JP4519164B2 - Internal combustion engine pressure / temperature calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の圧力・温度算出装置に関する。 The present invention relates to a pressure / temperature calculation device for an internal combustion engine.
大気から内燃機関の吸気管に流入する空気と、この空気以外に吸気管に流入するガス(例えば、排気ガス)との間に成立する質量保存則やエネルギ保存則に基づいて、吸気管内の圧力を算出する方法が、特許文献1に開示されている。
The pressure in the intake pipe based on the law of conservation of mass and the law of conservation of energy established between the air flowing into the intake pipe of the internal combustion engine from the atmosphere and the gas (for example, exhaust gas) flowing into the intake pipe other than this air A method for calculating the value is disclosed in
特許文献1全体から察するに、ここに開示されている方法は、空気以外に吸気管に流入するガスが吸気管全体に拡散することを前提として考案された方法であると考えられる。ところが、空気以外に吸気管に流入したガスは吸気管全体には拡散せずに、或る程度の分布を伴う。したがって、特許文献1に開示されている方法には、より正確に吸気管内の圧力を算出するためになされるべき改善の余地がある。
As can be seen from
本発明は、内燃機関の吸気管内の圧力を正確に算出することにある。 The present invention is to accurately calculate the pressure in the intake pipe of an internal combustion engine.
上記課題を解決するために1番目の発明によれば、排気通路をスロットル弁下流の吸気通路に排気ガス再循環通路を介して接続すると共に該排気ガス再循環通路内を流れる排気ガスの流量を制御する排気ガス流量制御弁を排気ガス再循環通路内に配置した内燃機関において、スロットル弁を通過する空気の量を繰り返し算出する空気量算出手段と、前記排気ガス流量制御弁を通過する排気ガスの量を繰り返し算出する排気ガス量算出手段と、筒内に流入するガスの量を繰り返し算出する筒内ガス量算出手段と、少なくとも前記空気量と前記排気ガス量と前記筒内ガス量とに基づいてスロットル弁下流の吸気通路内の圧力を繰り返し算出する手段とを具備し、前記排気ガス量算出手段は、少なくとも前回の前記吸気通路内の圧力に基づいて次回の前記排気ガス量を算出する圧力算出装置であって、上記排気ガス流量制御弁を通過する排気ガスの量が、同一のスロットル弁下流の吸気通路内の圧力における、定常運転時で且つ気筒内に流入する排気ガスの流量が零であるときに気筒内に流入する空気の流量と、定常運転時で且つ気筒内に流入する排気ガスの流量が零ではないときに気筒内に流入する空気の流量との差から算出される圧力算出装置が提供される。 In order to solve the above problem, according to the first invention, the exhaust passage is connected to the intake passage downstream of the throttle valve via the exhaust gas recirculation passage, and the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust gas recirculation passage is controlled. In an internal combustion engine in which an exhaust gas flow control valve to be controlled is disposed in an exhaust gas recirculation passage, an air amount calculating means for repeatedly calculating the amount of air passing through a throttle valve, and exhaust gas passing through the exhaust gas flow control valve Exhaust gas amount calculating means for repeatedly calculating the amount of gas, in-cylinder gas amount calculating means for repeatedly calculating the amount of gas flowing into the cylinder, at least the air amount, the exhaust gas amount, and the in-cylinder gas amount And a means for repeatedly calculating the pressure in the intake passage downstream of the throttle valve based on the exhaust gas amount calculating means based on at least the previous pressure in the intake passage. A pressure calculating device for calculating the quantity of exhaust gas, the amount of exhaust gas passing through the exhaust gas flow control valve, the pressure of the same throttle valve in the downstream of the intake passage, the and the cylinder at the time of steady operation The flow rate of air flowing into the cylinder when the flow rate of exhaust gas flowing into the cylinder is zero, and the flow rate of air flowing into the cylinder during steady operation and when the flow rate of exhaust gas flowing into the cylinder is not zero A pressure calculation device that is calculated from the difference between the two is provided.
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、前記差が、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力の二つの一次関数式であって勾配が互いに異なりかつ接続点において連続している二つの一次関数式により算出される。 According to a second aspect, in the first aspect, the difference is two linear function expressions of the pressure in the intake passage downstream of the throttle valve, and the gradients are different from each other and are continuous at the connection point. It is calculated by one linear function formula.
上記課題を解決するために3番目の発明によれば1番目の発明において、上記排気ガス流量制御弁を通過してスロットル弁下流の吸気通路内に流入する排気ガスの温度が機関運転状態を表すパラメータを変数とするマップから算出される。 In order to solve the above problem, according to a third invention, in the first invention, the temperature of the exhaust gas that passes through the exhaust gas flow control valve and flows into the intake passage downstream of the throttle valve represents the engine operating state. Calculated from a map with parameters as variables .
多数のセンサを用いる必要がないので、センサの数を少なくでき、したがって、製造コストを低減できる。また、多数のマップを用いる必要がないので、マップを作成する労力を低減できる。 Since it is not necessary to use a large number of sensors, the number of sensors can be reduced, and thus the manufacturing cost can be reduced. Further, since it is not necessary to use a large number of maps, it is possible to reduce the labor for creating the maps.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明が適用される内燃機関の全体図である。以下で説明では、筒内噴射型火花点火式内燃機関を例にとって説明するが、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用可能である。 FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine to which the present invention is applied. In the following description, a cylinder injection type spark ignition type internal combustion engine will be described as an example. However, the present invention can be applied to other spark ignition type internal combustion engines and compression self-ignition type internal combustion engines.
図1において、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はピストン、4はシリンダヘッド、5は気筒(燃焼室)、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポート、10は点火プラグ、11は燃料噴射弁、12はキャビティをそれぞれ示している。 In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston, 4 is a cylinder head, 5 is a cylinder (combustion chamber), 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. Reference numeral 10 denotes a spark plug, 11 denotes a fuel injection valve, and 12 denotes a cavity.
吸気ポート7は各気筒5毎に吸気枝管13を介してサージタンク14に連結される。サージタンク14は上流側吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。上流側吸気管15内には、ステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。
The intake port 7 is connected to the
一方、排気ポート9は排気管19に連結される。排気管19は排気浄化装置20に連結される。
On the other hand, the
排気管19は、排気ガス再循環通路(以下、EGR通路と称す)を介して吸気枝管13に接続される。また、EGR通路21内には、EGR通路21内を流れる排気ガスの流量を制御するEGR制御弁22が配置される。内燃機関の気筒5から排出された排気ガスは、このEGR通路21を介して、再び、気筒内に導入される。本明細書では、このEGR通路21を介して気筒内に再循環される排気ガスをEGRガスとも称する。
The
電子制御ユニット(ECU)31はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。
The electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a
吸気枝管13には、当該吸気枝管13内の圧力(以下、吸気管圧力と称す)を検出するための吸気管圧力センサ40が取り付けられる。吸気管圧力センサ40は、吸気管圧力に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
An intake
また、内燃機関は、スロットル弁18の開度を検出するためのスロットル開度センサ43と、内燃機関周囲の大気の圧力、または、上流側吸気管15に吸入される空気の圧力(吸気圧)を検出するための大気圧センサ44と、内燃機関周囲の大気の温度、または、上流側吸気管15に吸入される空気の温度(吸気温)を検出するための大気温センサ45とを具備する。これらセンサ44,45は、それぞれ、大気圧および大気温度に比例した出力電圧を発生し、これら出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The internal combustion engine also has a
また、アクセルペダル46には、アクセルペダル46の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ47が接続される。負荷センサ47の出力電圧は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
A
また、内燃機関はクランク角センサ48を具備する。クランク角センサ48は、例えば、クランクシャフトが30度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35は、クランク角センサ45の出力パルスから機関回転数を算出する。
The internal combustion engine includes a
一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11、ステップモータ17、および、EGR制御弁22に接続される。なお、EGR制御弁22の開度は、出力ポート37からEGR制御弁22へ送られたステップ信号に基づいてECU31において算出される。
On the other hand, the
ところで、燃料噴射弁10から気筒5内に噴射すべき燃料の量(以下、単に、燃料噴射量と称す)は、気筒5内に充填された空気の量に基づいて、気筒5内の混合ガスの空燃比が目標空燃比となるように決定される。したがって、気筒5内の混合ガスの空燃比を正確に目標空燃比とするためには、気筒5内に充填された空気の量(以下、筒内充填空気量と称す)を正確に把握する必要がある。
By the way, the amount of fuel to be injected into the
ここで、筒内充填空気量を推定する方法としては、スロットル弁18を通過する空気の質量流量を検出するエアフローメータやその他のセンサを内燃機関に取り付けると共に、これらセンサの出力値を変数とする筒内充填空気量算出用のマップを予め用意しておき、センサの出力値とマップとから筒内充填空気量を推定する方法がある。
Here, as a method of estimating the cylinder air charge amount, an air flow meter for detecting the mass flow rate of air passing through the
ところが、マップを利用して筒内充填空気量を推定する場合、筒内充填空気量を正確に推定するためには、マップの数やその引数を多くしなければならない。しかしながら、マップの数を多くすると、これらマップを記憶しておくROM34の記憶容量を大きくしなければならず、内燃機関のコストが高くなってしまう。
However, when estimating the in-cylinder charged air amount using a map, in order to accurately estimate the in-cylinder charged air amount, the number of maps and their arguments must be increased. However, if the number of maps is increased, the storage capacity of the
さらに、マップを利用して筒内充填空気量を推定する場合、内燃機関の機種ごと、あるいは、同機種の内燃機関であっても個々の内燃機関ごとに、マップを作成しなければならないので、マップの作成労力が大きくなる。 Furthermore, when estimating the cylinder charge air amount using a map, it is necessary to create a map for each internal combustion engine model, or for each internal combustion engine even if it is the same model internal combustion engine, The map creation effort increases.
一方、筒内充填空気量をより正確に推定しようとして、マップの引数を多くすると、マップの作成労力が大幅に大きくなってしまう。 On the other hand, if the number of map arguments is increased in order to more accurately estimate the amount of air charged in the cylinder, the map creation labor is greatly increased.
そこで、マップの代わりに、モデルから導き出される式を利用した数値計算によって、筒内充填空気量を算出する方法が検討され、こうした方法が本願出願人によって既に出願されている(特願2001−316350号)。 Therefore, a method for calculating the in-cylinder charged air amount by numerical calculation using an expression derived from a model instead of a map has been studied, and such a method has already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 2001-316350). issue).
この本願出願人によって既に出願されている方法は、気筒内に排気ガスが再循環されない内燃機関に適用される方法であるので、本実施形態のEGR装置付きの内燃機関にそのまま適用することはできないが、本実施形態に適用可能な後述する方法を理解する上で参考になると思われるので、まず、この本願出願人によって既に出願されている方法について説明する。 Since the method already filed by the applicant of the present application is a method applied to an internal combustion engine in which exhaust gas is not recirculated in the cylinder, it cannot be directly applied to the internal combustion engine with the EGR device of the present embodiment. However, since it will be helpful in understanding a method to be described later that can be applied to the present embodiment, a method already filed by the applicant will be described.
本願出願人によって既に出願されている方法は、図2に示したモデル(以下、筒内流入ガス量モデルと称す)から導き出される。 The method already filed by the applicant of the present application is derived from the model shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as a cylinder inflow gas amount model).
図2に示した筒内流入ガス量モデルM20は、スロットルモデルM21と、吸気管モデルM22と、吸気弁モデルM23とからなる。 The cylinder inflow gas amount model M20 shown in FIG. 2 includes a throttle model M21, an intake pipe model M22, and an intake valve model M23.
スロットルモデルM21には、スロットル開度センサ43によって検出されたスロットル弁18の開度(スロットル開度)θtと、大気圧センサ45によって検出された大気圧Paと、大気温センサ44によって検出された大気温度Taと、吸気管モデルM22において算出される吸気枝管13内の圧力(以下、吸気管圧力と称す)Pmとが入力され、当該モデルM21において、これら入力されたパラメータから、単位時間当たりにスロットル弁18を通過する空気の流量(以下、スロットル弁通過空気流量と称す)mtが算出される。
The throttle model M21, the opening degree (throttle opening) theta t of the
また、吸気管モデルM22には、上述したスロットルモデルM21において算出されたスロットル弁通過空気流量mtと、吸気弁モデルM23において算出される単位時間当たりに気筒5内に流入するガスの流量(以下、筒内流入ガス流量と称す)mcと、大気温度Taとが入力され、当該モデルM22において、これら入力されたパラメータから、吸気管圧力Pmと、吸気枝管13内のガスの温度(以下、吸気管温度と称す)Tmとが算出される。
The intake pipe model M22, the throttle valve passage air flow rate m t calculated at the throttle model M21 as described above, the flow rate of the gas flowing into the
また、吸気弁モデルM23には、上述した吸気管モデルM22において算出された吸気管圧力Pmと、吸気管温度Tmと、大気温度Taとが入力され、当該モデルM23において、これら入力されたパラメータから、筒内流入ガス流量mcが算出される。 The intake valve model M23, the intake pipe pressure P m calculated at the intake pipe model M22 described above, the intake pipe temperature T m, is input and the atmospheric temperature T a, in the model M23, are those input The in-cylinder inflow gas flow rate mc is calculated from the obtained parameters.
そして、この方法では、後述するように、筒内流入ガス流量mcを利用して気筒5内に流入したガスの量(以下、筒内充填ガス量と称す)Mcが算出される。 Then, in this method, as described later, the amount of gas flowing by utilizing the cylinder inflow gas flow rate m c into the cylinder 5 (hereinafter, referred to as in-cylinder charged gas amount) M c is calculated.
図2から分かるように、筒内流入ガス量モデルM20では、各モデルにおいて算出されるパラメータ値が別のモデルに入力されるパラメータ値として利用されるので、筒内流入ガス量モデルM20に実際に入力されるパラメータ値は、スロットル開度θt、大気圧Pa、および、大気温度Taの3つのパラメータのみである。すなわち、この方法によれば、3つのパラメータから筒内充填ガス量Mcが算出されると言える。 As can be seen from FIG. 2, in the in-cylinder inflow gas amount model M20, the parameter value calculated in each model is used as a parameter value input to another model. parameter value is input, the throttle opening theta t, the atmospheric pressure P a, and is only three parameters of the atmospheric temperature T a. That is, according to this method, it can be said that the in-cylinder charged gas amount Mc is calculated from the three parameters.
次に、各モデルM21〜M23について詳細に説明する。 Next, each of the models M21 to M23 will be described in detail.
スロットルモデルM21では、大気圧Paと大気温度Taと吸気管圧力Pmとスロットル開度θtとを次式(1)に入力し、この式を解くことによって、スロットル弁通過空気流量mtが算出される。 In the throttle model M21, enter the atmospheric pressure P a and the atmospheric temperature T a and the intake pipe pressure P m and the throttle opening theta t in equation (1), by solving this equation, the throttle valve passage air flow rate m t is calculated.
式(1)において、μtはスロットル弁における流量係数であり、スロットル開度θtの関数であって、図3に示したマップから定まる。また、Atはスロットル弁の開口断面積であり、スロットル開度θtの関数であって、図4に示したマップから定まる。なお、これら流量係数μtおよび開口断面積Atをまとめたμt・Atをスロットル開度θtの関数で1つのマップから求めるようにしてもよい。また、Rは気体定数に関する定数であり、いわゆる気体定数R*を1モル当たりの空気の質量Maで除算した値である(R=R*/Ma)
また、Φ(Pm/Pa)は、次式(2)に示したように、Pm/Paを変数とする関数である。
In the equation (1), μ t is a flow coefficient in the throttle valve, is a function of the throttle opening θ t , and is determined from the map shown in FIG. Also, A t is the cross-sectional area of the opening of the throttle valve, a function of the throttle opening theta t, determined from the map shown in FIG. It may be determined from a single map these flow coefficient mu t and the opening cross-sectional area A t summarizes mu t · A t as a function of the throttle opening theta t. Further, R is a constant related to a gas constant is a value obtained by dividing the mass M a of air per 1 mole of the so-called gas constant R * (R = R * / M a)
Further, Φ (P m / P a ) is a function having P m / P a as a variable, as shown in the following equation (2).
式(2)において、κは比熱比であり、この方法では、一定値としている。 In the equation (2), κ is a specific heat ratio, and is a constant value in this method.
なお、関数Φ(Pm/Pa)とPm/Paとの間には、図5に示したような関係がある。そこで、式(2)の代わりに、Pm/Paを変数とする関数Φ(Pm/Pa)算出用のマップをROM34に予め記憶しておき、Pm/Paとこのマップとから関数Φ(Pm/Pa)の値を算出するようにしてもよい。
Note that there is a relationship as shown in FIG. 5 between the function Φ (P m / P a ) and P m / P a . Therefore, instead of the equation (2), a map for calculating a function Φ (P m / P a ) having P m / P a as a variable is stored in the
なお、これら式(1)および(2)は、スロットル弁18上流の空気の圧力を大気圧Paとし、スロットル弁18上流の空気の温度を大気温度Taとし、スロットル弁18を通過した空気の圧力を吸気管圧力Pmとして、スロットル弁18に関し、図6に示したようなモデルを基礎として、スロットル弁18上流の空気とスロットル弁18を通過した空気との間において質量保存則、エネルギ保存則、および、運動量保存則上成立する関係式、ならびに、気体の状態方程式、比熱比の定義式(κ=Cp/Cv)、および、マイヤーの関係式(Cp=Cv+R*)を利用して導き出される。ここで、Cpは定圧比熱であり、Cvは定量比熱であり、R*はいわゆる気体定数である。
Note that these equations (1) and (2), the air pressure of the
次に、吸気管モデルM22について説明する。吸気管モデルM22では、スロットル弁通過空気流量mtと筒内流入ガス流量mcと大気温度Taとを次式(3)および(4)に入力し、これら式を解くことによって、吸気管圧力Pmおよび吸気管温度Tmが算出される。 Next, the intake pipe model M22 will be described. In the intake pipe model M22, by inputs the throttle valve passage air flow rate m t and the cylinder inflow gas flow rate m c and the atmospheric temperature T a to the following equation (3) and (4), solving these equations, the intake pipe The pressure P m and the intake pipe temperature T m are calculated.
