス量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、エアフローメータ５１の出力をもとに、実測により吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することとしたので、弁頭部の摩耗等により実質的なバルブクリアランスＶＣＬＲが変化した場合でも、その影響を加味した吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出し、正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定することができる。また、スロットル弁１３が全開状態にあることを条件としたので、吹抜ガスがエアフローメータ５１を確実に通過する時期に吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することができる。

第２に、エアフローメータ５１の出力から算出した吹抜ガス量ＱＲＳＡＦＭＣＹＬに対し、所定の進み補償処理（Ｓ２０９）を施すこととしたので、エンジン本体からエアフローメータ５１に至るまでの輸送遅れを補償し、遅れのない吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することができる。
第３に、低回転時に限りエアフローメータ５１の出力に基づいて吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することとしたので、圧力脈動等の影響を抑え、正確な吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することができる。

第４に、高回転時では、吸気圧力Ｐｉｎ、排気圧力Ｐｅｘ及び有効開口面積ＡＳＵＭＯＬをもとに、理論的な演算により吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することとしたので、広い運転領域で内部ＥＧＲ量を推定することができる。
以上では、吸入空気量検出手段として、逆流時の流量を検出可能なエアフローメータ５１を採用した場合を例に説明したが、流れの方向が区別されないエアフローメータを採用して、吹抜ガス量ＭＲＥＳＯＬを算出することもできる。順流時の流量と逆流時の流量とを判別可能な所定の流量ＱＳＬを設定し（図４）、エアフローメータの出力として得られる流量がこの所定の流量ＱＳＬ以下であるか否かを判定することで、検出した吸入空気量Ｑが吹抜ガスによるものであるか否かを判定する。

また、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 第１の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャート エアフローメータの出力波形 第２の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャート 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 最大オーバーラップ時に作成される配列の概念 吸気弁及び排気弁の作動特性、並びに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 面積学習値演算ルーチンのフローチャート

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…スロットルセンサ、６０，６１…カム角センサ。

Claims (5)

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、
   吸気通路に配置され、エンジンに吸入される空気の量を検出するとともに、逆流時の流量を実質的に検出可能な吸入空気量検出手段と、
   エンジン回転数を検出する手段と、
   オーバーラップ期間における吸気圧力を検出する手段と、
   オーバーラップ期間における排気圧力を検出する手段と、
   吸気弁及び排気弁により形成される、吹抜ガスの通路の実質的な開口面積を算出する手段と、
   検出したエンジン回転数が所定の回転数以下である低回転時には、吸入空気量検出手段の前記逆流時の出力に進み補償処理を施した出力をもとに吹抜ガス量を算出し、検出したエンジン回転数が前記所定の回転数よりも高い高回転時には、少なくとも検出した吸気圧力及び排気圧力、並びに算出した開口面積をもとに吹抜ガス量を算出する手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの吹抜ガス量算出装置。
2. 吸入空気量を制御するためのスロットル弁を備えるエンジンに設けられ、
   このスロットル弁の開度を検出する手段を含んで構成されて、検出した開度が所定の開度以上であるときにのみ、吸入空気量検出手段の出力をもとに、吹抜ガス量を算出する請求項１に記載のエンジンの吹抜ガス量算出装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載のエンジン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。
4. 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３に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定装置。
5. 残留ガス量算出手段は、排気弁閉時期における筒内圧力を検出する手段と、排気弁閉時期における筒内温度を検出する手段と、排気弁閉時期における実質的なシリンダ容積を検出する手段と、混合気空燃比に応じた排気のガス定数を算出する手段と、を含んで構成され、検出した筒内圧力、筒内温度及びシリンダ容積、並びに算出したガス定数をもとに、残留ガス量を算出する請求項４に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定装置。

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