式(3)および(4)において、Vはスロットル弁18から吸気弁6までの吸気管15、サージタンク14、吸気枝管13、および、吸気ポート7(以下、これらまとめて、吸気管部分と称す)のトータルの容積であり、通常、一定値である。
In equations (3) and (4), V is the
なお、これら式(3)および(4)は、吸気管部分に関し、図7に示したようなモデルを基礎にして、吸気管部分に流入する空気と吸気管部分から流出して気筒内に流入する空気との間において質量保存則、および、エネルギ保存則上成立する関係式から導き出される。 These equations (3) and (4) are related to the intake pipe portion, and the air flowing into the intake pipe portion and the air flowing out from the intake pipe portion and flowing into the cylinder are based on the model shown in FIG. It is derived from the relational expression that holds in the law of conservation of mass and the law of conservation of energy.
詳細には、吸気管部分内のトータルの空気量をMとすると、このトータルの空気量Mの時間的変化は、吸気管部分に流入する空気の流量(すなわち、スロットル弁通過空気流量)mtと吸気管部分から流出して気筒内に流入する空気の流量(すなわち、筒内流入ガス流量)mcとの差に等しいことから、質量保存則上、次式(5)が成立する。 Specifically, if the total air amount in the intake pipe portion is M, the temporal change in the total air amount M is the flow rate of air flowing into the intake pipe portion (that is, the throttle valve passage air flow rate) m t. and the flow rate of air flowing into the outflow to the cylinder from the intake pipe portion (i.e., the cylinder inflow gas flow rate) to be equal to the difference between m c, the mass conservation law, the following equation (5) is satisfied.
そして、この式(5)と、気体の状態方程式(Pm・V=M・R*・Tm)とから、上記式(3)が導き出される。 Then, the equation (3) is derived from the equation (5) and the gas equation of state ( Pm · V = M · R * · T m ).
また、吸気管部分内の空気のエネルギ量M・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分に流入する空気のエネルギ量と吸気管部分から流出して気筒内に流入する空気のエネルギ量との差に等しいことから、吸気管部分に流入する空気の温度を大気温度Taとし、吸気管部分から流出して気筒内に流入する空気の温度を吸気管温度Tmとすると、エネルギ保存則上、次式(6)が成立する。 Further, the temporal variation amount of energy M · Cv · T m of the air in the intake pipe portion, the energy of the air entering the outlet to the cylinder from the energy amount and the intake pipe of the air flowing into the intake pipe portion since equal to the difference between the amount and the temperature of the air flowing into the intake pipe portion and the atmospheric temperature T a, the temperature of the air flowing into the cylinder flows out from the intake pipe portion and the intake pipe temperature T m, the energy The following equation (6) is established on the conservation law.
そして、この式(6)と、上述した気体の状態方程式とから、上記式(4)が導き出される。 Then, the equation (4) is derived from the equation (6) and the above-described gas state equation.
次に、吸気弁モデルM23について説明する。吸気弁モデルM23では、吸気管圧力Pmと吸気管温度Tmと大気温度Taとを次式(7)に入力し、この式を解くことによって、筒内流入ガス流量mcが算出される。 Next, the intake valve model M23 will be described. In the intake valve model M23, the intake pipe pressure P m and the intake pipe temperature T m and the atmospheric temperature T a is input to the following equation (7), by solving this equation, the cylinder inflow gas flow rate m c is calculated The
式(7)において、aおよびbは、機関回転数NEを変数として求まる値である。また、内燃機関において、吸気弁6の開弁タイミングまたは閉弁タイミングに相当するバルブタイミング、および、開弁時間に相当する作用角の少なくとも一方が変更可能となっている場合には、式(7)において、aおよびbは、機関回転数NEとバルブタイミングまたは位相角またはこれら両方とを変数として求まる値である。
In Expression (7), a and b are values obtained using the engine speed NE as a variable. In the internal combustion engine, when at least one of the valve timing corresponding to the valve opening timing or the valve closing timing of the
別の云い方をすれば、式(7)において、aは比例係数であり、bは排気弁8の閉弁時に気筒5内に残存していたガスの量を表す値である。
In other words, in Equation (7), a is a proportional coefficient, and b is a value representing the amount of gas remaining in the
また、式(7)においては、機関運転状態が変化しているとき、すなわち、過渡運転時には、吸気管温度Tmが大きく変化することがあるので、この吸気管温度Tmの変化を補償するための補正係数として、理論および経験則から導かれたTa/Tmが用いられている。 In the formula (7), when the engine operating condition has changed, i.e., at the time of transient operation, since the intake pipe temperature T m may change significantly, to compensate for changes in the intake pipe temperature T m as a correction coefficient for, it is used T a / T m derived from theory and empirical rules.
なお、式(7)は、吸気弁6に関し、図8に示したようなモデルを基礎にして、筒内流入ガス流量mcを以下で詳細に説明するように吸気管圧力Pmに比例するとみなし、そして、理論および経験則から導き出される。
Note that equation (7) relates to the
すなわち、筒内充填ガス量Mcは、吸気弁6の閉弁時に確定し且つ吸気弁6の閉弁時の気筒5内の圧力に比例する。ここで、吸気弁6の閉弁時の気筒5内の圧力は、吸気弁6上流の空気の圧力(すなわち、吸気管圧力)Pmに等しいとみなせるので、筒内充填ガス量Mcは吸気管圧力Pmに比例すると近似できる。
That is, the in-cylinder charged gas amount M c is proportional to the pressure in the
一方、筒内充填ガス量Mcは、吸気弁6の開弁期間中において気筒5内に流入する空気の流量(筒内流入ガス流量)mcを、吸気弁6の開弁期間に亘って時間積分することによって求まる。すなわち、筒内充填ガス量Mcと筒内流入ガス流量mcとの間には、筒内流入ガス流量mcの時間積分値が筒内充填ガス量Mcであるという関係がある。
On the other hand, the in-cylinder charged gas amount M c is the air flow rate (cylinder inflow gas flow rate) m c flowing into the
このように、筒内充填ガス量Mcが吸気管圧力Pmに比例し、且つ、筒内充填ガス量Mcと筒内流入ガス流量mcとの間に、筒内流入ガス流量mcの時間積分値が筒内充填ガス量Mcであるという関係があることから、筒内流入ガス流量mcも吸気管圧力Pmに比例するとみなせる。 Thus, in-cylinder charged gas amount M c is proportional to the intake pipe pressure P m, and, between the in-cylinder charged gas amount M c and the cylinder inflow gas flow rate m c, the cylinder inflow gas flow rate m c It can be regarded as the time integral value of from that there is a relationship that a cylinder charged gas amount M c, also inflow gas flow rate m c-cylinder proportional to the intake pipe pressure P m.
したがって、この方法では、筒内流入ガス流量mcが吸気管圧力Pmに比例するとみなし、理論および経験則とから、式(7)が導き出されるのである。 Therefore, in this method, it is assumed that the in-cylinder inflow gas flow rate mc is proportional to the intake pipe pressure P m , and Equation (7) is derived from theory and empirical rules.
なお、式(7)によって算出される筒内流入ガス流量mcは、単位時間当たりに吸気管部分から流出する空気の流量の平均値であるので、筒内流入ガス流量mcに、内燃機関の1サイクルにかかる時間を気筒数で割った時間をかけることによって、各気筒5における筒内充填ガス量Mcが算出される。
Note that the cylinder inflow gas flow rate m c calculated by Equation (7) are the average value of the flow rate of air flowing out from the intake pipe portion per unit time, the cylinder inflow gas flow rate m c, the internal combustion engine by applying a time divided by the number of cylinders of the time required for one cycle, the in-cylinder charged gas amount M c in each
次に、このことについて、4つの気筒を備えた内燃機関を例にとって、図9を参照して説明する。 Next, this will be described with reference to FIG. 9, taking an internal combustion engine having four cylinders as an example.
図9では、横軸がクランク角度であり、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分から気筒5に流入する空気の量である。また、図9に示した例では、吸気行程が第1気筒♯1、第3気筒♯3、第4気筒♯4、第2気筒♯2の順で行われる。このように吸気行程が行われると、吸気管部分から各気筒5に流入する空気の流量は、図9において破線で示したように変化し、その結果、吸気管部分から流出する空気の流量は、図9において実線で示したように変化することになる。
In FIG. 9, the horizontal axis is the crank angle, and the vertical axis is the amount of air flowing from the intake pipe portion into the
そして、吸気管部分から流出する空気の流量(図9の実線)の平均値が筒内流入ガス流量mcであり、図9では、破線で示されている。したがって、各気筒5における筒内充填ガス量Mcは、筒内流入ガス流量mc(図9の破線)に、内燃機関の1サイクルにかかる時間(図9に示した例では、クランクシャフトが720°回転するのにかかる時間)を気筒数(図9に示した例では、4つ)で割った時間、すなわち、図9に示した例では、クランクシャフトが180°回転するのにかかる時間をかけることによって算出されるのである。そして、斯くして算出された各気筒5における筒内充填ガス量Mcは、例えば、図9の斜線に一致することになる。
The average value of the flow rate of air flowing out from the intake pipe portion (solid line in FIG. 9) is the in-cylinder inflow gas flow rate mc , and is indicated by a broken line in FIG. Therefore, the cylinder charge gas amount M c in each
次に、上述した筒内流入ガス量モデルM20を内燃機関に実装したときの筒内充填ガス量Mcの算出方法について説明する。 Next, a method of calculating the cylinder charged gas amount M c when the cylinder inflow gas amount model M20 described above is mounted on an internal combustion engine.
筒内充填ガス量Mcは、筒内流入ガス量モデルM20の各モデルの式(1)〜(4)および(7)から求められるが、これら5つの式は、内燃機関に実装されるときには、ECU31で処理可能なように離散化される。すなわち、時刻をtとし、計算間隔(計算周期)をΔtとすると、これら5つの式は、次式(8)〜(12)に離散化される。
The in-cylinder charged gas amount Mc is obtained from the equations (1) to (4) and (7) of each model of the in-cylinder inflow gas amount model M20. These five equations are used when mounted on an internal combustion engine. , It is discretized so that it can be processed by the
このように離散化されて内燃機関に実装された筒内流入ガス量モデルM20によれば、スロットルモデルM21において算出される時刻tにおけるスロットル弁通過空気流量mt(t)と、吸気弁モデルM23において算出される時刻tにおける筒内流入ガス流量mc(t)と、時刻tにおける吸気管温度Tm(t)とを吸気管モデルM22の式(10)および(11)に入力し、これら式(10)および(11)を解くことによって、時刻(t+Δt)における吸気管圧力Pm(t+Δt)および吸気管温度Tm(t+Δt)が算出される。 According to the in-cylinder inflow gas amount model M20 discretized and mounted in the internal combustion engine, the throttle valve passing air flow rate m t (t) at time t calculated in the throttle model M21 and the intake valve model M23 The in-cylinder inflow gas flow rate m c (t) at time t and the intake pipe temperature T m (t) calculated at time t are input to the equations (10) and (11) of the intake pipe model M22. By solving Expressions (10) and (11), the intake pipe pressure P m (t + Δt) and the intake pipe temperature T m (t + Δt) at time (t + Δt) are calculated.
そして、吸気管モデルM22において算出された吸気管圧力Pm(t+Δt)と時刻tにおけるスロットル開度θt(t)とをスロットルモデルM21の式(8)および(9)に入力し、これら式を解くことによって、時刻(t+Δt)におけるスロットル弁通過空気流量mt(t+Δt)が算出される。 Then, the intake pipe pressure P m (t + Δt) calculated in the intake pipe model M22 and the throttle opening θ t (t) at the time t are input to the equations (8) and (9) of the throttle model M21. Is calculated, the throttle valve passing air flow rate m t (t + Δt) at time (t + Δt) is calculated.
さらに、吸気管モデルM22において算出された吸気管圧力Pm(t+Δt)および吸気管温度Tm(t+Δt)を吸気弁モデルM23の式(12)に入力し、この式を解くことによって、時刻(t+Δt)における筒内流入ガス流量mc(t+Δt)が算出される。 Further, the intake pipe pressure P m (t + Δt) and the intake pipe temperature T m (t + Δt) calculated in the intake pipe model M22 are input to the expression (12) of the intake valve model M23, and the time ( A cylinder inflow gas flow rate m c (t + Δt) at t + Δt) is calculated.
こうした計算を繰り返すことによって、任意の時刻における筒内流入ガス流量mcが算出される。そして、こうして算出された筒内流入ガス流量mcに、上述したように、1サイクルにかかる時間を気筒数で割った時間をかけることによって、任意の時刻における各気筒の筒内充填ガス量Mcが算出される。 By repeating such calculations, the cylinder inflow gas flow rate m c at any time is calculated. Then, the in-cylinder inflow gas flow rate m c thus calculated is multiplied by the time obtained by dividing the time taken for one cycle by the number of cylinders as described above, thereby obtaining the in-cylinder charged gas amount M of each cylinder at an arbitrary time. c is calculated.
なお、内燃機関の始動時、すなわち、時刻t=0においては、吸気管圧力Pmは大気圧Paと等しい(Pm(0)=Pa)とされ、一方、吸気管温度Tmは大気温度Taと等しい(Tm(0)=Ta)とされ、各モデルM21〜M23における計算が開始される。 Incidentally, when the internal combustion engine is started, i.e., at time t = 0, the intake pipe pressure P m is equal to the atmospheric pressure P a (P m (0) = P a), whereas, the intake pipe temperature T m It is set equal to the atmospheric temperature T a (T m (0) = T a ), and calculation in each model M21 to M23 is started.
また、上述した筒内流入ガス量モデルM20において使用される大気圧Paおよび大気温度Taとして、当該モデルM20の計算が開始されたときの大気圧および大気温度を常に用いてもよいし、時刻tにおける大気圧Pa(t)および大気温度Ta(t)を用いてもよい。 Further, as the atmospheric pressure P a and the atmospheric temperature T a is used in the cylinder inflow gas amount model M20 as described above, to always be using an atmospheric pressure and the atmospheric temperature when the calculation of the model M20 is started, Atmospheric pressure P a (t) and atmospheric temperature T a (t) at time t may be used.
次に、図1に示したEGR装置付の内燃機関に適用可能な筒内流入ガス量モデルについて説明する。 Next, a cylinder inflow gas amount model applicable to the internal combustion engine with the EGR device shown in FIG. 1 will be described.
気筒内に流入するガス中の空気(新気)の流量を筒内流入新気流量mc-airと称すると、筒内流入新気流量mc-airは、次式(13)から求まる。 When referred to the flow rate of the cylinder inflow fresh air flow rate m c-air air in the gas flowing into the cylinder (fresh air), the cylinder inflow fresh air flow rate m c-air is found from the following equation (13).
式(13)において、mcは気筒内に流入するガスの流量である筒内流入ガス流量であり、mc-egrは気筒内に流入するガス中の排気ガスの流量である筒内流入EGRガス流量である。 In Expression (13), m c is a cylinder inflow gas flow rate that is a flow rate of gas flowing into the cylinder, and m c-egr is a cylinder inflow EGR that is a flow rate of exhaust gas in the gas flowing into the cylinder. The gas flow rate.
ここで、定常運転時である場合(例えば、スロットル開度、EGR開度、機関回転数などがほぼ一定に維持されている場合)、EGR制御弁22を通過する排気ガスの流量(以下、EGR制御弁通過ガス流量と称す)megrと、筒内流入EGRガス流量mc-egrとは等しい(mc-egr=megr)。 Here, when the engine is in steady operation (for example, when the throttle opening, EGR opening, engine speed, etc. are maintained substantially constant), the flow rate of exhaust gas passing through the EGR control valve 22 (hereinafter referred to as EGR). M egr ( referred to as control valve passage gas flow rate) and in-cylinder inflow EGR gas flow rate m c-egr are equal ( mc-egr = m egr ).
このため、式(13)は、次式(14)に書き直せる。 For this reason, Formula (13) can be rewritten to following Formula (14).
したがって、筒内流入ガス流量mcとEGR制御弁通過ガス流量megrとが求まれば、筒内流入新気流量mc-airが求まり、したがって、吸気弁6の閉弁時に気筒5内に充填されている空気(新気)の量である筒内充填新気量Mc-airが求まる。
Therefore, Motomare and the cylinder inflow gas flow rate m c and the EGR control valve passage gas flow rate m egr, Motomari is the cylinder inflow fresh air flow rate m c-air, therefore, the
そこで、第1実施形態では、筒内流入ガス流量mcを算出するための筒内流入ガス量モデルとして、図10に示したモデルM10を用いる。 Therefore, in the first embodiment, as the cylinder inflow gas amount model for calculating the cylinder inflow gas flow rate m c, using a model M10 shown in FIG. 10.
図10に示した筒内流入ガス量モデルM10は、スロットルモデルM11と、吸気管モデルM12と、吸気弁モデルM13と、EGR制御弁モデルM15とからなる。 The cylinder inflow gas amount model M10 shown in FIG. 10 includes a throttle model M11, an intake pipe model M12, an intake valve model M13, and an EGR control valve model M15.
スロットルモデルM11は、図2に示したスロットルモデルM21と同じモデルであり、吸気弁モデルM13も、図2に示した吸気弁モデルM23と同じモデルであるので、詳細な説明は省略するが、簡単に説明すると、スロットルモデルM11では、スロットル開度θtと大気圧Paと大気温度Taと吸気管圧力Pmとを式(1)に入力し、この式を解くことによって、スロットル弁通過空気流量mtが算出され、吸気弁モデルM13では、大気温度Taと吸気管圧力Pmと吸気管温度Tmとを式(7)に入力し、この式を解くことによって、筒内流入ガス流量mcが算出される。 The throttle model M11 is the same model as the throttle model M21 shown in FIG. 2, and the intake valve model M13 is also the same model as the intake valve model M23 shown in FIG. to describe in, in the throttle model M11, and inputs the throttle opening theta t and the atmospheric pressure P a and the atmospheric temperature T a and the intake pipe pressure P m in the formula (1), by solving this equation, it passes the throttle valve calculated air flow rate m t is the intake valve model M13, inputs the atmospheric temperature T a and the intake pipe pressure P m and the intake pipe temperature T m in the formula (7), by solving this equation, the cylinder inflow A gas flow rate mc is calculated.
吸気管モデルM12には、スロットルモデルM11において算出されたスロットル弁通過空気流量mtと、吸気弁モデルM13において算出された筒内流入ガス流量mcと、大気温度Taと、EGR制御弁モデルM15において算出される単位時間当たりにEGR制御弁22を通過する排気ガスの流量(以下、EGR制御弁通過ガス流量と称す)megrとが入力され、当該モデルM12において、これら入力されたパラメータから吸気管圧力Pmおよび吸気管温度Tmが算出される。
The intake pipe model M12, the throttle valve passage air flow rate m t calculated at the throttle model M11, the cylinder inflow gas flow rate m c calculated at the intake valve model M13, the atmospheric temperature T a, EGR control valve model A flow rate of exhaust gas passing through the
また、EGR制御弁モデルM15には、EGR開度θeと大気圧Paと大気温度Taと吸気管モデルM12において算出された吸気管圧力Pmと排気温度Teとが入力され、当該モデルM15において、これら入力されたパラメータから、EGR制御弁通過ガス流量megrが算出される。 Further, the EGR control valve model M15 is an EGR opening degree theta e and the atmospheric pressure P a and the atmospheric temperature T a and the intake pipe pressure P m calculated at the intake pipe model M12 and the exhaust temperature T e is input, the In the model M15, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is calculated from these input parameters.
図10から分かるように、筒内流入ガス量モデルM10では、各モデルにおいて算出されるパラメータ値が別のモデルに入力されるパラメータ値として利用されるので、筒内流入ガス量モデルM10に実際に入力されるパラメータ値は、スロットル開度θt、EGR開度θe、大気圧Pa、および、大気温度Taの4つのパラメータのみである。すなわち、本実施形態によれば、これら4つのパラメータから筒内充填ガス量Mcが算出されると言える。 As can be seen from FIG. 10, in the in-cylinder inflow gas amount model M10, the parameter value calculated in each model is used as a parameter value input to another model. parameter value is input, the throttle opening theta t, EGR opening degree theta e, the atmospheric pressure P a, and is only four parameters of the atmospheric temperature T a. That is, according to this embodiment, it can be said that the cylinder charge gas amount Mc is calculated from these four parameters.
次に、吸気管モデルM12およびEGR制御弁モデルM15について詳細に説明する。 Next, the intake pipe model M12 and the EGR control valve model M15 will be described in detail.
吸気管モデルM12では、スロットル弁通過空気流量mtと筒内流入ガス流量mcと大気温度TaとEGR制御弁通過ガス流量megrと排気温度Teとを次式(15)および(16)に入力し、これら式を解くことによって、吸気管圧力Pmおよび吸気管温度Tmが算出される。 In the intake pipe model M12, the throttle valve passage air flow rate m t and the cylinder inflow gas flow rate m c and the atmospheric temperature T a and the EGR control valve passage gas flow rate m egr by the following equation and an exhaust temperature T e (15) and (16 ) And solving these equations, the intake pipe pressure P m and the intake pipe temperature T m are calculated.
式(15)および(16)においても、Vはスロットル弁18から吸気弁6までの吸気管部分の容積であり、通常、一定値である。
Also in the equations (15) and (16), V is the volume of the intake pipe portion from the
なお、上述した吸気管モデルM22に関して説明したのと同様に、これら式(15)および(16)は、吸気管部分に関し、図11に示したようなモデルを基礎にして、吸気管部分に流入する空気と、吸気管部分に流入する排気ガスと、吸気管部分から流出して気筒内に流入するガスとの間において質量保存則、および、エネルギ保存則上成立する関係式から導き出される。 As described above with respect to the intake pipe model M22, these equations (15) and (16) relate to the intake pipe portion and flow into the intake pipe portion based on the model shown in FIG. It is derived from a relational expression that is established based on the law of conservation of mass and the law of conservation of energy among the air that flows, the exhaust gas that flows into the intake pipe portion, and the gas that flows out of the intake pipe portion and flows into the cylinder.
また、EGR制御弁モデルM15では、EGR開度θeと吸気管圧力Pmと排気圧Peと排気温度Teとを次式(17)に入力することによって、EGR制御弁通過ガス流量megrが算出される。 Further, the EGR control valve model M15, by inputting the EGR opening theta e and the intake pipe pressure P m and the exhaust pressure P e and the exhaust temperature T e in the following equation (17), the EGR control valve passage gas flow rate m egr is calculated.
式(17)において、μeはEGR制御弁22における流量係数であって、EGR開度θeの関数である。また、AeはEGR制御弁22の開口断面積であって、EGR開度θeの関数である。また、Rは気体定数に関する定数であり、いわゆる気体定数R*を1モル当たりの排気ガスの質量Meで除算した値である(Re=R*/Me)。
In Expression (17), μ e is a flow coefficient in the
また、PeはEGR制御弁22上流の排気ガスの圧力であり、TeはEGR制御弁22上流の排気ガスの温度である。
Pe is the pressure of the exhaust gas upstream of the
また、Φ(Pm/Pe)は、次式(18)に示したように、Pm/Peを変数とする関数である。 Further, Φ (P m / P e ) is a function having P m / P e as a variable, as shown in the following equation (18).
この式(18)は、式(2)の変数Pm/Paを変数Pm/Peに置き換えたものである。したがって、κは比熱比であり、本実施形態では、一定値である。 This equation (18) is obtained by replacing the variable P m / P a in the equation (2) with the variable P m / P e . Therefore, κ is a specific heat ratio, and is a constant value in this embodiment.
また、関数Φ(Pm/Pe)とPm/Peとの間にも、図5に示したような関係がある。そこで、式(18)の代わりに、Pm/Peを変数とする関数Φ(Pm/Pe)算出用のマップをROM34に予め記憶しておき、Pm/Peとこのマップとから関数Φ(Pm/Pe)の値を算出するようにしてもよい。
Also, there is a relationship as shown in FIG. 5 between the function Φ (P m / P e ) and P m / P e . Therefore, instead of the equation (18), a map for calculating the function Φ (P m / P e ) with P m / P e as a variable is stored in the
なお、これら式(17)および(18)は、EGR制御弁22上流の排気ガスの圧力を排気圧Peとし、EGR制御弁22上流の排気ガスの温度を排気温度Teとし、EGR制御弁22を通過した排気ガスの圧力を吸気管圧力Pmとして、EGR制御弁に関し、図12に示したようなモデルを基礎にして、EGR制御弁22上流の排気ガスとEGR制御弁22を通過した排気ガスとの間において質量保存則、エネルギ保存則、および、運動量保存則上成立する関係式、ならびに、気体の状態方程式、比熱比の定義式、および、マイヤーの関係式を利用して導き出される。
Note that these equations (17) and (18), the pressure of the
すなわち、これら式(17)および(18)を導出する上での基本的な考え方は、スロットル弁通過空気流量を算出するための式(1)および(2)を導出する上での考え方と同様である。 That is, the basic idea for deriving these equations (17) and (18) is the same as the idea for deriving equations (1) and (2) for calculating the throttle valve passage air flow rate. It is.
このように、本実施形態によれば、排気圧Peと排気温度Teと吸気管圧力PmとEGR開度θeとを計算式に入力し、数値計算することによって、EGR制御弁通過ガス流量が算出され、したがって、このときに利用されるマップの数が少なくなるので、マップの作成労力を大幅に低減できる。 Thus, according to this embodiment, by the high pressure P e and the exhaust temperature T e and the intake pipe pressure P m and the EGR opening theta e entered in the formula and numerical calculation, EGR control valve passage Since the gas flow rate is calculated and therefore the number of maps used at this time is reduced, the map creation effort can be greatly reduced.
次に、筒内流入ガス量モデルM10を内燃機関に実装したときの筒内充填新気量Mc-airの算出方法について説明する。 Next, a method for calculating the in - cylinder charged fresh air amount Mc-air when the in-cylinder inflow gas amount model M10 is mounted on the internal combustion engine will be described.
筒内充填新気量Mc-airは、筒内流入ガス量モデルM10の各モデルの式(1)(2)(7)および(15)〜(18)から求められるが、これら7つの式は、内燃機関に実装されるときには、ECU31で処理可能なように離散化される。すなわち、時刻をtとし、計算間隔(計算周期)をΔtとすると、式(1)(2)および(7)は、それぞれ、上記式(8)(9)および(12)に離散化される。
The in-cylinder charged fresh air amount Mc-air is obtained from the equations (1), (2), (7), and (15) to (18) of each model of the in-cylinder inflow gas amount model M10. Is mounted so that it can be processed by the
また、式(15)〜(18)は、それぞれ、次式(19)〜(22)に離散化される。 Moreover, Formula (15)-(18) is discretized by following Formula (19)-(22), respectively.
また、排気圧Peおよび排気温度Teを算出するための式も次式(23)および(24)のように離散化される。これら式に関する詳細は後述する。 Further, equations for calculating the exhaust pressure Pe and the exhaust temperature Te are also discretized as the following equations (23) and (24). Details regarding these equations will be described later.
このように離散化されて内燃機関に実装された筒内流入ガス量モデルM10によれば、スロットルモデルM11において算出される時刻tにおけるスロットル弁通過空気流量mt(t)と、EGR制御弁モデルM15において算出される時刻tにおけるEGR制御弁通過ガス量megr(t)と、吸気弁モデルM13において算出される時刻tにおける筒内流入ガス流量mc(t)と、時刻tにおける排気温度Te(t)とを吸気管モデルM12の式(19)および(20)に入力し、これら式を解くことによって、時刻(t+Δt)における吸気管圧力Pm(t+Δt)および吸気管温度Tm(t+Δt)が算出される。 According to the cylinder inflow gas amount model M10 discretized and mounted in the internal combustion engine in this way, the throttle valve passing air flow rate m t (t) at the time t calculated in the throttle model M11 and the EGR control valve model EGR control valve passage gas amount m egr (t) at time t calculated in M15, in-cylinder inflow gas flow rate m c (t) at time t calculated in intake valve model M13, and exhaust temperature T at time t e (t) is input to the equations (19) and (20) of the intake pipe model M12, and by solving these expressions, the intake pipe pressure P m (t + Δt) and the intake pipe temperature T m (at time (t + Δt)) t + Δt) is calculated.
そして、吸気管モデルM12において算出された時刻(t+Δt)における吸気管圧力Pm(t+Δt)と、同じく時刻(t+Δt)におけるスロットル開度θt(t+Δt)とをスロットルモデルM11の式(8)および(9)に入力し、これら式を解くことによって、時刻(t+Δt)におけるスロットル弁通過空気流量mt(t+Δt)が算出される。 Then, the intake pipe pressure P m (t + Δt) at the time (t + Δt) calculated in the intake pipe model M12 and the throttle opening θ t (t + Δt) at the same time (t + Δt) are expressed by the equation (8) of the throttle model M11 and By inputting into (9) and solving these equations, the throttle valve passing air flow rate m t (t + Δt) at time (t + Δt) is calculated.
さらに、吸気管モデルM12において算出された時刻(t+Δt)における吸気管圧力Pm(t+Δt)および吸気管温度Tm(t+Δt)を吸気弁モデルM13の式(12)に入力し、この式を解くことによって、時刻(t+Δt)における筒内流入ガス流量mc(t+Δt)が算出される。 Further, the intake pipe pressure P m (t + Δt) and the intake pipe temperature T m (t + Δt) at time (t + Δt) calculated in the intake pipe model M12 are input to the expression (12) of the intake valve model M13, and this expression is solved. Thus, the in-cylinder inflow gas flow rate m c (t + Δt) at the time (t + Δt) is calculated.
そして、吸気管モデルM12において算出された時刻(t+Δt)における筒内流入ガス流量mc(t+Δt)と、前回のルーチンにおいてEGR制御弁モデルM15において算出された時刻tにおけるEGR制御弁通過ガス流量megr(t)とを式(14)に入力し、この式を解くことによって、時刻(t+Δt)における筒内流入新気流量mc-air(t+Δt)が算出される。 The cylinder inflow gas flow rate m c (t + Δt) at time (t + Δt) calculated in the intake pipe model M12 and the EGR control valve passage gas flow rate m at time t calculated in the EGR control valve model M15 in the previous routine. By entering egr (t) into equation (14) and solving this equation, the cylinder inflow fresh air flow rate mc-air (t + Δt) at time (t + Δt) is calculated.
そして、吸気管モデルM12において算出された時刻(t+Δt)における吸気管圧力Pm(t+Δt)と、同じく時刻(t+Δt)における排気圧Pe(t+Δt)と、同じく時刻(t+Δt)におけるEGR開度θe(t+Δt)とをEGR制御弁モデルM15の式(21)および(22)に入力し、これら式を解くことによって、時刻(t+Δt)におけるEGR制御弁通過ガス流量megr(t+Δt)が算出される。 The intake pipe pressure P m (t + Δt) at the time (t + Δt) calculated in the intake pipe model M12, the exhaust pressure P e (t + Δt) at the same time (t + Δt), and the EGR opening θ at the same time (t + Δt) are calculated. e (t + Δt) is input to equations (21) and (22) of the EGR control valve model M15, and by solving these equations, the EGR control valve passage gas flow rate m egr (t + Δt) at time (t + Δt) is calculated. The
また、時刻(t+Δt)における機関負荷率KL(t+Δt)と、同じく時刻(t+Δt)における機関回転数NEとを式(23)に入力し、この式を解くことによって、時刻(t+Δt)における排気圧Pe(t+Δt)が算出される。 Further, the engine load factor KL (t + Δt) at time (t + Δt) and the engine speed NE at the same time (t + Δt) are input to equation (23), and the exhaust pressure at time (t + Δt) is solved by solving this equation. P e (t + Δt) is calculated.
また、時刻tにおけるEGR制御弁通過ガス流量megr(t)と、時刻(t+Δt)における機関回転数NE(t+Δt)とを式(24)に入力し、この式を解くことによって、時刻(t+Δt)における排気温度Te(t+Δt)が算出される。 Further, the EGR control valve passage gas flow rate m egr (t) at time t and the engine speed NE (t + Δt) at time (t + Δt) are input to equation (24), and by solving this equation, time (t + Δt) exhaust temperature T e (t + Δt) is calculated in).
こうして算出されたmc(t+Δt)、megr(t+Δt)、mt(t+Δt)は、再び、吸気管モデルM12の式(19)および(20)に入力される。 The thus calculated m c (t + Δt), m egr (t + Δt), and m t (t + Δt) are input again to the equations (19) and (20) of the intake pipe model M12.
こうした計算を繰り返すことによって、任意に時刻における筒内流入新気流量mc-airが算出される。そして、こうして算出された筒内流入新気流量mc-airに、上述したように、1サイクルにかかる時間を気筒数で割った時間をかけることによって、任意の時刻における各気筒の筒内充填新気量Mc-airが算出される。 By repeating such calculation, the in-cylinder fresh air flow rate mc-air at the time is arbitrarily calculated. Then, the in-cylinder inflow fresh air flow rate mc-air calculated in this way is multiplied by the time obtained by dividing the time taken for one cycle by the number of cylinders as described above, so that the in-cylinder filling of each cylinder at an arbitrary time is performed. A fresh air amount Mc -air is calculated.
なお、内燃機関の始動時、すなわち、時刻t=0においては、吸気管圧力Pmは大気圧Paと等しい(Pm(0)=Pa)とされ、吸気管温度Tmおよび排気温度Teは大気温度Taと等しい(Tm(0)=Ta、Te(0)=Ta)とされ、各モデルM11〜M13における計算が開始される。 Incidentally, when the internal combustion engine is started, i.e., at time t = 0, the intake pipe pressure P m is equal to the atmospheric pressure P a (P m (0) = P a), the intake pipe temperature T m and exhaust temperature T e is equal to the atmospheric temperature T a (T m (0) = T a, T e (0) = T a), is calculated for each model M11~M13 is started.
また、上述した筒内流入ガス量モデルM10において使用される大気圧Paおよび大気温度Taとして、当該モデルM10の計算が開始されたときの大気圧および大気温度を常に用いてもよいし、時刻tにおける大気圧Pa(t)および大気温度Ta(t)を用いてもよい。 Further, as the atmospheric pressure P a and the atmospheric temperature T a is used in the cylinder inflow gas amount model M10 as described above, to always be using an atmospheric pressure and the atmospheric temperature when the calculation of the model M10 is started, Atmospheric pressure P a (t) and atmospheric temperature T a (t) at time t may be used.
また、本実施形態では、排気圧Pe、排気温度Te、吸気管圧力Pm、および、EGR開度θeの4つのパラメータを利用する式(17)から、EGR制御弁通過ガス流量megrが算出されるが、これら4つのパラメータを利用するが式(17)とは異なる式から、EGR制御弁通過ガス流量megrを求めてもよいし、あるいは、これら4つのパラメータを引数としたマップから、EGR制御弁通過ガス流量megrを求めてもよい。 Further, in the present embodiment, the exhaust pressure P e, the exhaust temperature T e, the intake pipe pressure P m, and, from equation (17) utilizing the four parameters of the EGR opening degree theta e, EGR control valve passage gas flow rate m egr is calculated, but these four parameters are used, but the EGR control valve passage gas flow rate m egr may be obtained from an equation different from equation (17), or these four parameters are used as arguments. The EGR control valve passage gas flow rate m egr may be obtained from the map.
また、本実施形態によれば、EGR制御弁通過ガス流量が精度良く算出されるので、このEGR制御弁通過ガス流量に基づいて算出される筒内充填新気量も精度高く算出され、したがって、空燃比を目標空燃比とするための燃料噴射量が精度良く算出される。 Further, according to this embodiment, since the EGR control valve passage gas flow rate is calculated with high accuracy, the in-cylinder charged fresh air amount calculated based on the EGR control valve passage gas flow rate is also calculated with high accuracy. The fuel injection amount for making the air-fuel ratio the target air-fuel ratio is calculated with high accuracy.
さらに、本実施形態に従って算出されるEGR制御弁通過ガス流量を利用して、EGR制御弁通過ガス量が目標値になるように、EGR開度をフィードバック制御するようにしてもよい。 Furthermore, the EGR opening degree may be feedback-controlled using the EGR control valve passage gas flow rate calculated according to the present embodiment so that the EGR control valve passage gas amount becomes the target value.
次に、排気圧を算出するための式(23)の導出方法について説明する。 Next, a method for deriving Equation (23) for calculating the exhaust pressure will be described.
機関負荷率(%)とは、気筒の最大容積を標準状態において占めるガスの量(g)に対して実際に気筒に充填された空気の量(g)の比であり、次式(25)から求まる。 The engine load factor (%) is the ratio of the amount of gas (g) actually charged in the cylinder to the amount of gas (g) that occupies the maximum volume of the cylinder in the standard state. Obtained from
式(25)において、Mc-airは吸気弁が閉弁したときに各気筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量(g)であり、DSPは内燃機関の排気量(リットル)であり、NCYLは気筒数であり、ρastdは標準状態(1気圧、25℃)における空気の密度(約1.2g/リットル)である。 In Expression (25), Mc-air is the in - cylinder charged fresh air amount (g) that is the amount of fresh air that is filled in each cylinder when the intake valve is closed, and DSP is the amount of fresh air in the internal combustion engine. It is the displacement (liter), NCYL is the number of cylinders, and ρ astd is the air density (about 1.2 g / liter) in the standard state (1 atm, 25 ° C.).
機関負荷率KLと機関回転数NEと排気圧Peとの関係を示した図13を参照すると、機関負荷率KLが大きくなると排気圧Peが高くなり、機関回転数NEが高くなると排気圧Peが高くなることが分かる。そして、排気圧Peは、主に、これら機関負荷率KLと機関回転数NEとに大きく依存しているので、これら機関負荷率KLと機関回転数NEとから求まる排気圧の精度は比較的高い。 Referring to Figure 13 showing the relationship between the engine load factor KL and the engine speed NE and the exhaust pressure P e, the higher the the exhaust pressure P e engine load factor KL increases, the exhaust pressure engine speed NE increases P e is made it can be seen that high. Then, the exhaust pressure P e is primarily because highly dependent on the these engine load factor KL and the engine speed NE, the accuracy of the exhaust pressure obtained from these engine load factor KL and the engine speed NE is relatively high.
したがって、排気圧Peは、式(23)のように、機関負荷率KLと機関回転数NEとを変数とした関数f1(KL、NE)で表せる。第1実施形態では、この関数f1(KL、NE)を機関負荷率KLと機関回転数NEとを変数としてマップの形で予めROM34に記憶しておき、機関負荷率KLと機関回転数NEとこのマップとから排気圧Peを算出する。
Therefore, the exhaust pressure P e, as in equation (23) can be expressed by a function f 1 that the engine load factor KL and the engine speed NE as variables (KL, NE). In the first embodiment, this function f 1 (KL, NE) is stored in advance in the
これによれば、排気圧を検出するためのセンサを内燃機関に設ける必要がないので、内燃機関のコストを抑えつつ、排気圧を精度良く検出することができ、引いては、EGR制御弁通過ガス流量megrを精度良く算出することができる。 According to this, since it is not necessary to provide a sensor for detecting the exhaust pressure in the internal combustion engine, it is possible to accurately detect the exhaust pressure while suppressing the cost of the internal combustion engine, and in turn, it passes through the EGR control valve. The gas flow rate m egr can be calculated with high accuracy.
また、EGR装置付きの内燃機関において、センサを用いずに、マップを用いて排気圧を検出する場合、通常、機関回転数、燃料噴射量、燃料点火時期、EGR率(気筒内に充填されたガス量(g)に対する排気ガスの量(g)の割合)といった多くのパラメータを引数としたマップを用いなければならなかった。ところが、本実施形態のように、機関負荷率をパラメータとすることによって、機関負荷率と機関回転数とを引数としたマップを用いればよいので、本実施形態によれば、マップの作成労力を削減できる。 Also, in an internal combustion engine with an EGR device, when detecting exhaust pressure using a map without using a sensor, the engine speed, fuel injection amount, fuel ignition timing, EGR rate (filled in the cylinder) A map having as arguments a number of parameters such as the ratio of the amount of exhaust gas (g) to the amount of gas (g)) must be used. However, since the engine load factor and the engine speed can be used as parameters by using the engine load factor as a parameter as in this embodiment, the map creation effort can be reduced according to this embodiment. Can be reduced.
もちろん、内燃機関のコストアップを問題としないのであれば、センサを用いて排気圧を検出するようにしてもよい。 Of course, if there is no problem with increasing the cost of the internal combustion engine, the exhaust pressure may be detected using a sensor.
また、上述した関数f1から排気圧を算出する場合において、変数として、機関回転数NEの代わりに、筒内充填新気流量mc-airを用いてもよい。 Further, in the case of calculating the exhaust pressure from the function f 1 described above, the cylinder charge fresh air flow rate mc-air may be used as a variable instead of the engine speed NE.
次に、排気温度Teを算出するための式(24)の導出方法について説明する。 Next, a method of deriving the equation for calculating the exhaust temperature T e (24).
EGR通路21に新たに流入する排気ガスによってもたらされる熱量を入力熱量と称し、EGR通路21から大気に放出される熱量を放熱量と称すると、EGR制御弁通過ガス流量megrが多くなると、すなわち、EGR通路21に流入する排気ガスの量が多くなると、放熱量よりも入力熱量のほうが多くなる。したがって、EGR制御弁通路ガス流量megrが多くなると、排気温度は高くなる。
When the amount of heat generated by the exhaust gas newly flowing into the
また、機関回転数が高くなると、気筒から排出される排気ガスの温度自体が高くなる。 Further, when the engine speed increases, the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder itself increases.
すなわち、EGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEと排気温度Teとの関係は、図14に示したようになる。 In other words, the relationship between the EGR control valve passage gas flow rate m egr and the engine speed NE and the exhaust temperature T e is as shown in FIG. 14.
そして、排気温度Teは、主に、これらEGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEとに大きく依存しているので、これらEGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEとから求まる排気温度の精度は比較的高い。 Then, the exhaust temperature T e is mainly because it largely depends on the these EGR control valve passage gas flow rate m egr and the engine speed NE, these EGR control valve passage gas flow rate m egr and the engine speed NE The accuracy of the exhaust temperature required is relatively high.
したがって、排気温度Teは、式(24)のように、EGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEとを変数とした関数f2(megr、NE)で表せる。第1実施形態では、この関数f2(megr、NE)をEGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEとを変数としてマップの形で予めROM34に記憶しておき、EGR制御弁通過ガス流量megrと機関回転数NEとこのマップとから排気温度Teを算出する。
Therefore, the exhaust temperature T e, as in equation (24), expressed by the EGR control valve passage gas flow rate m egr and the engine speed function has a NE as a variable f 2 (m egr, NE). In the first embodiment, this function f 2 (m egr , NE) is stored in advance in the
これによれば、排気温度を検出するためのセンサを内燃機関に設ける必要がないので、内燃機関のコストを抑えつつ、排気温度を精度良く検出することができ、引いては、EGR制御弁通過ガス流量megrを精度良く算出することができる。 According to this, since it is not necessary to provide a sensor for detecting the exhaust gas temperature in the internal combustion engine, it is possible to detect the exhaust gas temperature accurately while suppressing the cost of the internal combustion engine. The gas flow rate m egr can be calculated with high accuracy.
もちろん、内燃機関のコストアップを問題にしないのであれば、センサを用いて排気温度を検出するようにしてもよい。 Of course, if the increase in the cost of the internal combustion engine is not a problem, the exhaust temperature may be detected using a sensor.
また、上述したように、気筒から排出される排気ガスの温度は、機関回転数NEに応じて変化するので、機関回転数NEを引数とした一次元マップから排気ガスの温度を求めることができる。 Further, as described above, since the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder changes according to the engine speed NE, the temperature of the exhaust gas can be obtained from a one-dimensional map using the engine speed NE as an argument. .
しかしながら、EGR制御弁モデルM15においてEGR制御弁通過ガス流量megrを算出する場合、排気温度Teとして、気筒から排出される排気ガスの温度を用いるよりも、EGR制御弁22上流の排気ガスの温度を用いたほうが、EGR制御弁通過ガス流量megrを精度良く算出することができる。
However, when calculating the EGR control valve passage gas flow rate m egr at the EGR control valve model M15, the exhaust temperature T e, rather than using the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinders, the
本実施形態によれば、EGR制御弁通過ガス流量megrを算出するのに用いられる排気温度Teとして、EGR制御弁22上流の排気ガスの温度を用いることになるので、EGR制御弁通過ガス流量megrを精度良く算出することができる。
According to this embodiment, as the exhaust temperature T e used to calculate the EGR control valve passage gas flow rate m egr, it means using a temperature of the
また、上述した関数f2から排気温度を算出する場合において、変数として、機関回転数NEの代わりに、筒内充填新気流量mc-airを用いてもよい。 In addition, when calculating the exhaust gas temperature from the function f 2 described above, the in-cylinder charged fresh air flow rate mc-air may be used as a variable instead of the engine speed NE.
ところで、上述した実施形態では、定常運転時であることを前提にし、したがって、吸気管部分に流入する排気ガスの流量(以下、流入排気ガス分流量と称す)がEGR制御弁通過ガス流量に等しく、気筒内に流入する排気ガスの流量(以下、筒内流入排気ガス流量と称す)もEGR制御弁通過ガス流量に等しいとしている。 By the way, in the above-described embodiment, it is assumed that the operation is steady, and therefore, the flow rate of exhaust gas flowing into the intake pipe portion (hereinafter referred to as inflowing exhaust gas partial flow rate) is equal to the EGR control valve passage gas flow rate. The flow rate of exhaust gas flowing into the cylinder (hereinafter referred to as in-cylinder inflow exhaust gas flow rate) is also assumed to be equal to the EGR control valve passage gas flow rate.
しかしながら、過渡運転時において、例えば、EGR開度が変わり、EGR制御弁通過ガス流量が変わると、流入排気ガス分流量および筒内流入排気ガス流量は、一時的に、EGR制御弁通過ガス流量とは等しくなくなる。すなわち、これら流入排気ガス分流量および筒内流入排気ガス流量は、EGR制御弁通過ガス流量の変化に追従するものの、遅れて変化する。 However, during transient operation, for example, when the EGR opening changes and the EGR control valve passage gas flow rate changes, the inflow exhaust gas partial flow rate and the cylinder inflow exhaust gas flow rate are temporarily set to the EGR control valve passage gas flow rate. Are not equal. That is, these inflow exhaust gas partial flow rate and in-cylinder inflow exhaust gas flow rate follow the change in the EGR control valve passage gas flow rate but change with a delay.
したがって、過渡運転時において、上述した実施形態において算出される各パラメータ値の精度を高く維持するためには、流入排気ガス分流量や筒内流入排気ガス流量がEGR制御弁通過ガス流量の変化に遅れて変化することを考慮する必要がある。 Therefore, in order to maintain high accuracy of the parameter values calculated in the above-described embodiment during the transient operation, the inflow exhaust gas partial flow rate and the inflow exhaust gas flow rate in the cylinder change in the flow rate of the EGR control valve passage gas. It is necessary to consider that it changes late.
EGR制御弁通過ガス流量が変わったときの流入排気ガス分流量を考察してみると、図15に示したように、流入排気ガス分流量megr-egrは、EGR制御弁通過ガス流量megrが変わってから一定の時間Tdが経過するまでは変化せず、この一定の時間Tdが経過してから一次遅れを伴いつつEGR制御弁通過ガス流量megrに向かって変化する。 Considering the inflow exhaust gas partial flow rate when the EGR control valve passage gas flow rate changes, as shown in FIG. 15, the inflow exhaust gas partial flow rate m egr-egr is equal to the EGR control valve passage gas flow rate m egr. It does not change until a certain time Td elapses after the change, and changes toward the EGR control valve passage gas flow rate m egr with a primary delay after the certain time Td elapses.
ここで、一定の時間Tdは、EGR制御弁22を通過した排気ガスが吸気管部分に到達するまでに要する時間であり、EGR制御弁22を通過した排気ガスの流速が速いほど、したがって、吸気管圧力が低いほど、したがって、機関回転数が大きいほど、短くなる。すなわち、一定の時間(以下、無駄時間と称す)Tdは、図16(A)に示したように、機関回転数の関数である。
Here, the fixed time Td is a time required for the exhaust gas that has passed through the
一方、一次遅れの時定数τは、EGR制御弁22を通過した排気ガスの拡散のし易さを代表しており、EGR制御弁22を通過した排気ガスの流速が速いほど、したがって、吸気管圧力が低いほど、したがって、機関回転数が大きいほど、小さくなる。すなわち、時定数τも、図16(B)に示したように、機関回転数の関数である。
On the other hand, the time constant τ of the first-order lag represents the ease of diffusion of the exhaust gas that has passed through the
そこで、本実施形態では、無駄時間Td1を図16(A)に示したようなマップの形で予めROM34に記憶しておき、EGR制御弁通過ガス流量が変化したときには、機関回転数NEに基づいて無駄時間Td1を算出し、この無駄時間Td1が経過してから流入排気ガス分流量がEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化を開始するものとして、流入排気ガス分流量を算出する。
Therefore, in the present embodiment, the dead time Td1 is stored in advance in the
そして、本実施形態では、時定数τ1を図16(B)に示したようなマップの形で予めROM34に記憶しておき、EGR制御弁通過ガス流量が変化したときには、機関回転数NEに基づいて時定数τ1を算出し、無駄時間Td1が経過してからこの時定数τ1でもってEGR制御弁通過ガス流量に向かって流入排気ガス分流量が変化するものとして、流入排気ガス分流量を算出する。
In this embodiment, the time constant τ1 is stored in advance in the
こうした流入排気ガス分流量に関する無駄時間および一次遅れの考え方は、筒内流入排気ガス流量に関しても同様に当てはまる。 The concept of dead time and first-order lag concerning the inflowing exhaust gas partial flow rate is similarly applied to the inflowing exhaust gas flow rate in the cylinder.
すなわち、筒内流入排気ガス流量に関する無駄時間Td2を図17(A)に示したようなマップの形で予めROM34に記憶しておき、EGR制御弁通過ガス流量が変化したときには、機関回転数NEに基づいて無駄時間Td2を算出し、この無駄時間Td2が経過してから筒内流入排気ガス流量がEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化を開始するものとして、筒内流入排気ガス流量を算出する。
That is, the dead time Td2 relating to the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate is previously stored in the
そして、筒内流入排気ガス流量に関する時定数τ2を図17(B)に示したようなマップの形で予めROM34に記憶しておき、EGR制御弁通過ガス流量が変化したときには、機関回転数NEに基づいて時定数τ2を算出し、無駄時間Td2が経過してからこの時定数τ2でもってEGR制御弁通過ガス流量に向かって筒内流入排気ガス流量が変化するものとして、筒内流入排気ガス流量を算出する。
Then, the time constant τ2 regarding the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate is stored in advance in the
なお、EGR制御弁22から気筒までの距離は、EGR制御弁22から吸気管部分までの距離よりも長いので、筒内流入排気ガス流量に関する無駄時間Td2は流入排気ガス分流量に関する無駄時間Td1よりも長い傾向にあり、筒内流入排気ガス流量に関する時定数τ2は流入排気ガス分流量に関する時定数τ1よりも大きい傾向にある。
Since the distance from the
ところで、第1実施形態では、EGR制御弁通過ガス流量megrを計算式、すなわち、式(17)および(18)を利用して算出しているが、本願発明者は、こうした計算式を利用しなくとも、比較的簡便にEGR制御弁通過ガス流量megrを算出する方法を考案した。したがって、式(17)および(18)を利用する代わりに、以下に説明する方法を利用して、EGR制御弁通過ガス流量を算出してもよい。 By the way, in the first embodiment, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is calculated by using a calculation formula, that is, the formulas (17) and (18). Even if not, a method of calculating the EGR control valve passage gas flow rate m egr relatively easily was devised. Therefore, instead of using the equations (17) and (18), the EGR control valve passage gas flow rate may be calculated using the method described below.
筒内充填ガス量Mcは吸気弁6が閉弁したときの吸気管圧力Pmの一次関数式で表されることが知られている。すなわち、理論および経験則によれば、筒内充填ガス量Mcは吸気弁6が閉弁したときの筒内圧力に比例し、この筒内圧力は吸気弁6上流の混合ガス圧力、すなわち、吸気管圧力Pmにほぼ一致する。
Cylinder charged gas amount M c is known to be expressed by a linear function of the intake pipe pressure P m of when the
EGRガスが供給されていないときには筒内に新気のみが充填されるので、このときの筒内充填新気量Mc-air、したがって、機関負荷率KLを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができる。すなわち、機関負荷率KLを簡単に且つ正確に求めることができる。 When EGR gas is not supplied, only fresh air is filled into the cylinder, and therefore, the cylinder fresh charge amount M c-air at this time, and therefore the engine load factor KL, is expressed as a linear function equation of the intake pipe pressure P m. Can be expressed as That is, the engine load factor KL can be obtained easily and accurately.
ところが、EGRガスが供給されているときには状況が全く異なり、筒内には新気だけでなくEGRガスも充填される。このため、従来では、筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことは到底できないと考えられていたのである。 However, the situation is completely different when EGR gas is supplied, and not only fresh air but also EGR gas is filled in the cylinder. Therefore, in the conventional in-cylinder charging fresh air amount M c-air or, is the fact was thought absolutely impossible to represent the engine load factor KL by a linear function expression of the intake pipe pressure P m.
筒内充填EGRガス量Mc-egrを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができるならば、筒内充填ガス量Mcを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができ、筒内充填ガス量Mcが筒内充填新気量Mc-airと筒内充填EGRガス量Mc-egrとの和であることを考えれば、EGRガスが供給されているときの筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができる。 If it is possible to represent the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr by a linear function of the intake pipe pressure P m, it can represent a cylinder charged gas amount M c by a linear function of the intake pipe pressure P m , considering that cylinder charged gas amount M c is the sum of the cylinder charging fresh air amount M c-air and cylinder charged EGR gas amount M c-egr, cylinder when the EGR gas is being supplied The internal charge fresh air amount M c-air or the engine load factor KL can be expressed by a linear function expression of the intake pipe pressure P m .
しかしながら、従来では、筒内充填EGRガス量Mc-egrも吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができないと考えられていたのである。このことを図12および図18を参照しながら説明する。 However, in the conventional, cylinder charged EGR gas amount M c-egr is also had been considered can not be represented by a linear function expression of the intake pipe pressure P m. This will be described with reference to FIGS.
まず、上述したように、EGR制御弁通過ガス流量megr(g/sec)は式(17)により表され、関数Φ(Pm/Pe)は、式(18)により表される。 First, as described above, the EGR control valve passage gas flow rate m egr (g / sec) is expressed by Expression (17), and the function Φ (P m / P e ) is expressed by Expression (18).
ここで、計算を簡単にするために排気圧Peが大気圧Paであるとすると、式(17)により表されるEGR制御弁通過ガス流量megrは図18のようになる。すなわち、EGR制御弁通過ガス流量megrは吸気管圧力Pmが小さいときにはほぼ一定に維持され、吸気管圧力Pmが高くなると図18においてNRで示されるように吸気管圧力Pmに対し非線形性を示しながら大気圧Paに向けて減少する。なお、この非線形性部分NRは式(17)のうちPe/√Teの部分および関数Φ(Pm/Pe)によるものである。 Here, the exhaust pressure P e in order to simplify the calculation when the atmospheric pressure P a, EGR control valve passage gas flow rate m egr represented by the formula (17) is as shown in FIG 18. That is, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is maintained substantially constant when the intake pipe pressure P m is small, and when the intake pipe pressure P m becomes high, it is nonlinear with respect to the intake pipe pressure P m as indicated by NR in FIG. It decreases toward the atmospheric pressure P a while showing sex. Note that the nonlinear portion NR is due to P e / √T e parts and functions Φ (P m / P e) of the formula (17).
したがって、EGR制御弁通過ガス流量megr、とりわけ非線形性部分NRを吸気管圧力Pmの一次関数式により表すことはできないものと考えられていたのである。もっとも、かなり多くの数の一次関数式を用いれば、EGR制御弁通過ガス流量megrを吸気管圧力Pmの一次関数式により表すことができると考えられる。しかしながら、この場合には、もはや機関負荷率KLを簡単に求めているとは言えない。 Therefore, it has been considered that the EGR control valve passage gas flow rate m egr , especially the nonlinear portion NR cannot be expressed by a linear function expression of the intake pipe pressure P m . However, if a considerably large number of linear function equations are used, it is considered that the EGR control valve passage gas flow rate m egr can be expressed by a linear function equation of the intake pipe pressure P m . However, in this case, the engine load factor KL can no longer be simply obtained.
ところが、本願発明者らによれば、EGR制御弁通過ガス流量megrを吸気管圧力Pmの2つの一次関数式で表すことができ、したがって、筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLを吸気管圧力Pmの2つの一次関数式で表すことができることが判明したのである。 However, according to the inventors of the present application, the EGR control valve passage gas flow rate m egr can be expressed by two linear function expressions of the intake pipe pressure P m , and therefore, the in-cylinder charged fresh air amount M c-air , or is the it has been found that it is possible to represent the engine load factor KL by two first-order function equation of the intake pipe pressure P m.
すなわち、まず、図19に示されるように、排気温度Teは吸気管圧力Pmの増大に対し、排気圧Peが増大するよりも大幅に増大し、その結果、Pe/√Teを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができるのである。 That is, first, as shown in FIG. 19, the exhaust temperature T e is to increase the intake pipe pressure P m, the exhaust pressure P e increases significantly than increases, as a result, P e / √T e the it can be expressed by a linear function expression of the intake pipe pressure P m.
また、関数Φ(Pm/Pe)も吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができるのである。これを図20を参照して説明する。排気圧Peが一定の大気圧Paに維持されるのではなく、吸気管圧力Pmに応じて変動することを考慮すると、図20(A)に示されるように、吸気管圧力PmがPm1のときの関数Φ(Pm/Pe)は大気圧Paに収束する曲線Ca上にあるのではなく、排気圧Pe1に収束する曲線C1上にあり、これがプロット(○)で表されている。同様に、Pm=Pm2(>Pm1)のときのΦ(Pm/Pe)は排気圧Pe2(>Pe1)に収束する曲線C2上にあり、Pm=Pm3(>Pm2)のときのΦ(Pm/Pe)は排気圧Pe3(>Pe2)に収束する曲線C3上にある。
The function Φ (P m / P e ) can also be expressed by a linear function expression of the intake pipe pressure P m . This will be described with reference to FIG. Considering that the exhaust pressure Pe is not maintained at a constant atmospheric pressure Pa but varies according to the intake pipe pressure P m , as shown in FIG. 20A, the intake pipe pressure P m The function Φ (P m / P e ) when is
このようにして得られるプロットは、図20(B)に示されるように、直線L2で結ぶことができる。したがって、関数Φ(Pm/Pe)は吸気管圧力Pmが小さいときには直線L1に相当する吸気管圧力Pmの一次関数式により、吸気管圧力Pmが大きいときには直線L2に相当する吸気管圧力Pmの一次関数式により表すことができ、斯くして吸気管圧力Pmの2つの一次関数式で表すことができることになる。すなわち、EGR制御弁通過ガス流量megrを吸気管圧力Pmの2つの一次関数式で表すことができるのである。 The plot obtained in this way can be connected by a straight line L2, as shown in FIG. Therefore, the function Φ (P m / P e) is a linear function of the intake pipe pressure P m corresponding to the straight line L1 when the intake pipe pressure P m is small, corresponds to the straight line L2 when the intake pipe pressure P m is greater intake can be represented by a linear function of the pipe pressure P m, it will be able to thus to represent in two linear functions of the intake pipe pressure P m. That is, the EGR control valve passage gas flow rate m egr can be expressed by two linear function expressions of the intake pipe pressure P m .
ここで、定常運転時には、EGR制御弁通過ガス流量megr(g/sec)と筒内流入EGRガス流量mc-egr(g/sec)とが互いに等しい。また、筒内充填EGRガス量Mc-egrは、筒内流入EGRガス流量mc-egrに、各気筒の吸気行程1回に要する時間、すなわち、内燃機関の1サイクルにかかる時間を気筒数で割った時間ΔT(sec)を乗算することにより得られるものである(Mc-egr=mc-egr・ΔT)。 Here, during steady operation, the EGR control valve passage gas flow rate m egr (g / sec) and the in-cylinder inflow EGR gas flow rate m c-egr (g / sec) are equal to each other. The cylinder filling EGR gas amount M c-egr is calculated by adding the time required for one intake stroke of each cylinder to the cylinder inflow EGR gas flow rate m c-egr , that is, the time required for one cycle of the internal combustion engine. It is obtained by multiplying the time ΔT (sec) divided by (M c-egr = m c-egr · ΔT).
そうすると、定常運転時の筒内充填EGRガス量Mc-egrを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができるということになる。 Then, the cylinder filling EGR gas amount M c-egr during steady operation can be expressed by a linear function expression of the intake pipe pressure P m .
したがって、定常運転時で且つEGRガスが供給されているときの筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLを吸気管圧力Pmの2つの一次関数式で表すことができるということになる。 Accordingly, the in-cylinder charged fresh air amount M c-air or the engine load factor KL during steady operation and when EGR gas is supplied can be expressed by two linear function expressions of the intake pipe pressure P m. It turns out that.
EGRガスが供給されているときの機関負荷率KLをKLonとすると、図21には、定常運転時(例えば、機関回転数NEおよびEGR開度θeがそれぞれ一定に保持されているとき)の機関負荷率KLonを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式の一例が示されている。図21に示されるように、機関負荷率KLonは、勾配が互いに異なり且つ接続点CPにおいて連続している、吸気管圧力Pmの2つの一次関数式により表される。すなわち、吸気管圧力Pmが小さいときには勾配e1の一次関数式によって、機関負荷率KLonが表され、吸気管圧力Pmが高いときには勾配e2の一次関数式によって、機関負荷率KLonが表される。 Assuming that the engine load factor KL when the EGR gas is supplied is KLon, FIG. 21 shows that during steady operation (for example, when the engine speed NE and the EGR opening degree θ e are kept constant). An example of two linear function expressions of the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLon is shown. As shown in FIG. 21, the engine load factor KLon, the slope is continuous in different and the connection point CP with each other is represented by two first-order function equation of the intake pipe pressure P m. That is, when the intake pipe pressure P m is small, the engine load factor KLon is expressed by a linear function equation of the gradient e1, and when the intake pipe pressure P m is high, the engine load factor KLon is expressed by a linear function equation of the gradient e2. .
ここで、2つの一次関数式の勾配をそれぞれe1,e2とし、接続点CPにおける吸気管圧力および機関負荷率をそれぞれd,rとすると、これら2つの一次関数式は次式により表すことができる。 Here, assuming that the gradients of the two linear function equations are e1 and e2, respectively, and the intake pipe pressure and the engine load factor at the connection point CP are d and r, respectively, these two linear function equations can be expressed by the following equations. .
KLon=e1・(Pm−d)+r …Pm≦d
KLon=e2・(Pm−d)+r …Pm>d
これらをひとまとめにして表すと次式(26)のようになる。
KLon = e1 · (P m −d) + r... P m ≦ d
KLon =
These are collectively expressed as the following equation (26).
KLon=e・(Pm−d)+r (26)
e=e1 …Pm≦d
e=e2 …Pm>d
KLon = e · (P m −d) + r (26)
e = e1 ... P m ≦ d
e = e2 ... P m> d
本実施形態では、定常運転時の機関負荷率KLonを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が式(26)に示す形で予めROM34内に記憶されている。このようにすると、2つの一次関数式をe,d,rの3つのパラメータで表すことができる。すなわち、2つの一次関数式を表すために必要なパラメータの数を少なくすることができる。 In this embodiment, two linear functions of the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLon at the time of steady state operation is stored in advance in the ROM34 in the form shown in equation (26). In this way, two linear function expressions can be represented by three parameters e, d, and r. That is, it is possible to reduce the number of parameters necessary to express two linear function expressions.
この式(26)の各パラメータe,d,rは次式に基づいて算出される。 Each parameter e, d, r of this formula (26) is calculated based on the following formula.
e1=e1*・ktha
e2=e2*・ktha
d=d*・ktha・kpa
r=r*・ktha・kpa
ここで、e1*,e2*,d*,r*はそれぞれ、機関周囲環境状態が予め定められた基準環境状態であるときの、勾配ならびに接続点における吸気管圧力および機関負荷率である。基準環境状態にはどのような状態を用いてもよいが、本実施形態では基準環境状態として標準状態(1気圧、25℃)が用いられている。
e1 = e1 * · ktha
e2 = e2 * · ktha
d = d * · ktha · kpa
r = r * · ktha · kpa
Here, e1 * , e2 * , d * , and r * are the gradient, the intake pipe pressure and the engine load factor at the connection point, respectively, when the engine ambient environment is a predetermined reference environment. Any state may be used as the reference environment state, but in this embodiment, the standard state (1 atm, 25 ° C.) is used as the reference environment state.
一方、kthaは大気温度補正係数を、kpaは大気圧補正係数をそれぞれ表している。大気温度補正係数kthaは大気温センサ44により検出される実際の大気温度に応じ、基準環境状態における各パラメータe1*,e2*,d*,r*をそれぞれ補正するためのものであり、補正する必要がないときには1.0とされる。また、大気圧補正係数kpaは大気圧センサ45により検出される実際の大気圧に応じ、基準環境状態における各パラメータd*,r*をそれぞれ補正するためのものであり、補正する必要がないときには1.0とされる。
On the other hand, ktha represents an atmospheric temperature correction coefficient, and kpa represents an atmospheric pressure correction coefficient. The atmospheric temperature correction coefficient ktha is for correcting each parameter e1 * , e2 * , d * , r * in the reference environment state according to the actual atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature sensor 44, and is corrected. When there is no need, 1.0 is set. The atmospheric pressure correction coefficient kpa is used to correct the parameters d * and r * in the reference environment state according to the actual atmospheric pressure detected by the
したがって、大気温度補正係数kthaまたは大気圧補正係数kpaが実際の機関周囲環境状態を代表する代表値であるということを考えると、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における各パラメータe1*,e2*,d*,r*を補正しているということになる。あるいは、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における機関負荷率KLonを補正しているという見方もできる。 Therefore, considering that the atmospheric temperature correction coefficient ktha or the atmospheric pressure correction coefficient kpa is a representative value representative of the actual engine ambient environment condition, the reference environment condition is based on the representative value representative of the actual engine environment environment condition. This means that the parameters e1 * , e2 * , d * , and r * are corrected. Alternatively, it can be considered that the engine load factor KLon in the reference environmental state is corrected based on the representative value representative of the actual environmental environment surrounding the engine.
一方、式(17)におけるEGR制御弁22の開口断面積AeがEGR開度θeに依存し、機関充填効率が機関回転数NEに依存することを考慮して、本実施形態では、パラメータe*(e1*,e2*),d*,r*をEGR開度θeまたは機関回転数NEに応じて設定している。
On the other hand, in consideration of the fact that the opening cross-sectional area A e of the
具体的に説明すると、勾配e1*は、図22(A)に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなり、さらに、EGR開度θeが大きくなるにつれて大きくなる。また、勾配e2*は、図22(B)に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなり、さらに、EGR開度θeが大きくなるにつれて大きくなる。これら勾配e1*,e2*は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数NEおよびEGR開度θeの関数として図22(C)および(D)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。 Specifically, as shown in FIG. 22 (A), the gradient e1 * increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine speed NE when the engine speed NE is high. It becomes smaller as NE becomes higher, and further becomes larger as EGR opening degree θ e becomes larger. Further, as shown in FIG. 22B, the gradient e2 * increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine speed NE increases when the engine speed NE is high. It becomes smaller as the EGR opening degree θ e becomes larger. These gradients e1 *, e2 * are obtained by experiments in advance, advance in the ROM34 in the form of a map shown in FIG. 22 (C) and (D) as a function of the respective engine speed NE and EGR opening theta e It is remembered.
一方、接続点CPにおける吸気管圧力d*は、図23に示されるように、機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなる。接続点CPにおける吸気管圧力d*も予め実験により求められており、機関回転数NEの関数として図23に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
On the other hand, the intake pipe pressure d * at the connection point CP decreases as the engine speed NE increases, as shown in FIG. The intake pipe pressure d * at the connection point CP is also obtained in advance by experiments, and is stored in advance in the
さらに、接続点CPにおける機関負荷率r*は、図24(A)に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなり、さらに、EGR開度θeが大きくなるにつれて小さくなる。接続点CPにおける機関負荷率r*も予め実験により求められており、機関回転数NEおよびEGR開度θeの関数として図24(B)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。 Further, as shown in FIG. 24A, the engine load factor r * at the connection point CP increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine load factor r * increases when the engine speed NE is high. It decreases as the rotational speed NE increases, and further decreases as the EGR opening degree θ e increases. Has been determined by the engine load factor r * also advance by experiments at the connection point CP, is stored in advance in the ROM34 in the form of a map shown in FIG. 24 (B) as a function of the engine speed NE and the EGR opening theta e Yes.
したがって、一般的に言うと、互いに異なる複数のEGR開度θeに対し、定常運転時における筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLonを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数NEに対し、定常運転時における筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLonを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。 Therefore, generally speaking, with respect to a plurality of different EGR openings θ e , the in-cylinder charged fresh air amount M c-air during steady operation or the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLon is 2 One linear function expression is obtained and stored in advance. Further, two linear function expressions of the in-cylinder charged fresh air amount M c-air during steady operation or the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLon are obtained in advance for a plurality of different engine speeds NE. It also means that it is remembered.
図25は一定の機関回転数NEで且つ様々なEGR開度θeにおける、定常運転時の機関負荷率KLonを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式の一例を示している。なお、図25における破線はEGRガスが供給されていないとき、すなわち、EGR開度θeがゼロのときの機関負荷率KLoffを示している。 Figure 25 is in and various EGR opening theta e at a constant engine speed NE, it shows an example of two linear functions of the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLon at the time of steady operation. The broken line in FIG. 25 indicates the engine load factor KLoff when EGR gas is not supplied, that is, when the EGR opening degree θ e is zero.
一方、上述したように、EGRガスが供給されていないときの機関負荷率KLoffを吸気管圧力Pmの一次関数式で表すことができる。図26には、定常運転時機(例えば、関回転数NEが一定に保持されているとき)の機関負荷率KLoffを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式の一例が示されている。本実施形態では、図26に示されるように、機関負荷率KLoffは、勾配が互いに異なり且つ接続点CPにおいて連続している、吸気管圧力Pmの2つの一次関数式により表される。すなわち、吸気管圧力Pmが小さいときには勾配a1の一次関数式によって機関負荷率KLoffが表され、吸気管圧力Pmが高いときには勾配a2の一次関数式によって機関負荷率KLoffが表される。
On the other hand, as described above, can represent the engine load factor KLoff when the EGR gas is not being supplied by a linear function expression of the intake pipe pressure P m. Figure 26 is a steady operation timing (e.g., function speed NE is when it is held constant) are shown an example of two linear functions of the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLoff of. In the present embodiment, as shown in FIG. 26, the engine load factor KLoff is the slope is continuous in different and the connection point CP with each other is represented by two first-order function equation of the intake pipe pressure P m. That is, when the intake pipe pressure P m is small, the engine load factor KLoff is expressed by a linear function equation of the
ここで、2つの一次関数式の勾配をそれぞれa1,a2とし、接続点CPにおける吸気管圧力および機関負荷率をそれぞれd,cとすると、これら2つの一次関数式は次式により表すことができる。 Here, assuming that the gradients of the two linear function equations are a1 and a2, respectively, and the intake pipe pressure and the engine load factor at the connection point CP are d and c, respectively, these two linear function equations can be expressed by the following equations. .
KLoff=a1・(Pm−d)+c …Pm≦d
KLoff=a2・(Pm−d)+c …Pm>d
これらをひとまとめにして表すと次式(27)のようになる。
KLoff = a1 · (P m -d ) + c ... P m ≦ d
KLoff = a 2 · (P m −d) + c... P m > d
These are collectively expressed as the following equation (27).
KLoff=a・(Pm−d)+c (27)
a=a1 …Pm≦d
a=a2 …Pm>d
KLoff = a · (P m −d) + c (27)
a = a1 ... P m ≦ d
a = a2... P m > d
本実施形態では、定常運転時の機関負荷率KLoffを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が式(27)に示す形で予めROM34内に記憶されている。なお、この場合の接続点CPにおける吸気管圧力dは、上述した機関負荷率KLonについての接続点CPにおける吸気管圧力dと同一である。したがって、パラメータの数をさらに少なくすることができる。もちろん、これら接続点CPにおける吸気管圧力を互いに異ならせることもできる。 In this embodiment, two linear functions of the intake pipe pressure P m representing the engine load factor KLoff at the time of steady state operation is stored in advance in the ROM34 in the form shown in equation (27). In this case, the intake pipe pressure d at the connection point CP is the same as the intake pipe pressure d at the connection point CP for the engine load factor KLon described above. Therefore, the number of parameters can be further reduced. Of course, the intake pipe pressures at these connection points CP may be different from each other.
この式(27)の各パラメータa,rは次式に基づいて算出される。 The parameters a and r in the equation (27) are calculated based on the following equations.
a1=a1*・ktha
a2=a2*・ktha
c=c*・ktha・kpa
ここで、a1*,a2*,r*はそれぞれ、機関周囲環境状態が上述した基準環境状態すなわち標準状態であるときの、勾配および接続点における機関負荷率である。
a1 = a1 * · ktha
a2 = a2 * · ktha
c = c * · ktha · kpa
Here, a1 * , a2 * , and r * are the engine load factor at the gradient and the connection point, respectively, when the engine ambient environment state is the above-described reference environment state, that is, the standard state.
したがって、大気温度補正係数kthaまたは大気圧補正係数kpaが実際の機関周囲環境状態を代表する代表値であるということを考えると、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における各パラメータa1*,a2*,c*を補正しているということになる。あるいは、実際の機関周囲環境状態を代表する代表値に基づき、基準環境状態における機関負荷率KLoffを補正しているという見方もできる。 Therefore, considering that the atmospheric temperature correction coefficient ktha or the atmospheric pressure correction coefficient kpa is a representative value representative of the actual engine ambient environment condition, the reference environment condition is based on the representative value representative of the actual engine environment environment condition. In other words, the parameters a1 * , a2 * , and c * are corrected. Alternatively, it can be considered that the engine load factor KLoff in the reference environment state is corrected based on the representative value representative of the actual engine ambient environment state.
一方、機関充填効率が機関回転数NEに依存することを考慮して、本実施形態では、パラメータa*(a1*,a2*),c*を機関回転数NEに応じて設定している。 On the other hand, in consideration of the fact that the engine charging efficiency depends on the engine speed NE, in this embodiment, the parameters a * (a1 * , a2 * ), c * are set according to the engine speed NE.
具体的に説明すると、勾配a1*は、図27(A)に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなる。また、勾配a2*は、図27(B)に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなる。これら勾配a1*,a2*は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数NEの関数として図27(A)および(B)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
Specifically, as shown in FIG. 27A, the gradient a1 * increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine speed NE when the engine speed NE is high. It becomes smaller as NE becomes higher. Further, as shown in FIG. 27B, the gradient a2 * increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine speed NE increases when the engine speed NE is high. As it gets smaller. These gradients a1 * and a2 * are obtained in advance by experiments, and are stored in advance in the
さらに、接続点CPにおける機関負荷率c*は、図28に示されるように、機関回転数NEが低いときには機関回転数NEが高くなるにつれて大きくなり、機関回転数NEが高いときには機関回転数NEが高くなるにつれて小さくなる。接続点CPにおける機関負荷率c*も予め実験により求められており、機関回転数NEの関数として図28に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
Furthermore, as shown in FIG. 28, the engine load factor c * at the connection point CP increases as the engine speed NE increases when the engine speed NE is low, and the engine speed NE when the engine speed NE is high. Becomes smaller as becomes higher. The engine load factor c * at the connection point CP is also obtained in advance by experiments, and is stored in advance in the
したがって、一般的に言うと、互いに異なる複数の機関回転数NEに対し、定常運転時における筒内充填新気量Mc-air、または、機関負荷率KLoffを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が予め求められて記憶されているということになる。 Therefore, generally speaking, for a plurality of engine speeds NE different from each other, two in-cylinder charged fresh air amount M c-air at the time of steady operation or intake pipe pressure P m representing engine load factor KLoff. This means that a linear function formula is obtained and stored in advance.
そうすると、吸気管圧力Pmを例えば圧力センサ39により検出すれば、この検出された吸気管圧力Pmから上述の式(26)または(27)を用いて機関負荷率KLonまたはKLoffを正確に且つ簡単に求めることができ、斯くして空燃比を目標空燃比に正確に且つ簡単に一致させることができることになる。
Then, by detecting the intake pipe pressure P m by, for example, a
このように機関負荷率KLon,KLoffを吸気管圧力Pmの一次関数式で表せるということは、機関負荷率KLon,KLoffと吸気管圧力Pmとの関係を表すマップを作成する必要がないことを意味しており、したがってまずマップの作成労力がなくされる。また、複雑な例えば微分方程式などを解く必要がないということも意味しており、したがってCPU34の計算負荷が軽減されることにもなる。
Thus the engine load factor KLon, that the KLoff expressed by a linear function of the intake pipe pressure P m is the engine load factor KLon, it is not necessary to create a map representing the relationship between the KLoff and the intake pipe pressure P m Therefore, the effort to create a map is eliminated first. It also means that it is not necessary to solve complicated differential equations, for example, and therefore the calculation load on the
ところで、式(25)を参照すれば分かるように、機関負荷率KLは、筒内充填新気量Mc-airを表しているとも言える。ここで、EGRガスが供給されていないときには、筒内に新気のみが充填されることを考えると、EGRガスが供給されていないときの機関負荷率KLoffは、このとき筒内に充填されるガスの総量、すなわち、筒内充填ガス量Mcを表していると考えることができる。 By the way, as can be seen by referring to the equation (25), it can be said that the engine load factor KL represents the in-cylinder charged fresh air amount Mc-air . Here, when the EGR gas is not supplied, considering that only fresh air is filled into the cylinder, the engine load factor KLoff when the EGR gas is not supplied is filled into the cylinder at this time. the total amount of gas, i.e., can be considered to represent the in-cylinder charged gas amount M c.
ここで、EGRガスが供給されているときと供給されていないときとで筒内充填ガス量Mcが変わらないと考えると、EGRガスが供給されていないときの機関負荷率KLoffは、EGRガスが供給されているときの筒内充填ガス量Mcだけでなく、EGRガスが供給されているときの筒内充填ガス量Mcをも表しているということになる。 Here, assuming that the in-cylinder charged gas amount Mc does not change between when the EGR gas is supplied and when the EGR gas is not supplied, the engine load factor KLoff when the EGR gas is not supplied is the EGR gas. There not only in-cylinder charged gas amount M c when being fed, it comes to show respectively a cylinder charged gas amount M c when the EGR gas is supplied.
一方、定常運転時で且つEGRガスが供給されているときの筒内充填新気量Mc-airが機関負荷率KLonによって表されることは上述したとおりである。 On the other hand, as described above, the in - cylinder charged fresh air amount Mc -air during steady operation and when EGR gas is supplied is represented by the engine load factor KLon.
したがって、EGRガスが供給されていないときの機関負荷率KLから、EGRガスが供給されているときの機関負荷率KLonを差し引いた結果ΔKL(=KLoff−KLon)は、定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrを表しているということになる。 Therefore, the result ΔKL (= KLoff−KLon) obtained by subtracting the engine load factor KLon when the EGR gas is supplied from the engine load factor KL when the EGR gas is not supplied is the in-cylinder filling during the steady operation. This means that the EGR gas amount M c-egr is represented.
具体的に説明すると、例えば、図29に示されるように、Pm=Pm1のときにKLoff=KLoff1であって且つKLon=KLon1である場合には、定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrはΔKL(=KLoff1−KLon1)で表される。
Specifically, for example, as shown in FIG. 29, P m = if a KLoff = KLoff1 when
したがって、定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrは次式(28)に基づいて算出できることになる。 Therefore, the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr during steady operation can be calculated based on the following equation (28).
Mc-egr=kegr1・ΔKL (28)
ここで、kegr1は機関負荷率KLから筒内充填EGRガス量Mc-egrへの変換係数を、KLoff,KLonは、それぞれ、上記式(26),(27)からそれぞれ算出される機関負荷率を表している。
M c-egr = kegr1 · ΔKL (28)
Here, kegr1 is a conversion coefficient from the engine load factor KL to the in-cylinder charged EGR gas amount Mc -egr , and KLoff and KLon are engine load factors calculated from the above equations (26) and (27), respectively. Represents.
したがって、吸気管圧力Pmを上述した計算式によって算出し、あるいは、圧力センサによって検出すれば、この吸気管圧力Pmから上述の式(28)を用いて定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrを正確に且つ簡単に求めることができることになる。 Therefore, if the intake pipe pressure P m is calculated by the above-described calculation formula or is detected by the pressure sensor, the cylinder filling EGR gas at the time of steady operation is calculated from the intake pipe pressure P m using the above-described formula (28). The quantity M c-egr can be determined accurately and easily.
ところで、上述したように、定常運転時にはEGR制御弁通過ガス流量megrと筒内吸入EGRガス量mc-egrとが互いに等しく、筒内充填EGRガス量Mc-egrは筒内吸入EGRガス量mc-egrとΔT(sec)との積で表される(Mc-egr=mc-egr・ΔT)。 Incidentally, as described above, during steady operation, the EGR control valve passage gas flow rate m egr and the cylinder intake EGR gas amount m c-egr are equal to each other, and the cylinder filling EGR gas amount M c-egr is equal to the cylinder intake EGR gas. It is represented by the product of the quantity m c-egr and ΔT (sec) (M c-egr = m c-egr · ΔT).
したがって、上述した差ΔKLは定常運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrも表しているということになる。 Therefore, the above-described difference ΔKL also represents the EGR control valve passage gas flow rate m egr during steady operation.
本実施形態では、次式(29)に基づいて定常運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrが算出される。 In the present embodiment, the EGR control valve passage gas flow rate m egr during steady operation is calculated based on the following equation (29).
megr=kegr2・ΔKL (29)
ここで、kegr2は機関負荷率KLからEGR制御弁通過ガス流量megrへの変換係数を表し、KLoff,KLonは、ぞれぞれ、上記式(26),(27)からそれぞれ算出される機関負荷率を表している。
m egr = kegr2 · ΔKL (29)
Here, kegr2 represents a conversion coefficient from the engine load factor KL to the EGR control valve passage gas flow rate m egr , and KLoff and KLon are engines calculated from the above equations (26) and (27), respectively. It represents the load factor.
これまで説明してきたように、上述の式(29)を用いて定常運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrが算出される。しかしながら、この式(29)を用いて過渡運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrを算出することもできる。 As described so far, the EGR control valve passage gas flow rate m egr at the time of steady operation is calculated using the above equation (29). However, the EGR control valve passage gas flow rate m egr at the time of transient operation can also be calculated using this equation (29).
すなわち、EGR制御弁通過ガス流量megrはEGR制御弁22前後の圧力差、すなわち、排気圧Peと吸気管圧力Pmとの差に大きく依存し、過渡運転時におけるEGR制御弁22上流の排気圧Peおよび排気温度Teが定常運転時における排気圧Peおよび排気温度Teとそれほど変わらないと考えれば、定常運転時であろうと過渡運転時であろうと、吸気管圧力Pmが決まればEGR制御弁通過ガス流量megrが決まるのである。
That is, the EGR control valve passage gas flow rate m egr greatly depends on the pressure difference before and after the
したがって、上述の式(29)を用いて吸気管圧力Pmから定常運転時および過渡運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrを正確に且つ簡単に求めることができることになる。この場合、定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrは定常運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrから算出することもできるし、上述の式(28)を用いて差ΔKLから算出することもできる。 Therefore, the EGR control valve passage gas flow rate m egr at the time of steady operation and transient operation can be accurately and easily obtained from the intake pipe pressure P m using the above-described equation (29). In this case, the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr at the time of steady operation can be calculated from the EGR control valve passage gas flow rate m egr at the time of steady operation, or from the difference ΔKL using the above-described equation (28). It can also be calculated.
図30は上述した本実施形態におけるEGR制御弁通過ガス流量megrの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。 FIG. 30 shows a routine for calculating the EGR control valve passage gas flow rate m egr in this embodiment described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
図30を参照すると、まずステップ100では吸気管圧力Pm、機関回転数NE、およびEGR開度θeが読み込まれる。続くステップ101では、大気温度補正係数kthaおよび大気圧補正係数kpaが算出される。続くステップ102では、図23、図24(B)、および図28のマップから、基準環境状態のもとでの接続点CPにおける吸気管圧力d*および機関負荷率c*,r*が算出される。続くステップ103では、ktha,kpaによりd*,c*,r*を補正することにより、パラメータd,c,rが算出される。続くステップ104では、検出された吸気管圧力Pmが接続点における吸気管圧力d以下か否かが判別される。Pm≦dのときには次いでステップ105に進み、図22(C)および図27(A)のマップからa1*,e1*が算出される。続くステップ106では、勾配a*,e*がそれぞれa1*,e1*とされる。次いでステップ109に進む。これに対し、Pm>dのときには次いでステップ107に進み、図22(D)および図27(B)のマップからa2*,e2*が算出される。続くステップ108では、勾配a*,e*がそれぞれa2*,e2*とされる。次いでステップ109に進む。
Referring to FIG. 30, first, at
ステップ109では、ktha,kpaによりa*,e*を補正することにより、パラメータa,eが算出される。続くステップ110では、式(27)に基づいて機関負荷率KLoffが算出される(KLoff=a・(Pm−d)+c)。続くステップ111では、式(26)に基づいて機関負荷率KLonが算出される(KLon=e・(Pm−d)+r)。続くステップ112では差ΔKLが算出される(ΔKL=KLoff−KLon)。続くステップ113では、式(28)に基づいてEGR制御弁通過ガス流量megrが算出される(megr=kegr2・ΔKL)。
In step 109, parameters a and e are calculated by correcting a * and e * with ktha and kpa. In the
上述の実施形態では、機関負荷率KLoff,KLonを、それぞれ、2つの一次関数式により表している。しかしながら、機関負荷率KLoff,KLonを、それぞれ、n個のm次関数式により表すこともできる(n,m=1,2…)。 In the above-described embodiment, the engine load factors KLoff and KLon are each represented by two linear function equations. However, the engine load factors KLoff and KLon can also be expressed by n m-order function equations (n, m = 1, 2,...), Respectively.
したがって、上述の実施形態では、定常運転時で且つEGRガスが供給されていないときの筒内充填新気量または機関負荷率KLoffを吸気管圧力Pmの関数式である第1の関数式により表すと共に第1の関数式を予め求めて記憶しておき、定常運転時で且つEGRガスが供給されているときの筒内充填新気量または機関負荷率KLonを吸気管圧力Pmの関数式である第2の関数式により表すと共に第2の関数式を予め求めて記憶しておき、前記求められた吸気管圧力Pmから前記第1および第2の関数式を用いてそれぞれ筒内充填新気量または機関負荷率KLoff,KLonを算出し、これら算出された筒内充填新気量または機関負荷率KLoff,KLonの差ΔKLを算出し、EGR制御弁通過ガス量megrを差ΔKLに基づいて算出しているということになる。 Thus, in the embodiment described above, the first function formula cylinder charging fresh air amount or the engine load factor KLoff when the EGR gas is not being supplied and at the time of steady operation which is a function expression of the intake pipe pressure P m the first function formula previously obtained is stored a function expression of the cylinder charging fresh air amount or the engine load factor KLon intake pipe pressure P m when and EGR gas in the time of steady state operation is supplied with representative And the second function equation is obtained and stored in advance, and the in-cylinder filling is performed from the obtained intake pipe pressure P m by using the first and second function equations. The fresh air amount or engine load factor KLoff, KLon is calculated, the difference ΔKL between the calculated in-cylinder charged fresh air amount or engine load factor KLoff, KLon is calculated, and the EGR control valve passage gas amount m egr is set to the difference ΔKL. Calculation based on And it comes to that.
さらに一般的に言うと、定常運転時で且つEGRガスが供給されていないときの筒内充填新気量または機関負荷率KLoffと、定常運転時で且つEGRガスが供給されているときの筒内充填新気量または機関負荷率KLonとの差ΔKLを吸気管圧力Pmの関数式により表すと共に、関数式を予め求めて記憶しておき、吸気管圧力Pmを求め、求められた吸気管圧力Pmから前記関数式を用いて前記差ΔKLを算出し、定常運転時および過渡運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrならびに定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrを、この差ΔKLに基づいて算出しているということになる。 More generally speaking, the in-cylinder charged fresh air amount or engine load factor KLoff at the time of steady operation and when EGR gas is not supplied, and the in-cylinder at the time of steady operation and when EGR gas is supplied The difference ΔKL from the charged fresh air amount or the engine load factor KLon is expressed by a function expression of the intake pipe pressure P m , and the function expression is obtained and stored in advance to obtain the intake pipe pressure P m, and the obtained intake pipe The difference ΔKL is calculated from the pressure P m using the functional equation, and the EGR control valve passage gas flow rate m egr during steady operation and transient operation, and the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr during steady operation, The calculation is based on this difference ΔKL.
次に、本発明の別の実施形態を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
上述した差ΔKLはKLoffおよびKLonをそれぞれ表す式(27),(26)を用いて次式のように表すことができる。 The above-described difference ΔKL can be expressed by the following equations using equations (27) and (26) representing KLoff and KLon, respectively.
ΔKL=KLoff−KLon
=(a−e)・(Pm−d)+(c−r) (30)
ここで、(a−e)=h,(c−r)=iと置き換えると、式(30)は次のようになる。
ΔKL = KLoff−KLon
= (A-e) · ( P m -d) + (c-r) (30)
Here, when (a−e) = h and (c−r) = i are replaced, Expression (30) becomes as follows.
ΔKL=h・(Pm−d)+i (31)
h=h1 …Pm≦d
h=h2 …Pm>d
ΔKL = h · (P m −d) + i (31)
h = h1... P m ≦ d
h = h2... P m > d
したがって、差ΔKLは、図31に示されるように、勾配が互いに異なり且つ接続点CPにおいて連続している、吸気管圧力Pmの2つの一次関数式により表されることになる。すなわち、吸気管圧力Pmが小さいときには勾配h1の一次関数式により、吸気管圧力Pmが高いときには勾配h2の一次関数式により、差ΔKLが表される。 Therefore, as shown in FIG. 31, the difference ΔKL is represented by two linear function expressions of the intake pipe pressure P m having different gradients and continuous at the connection point CP. That is, the difference ΔKL is expressed by a linear function expression of the gradient h1 when the intake pipe pressure P m is low, and by a linear function expression of the gradient h2 when the intake pipe pressure P m is high.
本実施形態では、差ΔKLを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が式(31)に示す形で予めROM34内に記憶されている。このようにすると、パラメータの数をさらに少なくすることができる。
In the present embodiment, two linear function expressions of the intake pipe pressure P m representing the difference ΔKL are stored in advance in the
この式(31)の各パラメータh,d,iは次式に基づいて算出される。 Each parameter h, d, i in this equation (31) is calculated based on the following equation.
h1=h1*・ktha
h2=h2*・ktha
i=i*・ktha・kpa
ここで、h1*,h2*,i*はそれぞれ、機関周囲環境状態が基準環境状態であるときの、勾配および接続点CPにおける差である。これらh1*,h2*,i*は予め実験により求められており、それぞれ機関回転数NEおよびEGR開度θeの関数として図32(A),(B),(C)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。なお、パラメータdは上述の実施形態と同様であるので説明を省略する。
h1 = h1 * · ktha
h2 = h2 * · ktha
i = i * · ktha · kpa
Here, h1 * , h2 * , and i * are the differences in the gradient and the connection point CP, respectively, when the engine ambient environment state is the reference environment state. These h1 *, h2 *, i * Figure 32 is obtained by experiment in advance, as a function of the engine speed NE and the EGR opening theta e respectively (A), (B), of a map shown in (C) Is stored in the
したがって、一般的に言うと、互いに異なる複数のEGR開度θeに対し、差ΔKLを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式がそれぞれ予め求められて記憶されているということになる。また、互いに異なる複数の機関回転数NEに対し、差ΔKLを表す吸気管圧力Pmの2つの一次関数式が予め求められて記憶されているということにもなる。 Therefore, generally speaking, for a plurality of different EGR opening degrees θ e , two linear function expressions of the intake pipe pressure P m representing the difference ΔKL are respectively obtained and stored in advance. Also, different with respect to a plurality of engine speed NE, it becomes that the two linear functions of the intake pipe pressure P m representing the difference ΔKL are stored previously obtained one another.
図33は上述した本発明の別の実施形態におけるEGR制御弁通過ガス流量megrの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。 FIG. 33 shows a routine for calculating the EGR control valve passage gas flow rate m egr in another embodiment of the present invention described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
図33を参照すると、まずステップ120では吸気管圧力Pm、機関回転数NE、およびEGR開度θeが読み込まれる。続くステップ121では、大気温度補正係数kthaおよび大気圧補正係数kpaが算出される。続くステップ122では、図23および図32(C)のマップから、基準環境状態のもとでの接続点CPにおける吸気管圧力d*および差i*が算出される。続くステップ123では、ktha,kpaによりd*,i*を補正することにより、パラメータd,iが算出される。続くステップ124では、検出された吸気管圧力Pmが接続点における吸気管圧力d以下か否かが判別される。Pm≦dのときには次いでステップ125に進み、図32(A)のマップからh1*が算出される。続くステップ126では、勾配h*がh1*とされる。次いでステップ129に進む。これに対し、Pm>dのときには次いでステップ127に進み、図32(B)のマップからh2*が算出される。続くステップ128では、勾配h*がh2*とされる。次いでステップ129に進む。
Referring to FIG. 33, first, at
ステップ129では、ktha,kpaによりh*を補正することにより、パラメータhが算出される。続くステップ130では、式(31)に基づいて差ΔKLが算出される(ΔKL=h・(Pm−d)+i)。続くステップ131では、式(29)に基づいてEGR制御弁通過ガス流量megrが算出される(megr=kegr2・ΔKL)。
In step 129, the parameter h is calculated by correcting h * with ktha and kpa. In the
ここで、EGR開度θeについて簡単に説明する。上述したように、EGR開度はEGR制御弁22のステップモータのステップ数STPで表され、すなわち、ステップ数STPがゼロになるとEGR制御弁22は閉弁し、ステップ数STPが大きくなるとEGR開度も大きくなる。
Here, the EGR opening degree θ e will be briefly described. As described above, the EGR opening degree is represented by the step number STP of the step motor of the
ところが、実際には、図34に示されるようにステップ数STPがゼロから大きくなっても、EGR制御弁22は直ちに開弁せず、ステップ数STPがSTP1を越えるとようやくEGR制御弁22が開弁する。このため、ステップ数STPからSTP1だけ減算した結果(STP−STP1)でもって、EGR開度θeを表す必要がある。
However, in practice, as shown in FIG. 34, even when the step number STP increases from zero, the
また、EGR制御弁22には通常、製造誤差が含まれているので、ステップ数STPに対する実際のEGR開度θeが正規の開度からずれている恐れがある。そこで、図1に示される内燃機関では、実際のEGR開度を正規の開度に一致させるための補正係数kgを求め、この補正係数kgをステップ数STPに加算するようにしている。
Further, the
したがって、EGR開度θeは次式に基づいて表されることになる。 Therefore, the EGR opening degree θ e is expressed based on the following equation.
θe=STP−STP0+kg
ここで、STP0は図面公差中央品においてEGR制御弁22が開弁し始めるステップ数である。本実施形態では、このようにして算出されるEGR開度θeをマップの引数として用いている。
θ e = STP−STP0 + kg
Here, STP0 is the number of steps at which the
ところで、上述のように算出されるEGR制御弁通過ガス流量megrまたは定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrを、排気温度Teを考慮してさらに補正することもできる。 Incidentally, the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr at the calculated the EGR control valve passage gas flow rate m egr or during steady-state operation as described above may be further corrected in consideration of the exhaust temperature T e.
EGR制御弁通過ガス流量megrを補正する場合について説明すると、この場合のEGR制御弁通過ガス流量megrは例えば次式で表される。 The case of correcting the EGR control valve passage gas flow rate m egr will be described. In this case, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is expressed by the following equation, for example.
megr=megr・kwu・krtd・kinc
ここで、kwuは暖機時補正係数を、krtdは遅角時補正係数を、kincは増量時補正係数を、それぞれ表している。
m egr = m egr・ kwu ・ krtd ・ kinc
Here, kwu represents a warm-up correction coefficient, krtd represents a retard correction coefficient, and kinc represents an increase correction coefficient.
暖機時補正係数kwuは機関暖機運転時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrを補正するためのものである。すなわち、暖機運転時には暖機運転完了後に比べて排気温度Teが低くなっており、その分だけEGR制御弁通過ガス流量megr(g/sec)が多くなる。上記式(26),(27)または式(31)を用いて算出されるEGR制御弁通過ガス流量megrは暖機運転完了後におけるEGR制御弁通過ガス流量であるので、これを補正する必要があるのである。 The warm-up correction coefficient kwu is for correcting the EGR control valve passage gas flow rate m egr during engine warm-up operation. That is, during the warm-up operation, the exhaust gas temperature Te is lower than after the completion of the warm-up operation, and the EGR control valve passage gas flow rate m egr (g / sec) increases accordingly. Since the EGR control valve passage gas flow rate m egr calculated using the above formula (26), (27) or equation (31) is the EGR control valve passage gas flow rate after the warm-up operation is completed, it is necessary to correct this. There is.
暖機時補正係数kwuは、図35(A)に示されるように、暖機の程度を表す機関冷却水温THWが高くなるにつれて小さくなり、暖機完了を表す温度TWU以上になると1.0に保持される。この暖機時補正係数kwuは図35(A)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
As shown in FIG. 35 (A), the warm-up correction coefficient kwu decreases as the engine coolant temperature THW representing the degree of warming increases, and becomes 1.0 when the temperature TWU represents the completion of warming up. Retained. The warm-up correction coefficient kwu is stored in advance in the
一方、遅角時補正係数krtdは点火時期の遅角補正時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrを補正するためのものである。すなわち、遅角補正時には遅角補正が行われないときに比べて排気温度Teが高くなっており、その分だけEGR制御弁通過ガス流量megrが少なくなる。 On the other hand, the retard correction coefficient krtd is used to correct the EGR control valve passage gas flow rate m egr when the ignition timing is retarded. That is, the exhaust gas temperature Te is higher at the time of retard correction than at the time when the retard correction is not performed, and the EGR control valve passage gas flow rate m egr decreases accordingly.
遅角時補正係数krtdは、図35(B)に示されるように、遅角量RTDがゼロのときに1.0であり、遅角量RTDが大きくなるにつれて小さくなる。この遅角時補正係数krtdは図35(B)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
As shown in FIG. 35B, the retardation correction coefficient krtd is 1.0 when the retardation amount RTD is zero, and decreases as the retardation amount RTD increases. The retardation correction coefficient krtd is stored in advance in the
さらに、増量時補正係数kincは燃料噴射量の増量補正時におけるEGR制御弁通過ガス流量megrを補正するためのものである。すなわち、増量補正時には増量補正が行われないときに比べて排気温度Teが低くなっており、その分だけEGR制御弁通過ガス流量megrが多くなる。 Further, the increase correction coefficient kinc is used to correct the EGR control valve passage gas flow rate m egr when the fuel injection amount is increased. That is, the exhaust gas temperature Te is lower during the increase correction than when the increase correction is not performed, and the EGR control valve passage gas flow rate m egr increases accordingly.
増量時補正係数kincは、図35(C)に示されるように、増量補正分Fincがゼロのときに1.0であり、増量補正分Fincが大きくなるにつれて大きくなる。この増量時補正係数kincは図35(C)に示されるマップの形で予めROM34内に記憶されている。
As shown in FIG. 35C, the increase correction coefficient kinc is 1.0 when the increase correction Finc is zero, and increases as the increase correction Finc increases. This increase correction coefficient kinc is stored in advance in the
このようにすると、EGR制御弁通過ガス流量megrをさらに高精度で求めることができる。 In this way, the EGR control valve passage gas flow rate m egr can be obtained with higher accuracy.
なお、点火時期遅角補正または燃料増量補正が行われないときの排気温度Teを機関運転状態(例えば、機関回転数NEおよび要求負荷L)の関数として予め求めておき、実際の排気温度Teを検出または推定し、遅角補正または燃料増量補正が行われないときの排気温度Teと実際の排気温度Teとの差に基づいてEGR制御弁通過ガス流量megrを補正するようにしてもよい。定常運転時における筒内充填EGRガス量Mc-egrも同様であるので、説明を省略する。 Incidentally, the engine operating state the exhaust temperature T e when the ignition timing retard correction or fuel increasing correction is not performed (e.g., the engine speed NE and required load L) determined in advance as a function of the actual exhaust temperature T detecting or estimating e, so as to correct the EGR control valve passage gas flow rate m egr based on the difference between the actual exhaust temperature T e and the exhaust temperature T e when the retard correction or fuel increasing correction is not performed May be. The same is true for the in-cylinder charged EGR gas amount M c-egr during the steady operation, and a description thereof is omitted.
図1に示される内燃機関では上述したように、EGR制御弁22下流のEGR通路21が分岐されて各気筒の吸気枝管12にそれぞれ接続されている。この構成において、各気筒に供給されるEGRガスの量にばらつきが生ずるのを抑制するために、図36に示されるように、EGR制御弁22下流の各EGR通路21内に絞り23を設けることができる。
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, as described above, the
この場合、まず、定常運転時であれば、絞り23を通過するEGRガスの流量である絞り通過ガス流量mchk(g/sec)はEGR制御弁通過ガス流量megrに一致する。したがって、これまでの説明からわかるように、定常運転時における絞り通過ガス流量mchkを差ΔKLに基づいて算出することができるということになる。なお、絞り通過ガス流量mchkは吸気管部分に流入するEGRガスの流量を表している。
In this case, first, during steady operation, the throttle passage gas flow rate mchk (g / sec), which is the flow rate of the EGR gas passing through the
一方、過渡運転時には、絞り通過ガス流量mchkはEGR制御弁通過ガス流量megrに必ずしも一致しない。しかしながら、EGR制御弁22から絞り23までのEGR通路21内の容積が比較的小さい場合には、mchkはmegrに概ね一致する。したがって、EGR制御弁22から絞り23までのEGR通路21内の容積が比較的小さい場合には、定常運転時であろうと過渡運転時であろうと、絞り通過ガス流量mchkを差ΔKLに基づいて算出できるということになる。
On the other hand, during transient operation, the throttle passage gas flow rate mchk does not necessarily match the EGR control valve passage gas flow rate m egr . However, when the volume in the
これまで述べてきた本実施形態では、例えば、計算モデルを用いて推定された吸気管圧力Pm、あるいは、圧力センサ39により検出された吸気管圧力Pmから機関負荷率KLon,KLoffまたは差ΔKLを算出するようにしている。しかしながら、例えば、スロットル開度、またはスロットル弁17上流の吸気ダクト14内に配置されたエアフローメータの出力に基づき吸気管圧力Pmを推定し、この推定された吸気管圧力Pmから機関負荷率KLを算出することもできる。
In the present embodiment described so far, for example, the engine load factor KLon, KLoff or the difference ΔKL from the intake pipe pressure P m estimated using the calculation model or the intake pipe pressure P m detected by the
ここで、スロットル開度に基づいて吸気管圧力Pmを推定する場合には、吸気管圧力Pmを、スロットル開度θtと、機関回転数NEと、EGR開度θeとの関数として予め求められ、これがマップの形で記憶される。 Here, when the intake pipe pressure P m is estimated based on the throttle opening, the intake pipe pressure P m is a function of the throttle opening θ t , the engine speed NE, and the EGR opening θ e. It is obtained in advance and stored in the form of a map.
一方、エアフローメータの出力に基づいて吸気管圧力Pmを推定する場合、エアフローメータの検出精度などのために、推定された吸気管圧力Pmが、吸気管圧力Pmがとりうる最高圧Pmmaxを越える恐れがある。ところが、Pm>Pmmaxの領域では、図37(B)に示されるように、上述の式(26)で表される機関負荷率KLonが式(27)で表される機関負荷率KLoffよりも大きくなっている場合があり、この場合には、差ΔKLが負値になる。すなわち、推定された吸気管圧力Pmが最高圧Pmmaxを越えると、差ΔKLを正確に算出できなくなる恐れがある。 On the other hand, when the intake pipe pressure P m is estimated based on the output of the air flow meter, the estimated intake pipe pressure P m is the maximum pressure P that can be taken by the intake pipe pressure P m for the detection accuracy of the air flow meter. May exceed mmax . However, in the region where P m > P mmax , as shown in FIG. 37 (B), the engine load factor KLon expressed by the above equation (26) is more than the engine load factor KLoff expressed by the equation (27). In this case, the difference ΔKL becomes a negative value. In other words, the estimated intake pipe pressure P m is exceeds the maximum pressure P mmax, there may not be accurately calculating the difference [Delta] KL.
そこで、図37(A)に示されるように、Pm>Pmmaxの領域では、差ΔKLを一定値ΔKLCに保持すれば、このような不具合をなくすことができる。すなわち、推定された吸気管圧力Pmが最高圧Pmmaxを越えたときに、差ΔKLを正確に算出し続けることができるのである。 Therefore, as shown in FIG. 37A , in the region where P m > P mmax , such a problem can be eliminated if the difference ΔKL is held at a constant value ΔKLC. That is, when the estimated intake pipe pressure P m exceeds the maximum pressure P mmax, it is possible to continue to accurately calculate the difference [Delta] KL.
ところで、EGR制御弁22が閉弁されていると、EGR制御弁22下流のEGR通路21には、空気(新気)が充満している。したがって、EGR制御弁22が開弁された直後においては、EGR通路21から吸気管部分には、排気ガスの代わりに新気が流入し、その後、新気と排気ガスの混合ガスが流入するようになり、暫くの間、この混合ガスがEGR通路21から吸気管部分に流入することになる。
By the way, when the
そして、新気と排気ガスとでは、その温度が異なるので、EGR通路21から吸気管部分に新気が流入することは、特に、エネルギ保存則上成立する関係に影響を与えると考えられる。
Since the temperatures of fresh air and exhaust gas are different, the flow of fresh air from the
ところが、上述した実施形態では、このように、EGR通路21から吸気管部分に新気が流入することがあることを考慮していない。
However, in the above-described embodiment, it is not considered that fresh air may flow into the intake pipe portion from the
そこで、上述の実施形態において、このことを考慮し、吸気管部分に流入する空気および排気ガスと吸気管部分から気筒へと流出する空気および排気ガスとの間にエネルギ保存則上成立する関係式として、次式(32)を採用してもよい。 In view of this, in the above-described embodiment, in consideration of this, a relational expression that is established in terms of energy conservation between the air and exhaust gas flowing into the intake pipe portion and the air and exhaust gas flowing out from the intake pipe portion into the cylinder. As follows, the following equation (32) may be adopted.
式(32)において、EGR制御弁通過ガス流量megrがEGR通路21から吸気管部分に流入するガスの流量であるとしたときに、megr-egrはEGR通路21から吸気管部分に流入するガスのうち排気ガスの分の流量(流入排気ガス分流量)であり、megr-airはEGR通路21から吸気管部分に流入するガスのうち空気(新気)の分の流量(以下、流入新気分流量と称す)である。
In equation (32), when the EGR control valve passage gas flow rate m egr is the flow rate of the gas flowing into the intake pipe portion from the
また、式(32)において、mc-egrは気筒内に流入する排気ガスの流量(筒内流入排気ガス流量)であり、mc-airは気筒内に流入する空気(新気)の流量(以下、筒内流入新気流量と称す)である。 In Equation (32), m c-egr is the flow rate of exhaust gas flowing into the cylinder (cylinder inflow exhaust gas flow rate), and m c-air is the flow rate of air (fresh air) flowing into the cylinder. (Hereinafter referred to as in-cylinder incoming fresh air flow rate).
ここで、流入排気ガス分流量megr-egrおよび流入新気分流量megr-airの算出方法について説明する。 Here, a method of calculating the inflow exhaust gas partial flow rate m egr-egr and the inflow fresh air partial flow rate m egr-air will be described.
EGR制御弁22が開弁されたときに、EGR通路21から吸気管部分に流入するガスの流量は、EGR制御弁通過ガス流量に等しい。そして、上述したように、流入排気ガス分流量megr-egrは、一定の時間(無駄時間)が経過してから多くなり始め、その後、一次遅れをもって徐々に多くなる。したがって、流入新気分流量megr-airは、次式(33)から求まる。
When the
ここで、EGR制御弁通過ガス流量megrは、上述した実施形態で説明したようにして求まる。したがって、流入排気ガス分の流量megr-egrが求まれば、流入新気分流量megr-airも求まることになる。 Here, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is obtained as described in the above-described embodiment. Therefore, if the flow rate m egr-egr for the inflowing exhaust gas is obtained, the inflowing fresh air flow rate m egr-air is also obtained.
流入排気ガス分流量megr-egrは、上述したように、マップの形でROM34に記憶されている図16(A)および(B)に示したような関数から無駄時間Td1および時定数τ1を算出し、無駄時間Td1が経過してからEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化を開始し、その後、時定数τ1でもってEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化するものとして、算出される。
As described above, the inflowing exhaust gas partial flow rate m egr-egr is obtained by calculating the dead time Td1 and the time constant τ1 from the functions shown in FIGS. 16A and 16B stored in the
一方、筒内流入排気ガス流量mc-egrおよび筒内流入新気流量mc-airも同様にして求められる。 On the other hand, the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate mc-egr and the in-cylinder inflow fresh air flow rate mc -air are obtained in the same manner.
すなわち、筒内流入排気ガス流量mc-egrは、一定の時間(無駄時間)が経過してから多くなり始め、その後、一次遅れをもって徐々に多くなる。したがって、筒内流入排気ガス流量mc-airは、次式(34)から求まる。 That is, the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate mc-egr starts to increase after a certain period of time (dead time) has elapsed, and then gradually increases with a primary delay. Therefore, the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate mc-air is obtained from the following equation (34).
この式から分かるように、筒内流入排気ガス流量mc-egrが求まれば、筒内流入新気流量mc-airも求まることになる。 As can be seen from this equation, if the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate mc -egr is obtained, the in-cylinder inflow fresh air flow rate mc-air is also obtained.
筒内流入排気ガス流量mc-egrは、上述したように、マップの形でROM34に記憶されている図17(A)および(B)に示したような関数から無駄時間Td2および時定数τ2を算出し、無駄時間Td2が経過してからEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化を開始し、その後、時定数τ2でもってEGR制御弁通過ガス流量に向かって変化するものとして、算出される。
As described above, the cylinder inflow exhaust gas flow rate mc-egr is determined from the functions shown in FIGS. 17A and 17B stored in the
このように、本実施形態によれば、EGR通路21から吸気管部分に流入する新気をも考慮しているので、算出される値の精度が良くなる。
Thus, according to this embodiment, since the fresh air flowing into the intake pipe portion from the
ところで、EGR通路21が吸気管部分に接続されている部位から吸気弁までの距離は、EGR制御弁22から上記部位までの距離よりも非常に短い場合には、次式(35)が成り立つ。
By the way, when the distance from the part where the
すなわち、気筒内に流入する排気ガスの流量mc-egrは、EGR通路21から吸気管部分に流入する排気ガス(流入排気ガス分)の流量megr-egrにほぼ等しい。
That is, the flow rate m c-egr of the exhaust gas flowing into the cylinder is substantially equal to the flow rate m egr-egr of the exhaust gas (for the inflowing exhaust gas) flowing into the intake pipe portion from the
したがって、この場合、上記式(32)は次式(36)のように書き直せる。 Therefore, in this case, the above equation (32) can be rewritten as the following equation (36).
そこで、上述の実施形態において、吸気管部分に流入する空気および排気ガスと吸気管部分から気筒へと流出する空気および排気ガスとの間にエネルギ保存則上成立する関係式として、上記式(36)を採用してもよい。 Therefore, in the above-described embodiment, the above equation (36) is established as a relational expression that is established on the energy conservation law between the air and exhaust gas flowing into the intake pipe portion and the air and exhaust gas flowing out from the intake pipe portion into the cylinder. ) May be adopted.
ここで、EGR通路21から吸気管部分に流入する新気の流量(流入新気分流量)megr-airは、流入排気ガス分流量megr-egrが求まれば、上記式(33)から求まる。 Here, the flow rate of fresh air flowing into the intake pipe portion from the EGR passage 21 (flow rate of fresh air flow) m egr-air is obtained from the above equation (33) if the flow rate of incoming exhaust gas m egr-egr is found. .
また、気筒内に流入する新気の流量(筒内流入新気流量)mc-airは、筒内流入排気ガス流量mc-egrが求まれば、上記式(34)から求まる。 Further, the flow rate of fresh air flowing into the cylinder (cylinder inflow fresh air flow rate) mc-air can be obtained from the above equation (34) if the in - cylinder inflow exhaust gas flow rate mc -egr is obtained.
もちろん、EGR制御弁通過ガス流量megrが変化したときに、これら流入排気ガス分流量megr-egrおよび筒内流入排気ガス流量mc-egrを算出する場合には、上述したように、無駄時間や一次遅れが考慮される。 Of course, when the inflowing exhaust gas partial flow rate m egr-egr and the in-cylinder inflowing exhaust gas flow rate mc-egr are calculated when the EGR control valve passage gas flow rate m egr changes, as described above, it is a waste. Time and first order lag are considered.
このように、式(36)に入力すべきパラメータとして、排気温度Teが含まれていないので、式(36)を採用した場合には、排気温度Teを求める必要がない。 Thus, as a parameter to be input to a formula (36), it does not include the exhaust temperature T e, in the case of employing the equation (36) does not need to determine the exhaust temperature T e.
ところで、上記式(36)は、次式(37)のように書き直せる。 By the way, the above equation (36) can be rewritten as the following equation (37).
ここで、上記式(33)の関係から、上記式(37)は、さらに、次式(38)のように書き直せる。 Here, from the relationship of the above equation (33), the above equation (37) can be further rewritten as the following equation (38).
さらに、式(38)は、次式(39)のように書き直せる。 Further, the equation (38) can be rewritten as the following equation (39).
ここで、機関運転状態が定常状態である場合には、吸気管温度Tmは大気温度Taにほぼ等しくなる(Tm≒Ta)ので、式(39)の右辺の最後の項 Here, when the engine operating state is in a steady state, because the intake pipe temperature the T m approximately equal to the atmospheric temperature T a (T m ≒ T a ), the last term in the right side of the equation (39)
は零となる。 Becomes zero.
一方、機関運転状態が過渡状態である場合には、吸気管温度Tmは大気温度Taとは異なり、吸気管負圧Pmの変化が大きいほど、これら温度間の差は大きくなる。ところが、EGR制御弁通過ガス流量megrが多ければ、このときには、気筒内における燃焼を促進するために吸気管圧力Pmが高く保たれるし、逆に、EGR制御弁通過ガス流量megrが少ないとしても、このときには、吸気管温度Tmと大気温度Taとの間の差が大きいとしても、これの影響は小さい。 On the other hand, if the engine operating state is in the transient state is different from the intake pipe temperature The T m is the atmospheric temperature T a, the greater the change in the intake pipe negative pressure P m, the difference between these temperatures is increased. However, if the EGR control valve passage gas flow rate m egr is large, at this time, the intake pipe pressure P m is kept high to promote combustion in the cylinder, and conversely, the EGR control valve passage gas flow rate m egr is even less, at this time, even if the difference between the intake pipe temperature T m and the atmospheric temperature T a is large, the effect of which is smaller.
したがって、機関運転状態が過渡状態である場合にも、式(39)の右辺の最後の項 Therefore, even when the engine operating state is a transient state, the last term on the right side of Equation (39)
は零に近似することができる。 Can be approximated to zero.
以上を総合すると、式(39)は次式(40)のように近似できる。 Summing up the above, the equation (39) can be approximated as the following equation (40).
そこで、上述の実施形態において、吸気管部分に流入する空気および排気ガスと吸気管部分から気筒へと流出する空気および排気ガスとの間にエネルギ保存則上成立する関係式として、上記式(40)を採用してもよい。 Therefore, in the above-described embodiment, the above equation (40) is established as a relational expression that is established in the energy conservation law between the air and exhaust gas flowing into the intake pipe portion and the air and exhaust gas flowing out from the intake pipe portion into the cylinder. ) May be adopted.
これによれば、流入排気ガス分流量、筒内流入排気ガス流量、流入新気分流量、筒内流入新気流量を考慮する必要がない。 According to this, it is not necessary to consider the inflow exhaust gas partial flow rate, the cylinder inflow exhaust gas flow rate, the inflow fresh air flow rate, and the cylinder inflow fresh air flow rate.
ところで、吸気管部分に流入する排気ガスの流量(流入排気ガス分流量)がEGR制御弁通過ガス流量に等しく、しかも、筒内に流入する排気ガスの流量(筒内流入排気ガス流量)が流入排気ガス分流量に等しいとすると、上記式(15)は次式(41)に書き換えられ、上記式(16)は次式(42)に書き換えられる。 By the way, the flow rate of exhaust gas flowing into the intake pipe portion (flow rate of inflowing exhaust gas) is equal to the flow rate of gas passing through the EGR control valve, and the flow rate of exhaust gas flowing into the cylinder (flow rate of exhaust gas in the cylinder) flows in. If it is equal to the exhaust gas partial flow rate, the above equation (15) is rewritten to the following equation (41), and the above equation (16) is rewritten to the following equation (42).
ここで、Tkは、EGR通路21から吸気管部分に流入する排気ガスまたは空気またはこれらの混合ガスの温度である。
Here, T k is the temperature of the exhaust gas or air flowing into the intake pipe portion from the
さらに、式(42)は、次式(43)のように書き換えられる。 Furthermore, Expression (42) can be rewritten as the following Expression (43).
したがって、上述した条件、すなわち、流入排気ガス分流量がEGR制御弁通過ガス流量に等しく、しかも、筒内流入排気ガス流量が流入排気ガス分流量に等しいという条件が成立するか、もしくは、この条件が許容されるのであれば、吸気管部分に流入する空気および排気ガスと吸気管部分から気筒へと流出する空気および排気ガスとの間に質量保存則およびエネルギ保存則上成立する関係式として、上記式(41)および(43)を採用してもよい。 Therefore, the above-described condition, that is, the condition that the inflow exhaust gas partial flow rate is equal to the EGR control valve passage gas flow rate and the in-cylinder inflow exhaust gas flow rate is equal to the inflow exhaust gas partial flow rate is satisfied, or this condition Is allowed as a relational expression that holds in the law of conservation of mass and the law of conservation of energy between the air and exhaust gas flowing into the intake pipe portion and the air and exhaust gas flowing out from the intake pipe portion to the cylinder, The above formulas (41) and (43) may be adopted.
これによれば、EGR制御弁通過ガス流量megrを求める必要がない。 According to this, it is not necessary to obtain the EGR control valve passage gas flow rate m egr .
なお、式(41)および(43)において、筒内流入新気流量mc-airは、上記式(26)または(27)から求まる機関負荷率KLから算出される。詳細には、上記式(26)または(27)から機関負荷率KLが算出され、この機関負荷率KLを式(25)に入力し、この式を解くことによって、筒内流入新気量Mc-airが算出され、最後に、この筒内流入新気量Mc-airを内燃機関の1サイクルにかかる時間を気筒数で割った時間で割ることによって、筒内流入新気流量mc-airが算出される。 In the equations (41) and (43), the in-cylinder inflow fresh air flow rate mc-air is calculated from the engine load factor KL obtained from the above equation (26) or (27). Specifically, the engine load factor KL is calculated from the above equation (26) or (27), the engine load factor KL is input to the equation (25), and by solving this equation, the cylinder inflow fresh air amount M c-air is calculated, finally, by dividing the time required for one cycle of the cylinder inflow fresh air amount M c-air to the internal combustion engine at the time divided by the number of cylinders, the cylinder inflow fresh air flow rate m c -air is calculated.
ところで、上述の実施形態において、スロットル弁通過空気流量mtは、式(1)の式を利用して算出される。この式(1)では、関数Φ(Pm/Pa)を利用するが、スロットル弁18の形状が複雑であったり、スロットル弁18を通過した空気に脈動が生じたりすることを考えると、関数Φの算出精度が低下し、したがって、この関数Φを利用して算出されるスロットル弁通過空気流量mtの算出精度も低下することもありえる。
Incidentally, in the above embodiment, the throttle valve passage air flow rate m t is calculated by using the formula of equation (1). In this equation (1), the function Φ (P m / P a ) is used. Considering that the shape of the
そこで、こうした関数Φ(Pm/Pa)の算出誤差を排除できるスロットル弁通過空気流量算出方法として、次式(44)を利用してスロットル弁通過空気流量mtを算出する方法を採用することもできる。 Therefore, as these functions Φ (P m / P a) the throttle valve passage air flow rate calculation method can be eliminated calculation error of adopting a method of calculating the throttle valve passage air flow rate m t using the following equation (44) You can also.
ここで、Pm-egrは最終的に収束するであろう吸気管圧力であり、機関回転数NE、スロットル開度θt、および、EGR開度θeに基づいて定められる(Pm-egr=f1(NE,θt,θe))。 Here, P m-egr is the intake pipe pressure that will eventually converge, and is determined based on the engine speed NE, the throttle opening θ t , and the EGR opening θ e (P m-egr = F1 (NE, θ t , θ e )).
また、e、dおよびrは適合パラメータであり、これら適合パラメータについての詳細は後述する。 Further, e, d, and r are adaptation parameters, and details of these adaptation parameters will be described later.
また、Φ(Pm/Pa)は式(2)の関数であり、Φ(Pm-egr/Pa)はこの関数Φ(Pm/Pa)において変数Pm/PaをPm-egr/Paに代えた関数である。 Φ (P m / P a ) is a function of the equation (2), and Φ (P m-egr / P a ) is a variable P m / P a in this function Φ (P m / P a ). it is a function instead of the m-egr / P a.
次に、上記式(44)の導出過程について説明する。 Next, the process of deriving the above equation (44) will be described.
定常運転時におけるスロットル弁通過空気流量をmt-TAで表すとすると、このスロットル弁通過空気流量mt-TAを求める式は次式(45)のように表せる。 When representing the throttle valve passage air flow rate during steady-state operation in m t-TA, equation for the throttle valve passage air flow rate m t-TA can be expressed as the following equation (45).
そして、式(1)の各辺を式(45)の各辺で除算して整理すると、次式(46)が導き出される。 Then, by dividing each side of equation (1) by each side of equation (45) and arranging it, the following equation (46) is derived.
一方、上述したように、筒内流入空気流量mc-airは、筒内流入空気量Mc-airに比例し、そして、この筒内流入空気量Mc-airは機関負荷率KLに比例し、この機関負荷率KLは上述の式(26)から求まるので、定常運転時で且つEGRガスが供給されているときの筒内流入空気流量mc-airは、次式(47)のように表せる
mc-air=f・(Pm−d)+g …(47)
f=f1 …Pm≦d
f=f2 …Pm>d
On the other hand, as described above, the in-cylinder inflow air flow rate mc-air is proportional to the in - cylinder inflow air amount Mc-air , and the in-cylinder inflow air amount Mc-air is proportional to the engine load factor KL. Since the engine load factor KL is obtained from the above equation (26), the cylinder inflow air flow rate mc-air at the time of steady operation and when the EGR gas is supplied is expressed by the following equation (47). M c-air = f · (P m −d) + g (47)
f = f1... P m ≦ d
f = f2... P m > d
ここで、fは機関回転数NEとEGR開度θeとに基づいて定まる適合パラメータ(f=f2(NE,θe))であり、dは機関回転数NEに基づいて定まる適合パラメータ(d=f3(NE))であり、gは機関回転数NEとEGR開度θeとに基づいて定まる適合パラメータ(g=f4(NE,θe))である。別の云い方をすれば、f、dおよびgは、それぞれ、機関運転状態を表すパラメータを変数とした係数であると言える。 Here, f is a conforming parameter (f = f 2 (NE, θ e )) determined based on the engine speed NE and the EGR opening θ e, and d is a conforming parameter determined based on the engine speed NE ( d = f 3 (NE)), and g is a fitting parameter (g = f 4 (NE, θ e )) determined based on the engine speed NE and the EGR opening θ e . In other words, it can be said that f, d, and g are coefficients with parameters representing the engine operating state as variables.
ここで、定常運転時においては、筒内流入空気流量mc-airはスロットル弁通過空気流量mt-TAと等しく、吸気管圧力Pmは過渡運転時において最終的に収束するであろう吸気管圧力Pm-egrと等しくなるので、式(47)から次式(48)が導き出される。 Here, in the steady operation, the in-cylinder inflow air flow rate mc-air is equal to the throttle valve passing air flow rate mt -TA, and the intake pipe pressure P m is finally converged in the transient operation. Since it becomes equal to the pipe pressure P m-egr , the following equation (48) is derived from the equation (47).
mt-TA=f・(Pm-egr−d)+g …(48)
f=f1 …Pm-egr≦d
f=f2 …Pm-egr>d
m t−TA = f · (P m−egr −d) + g (48)
f = f1... P m-egr ≦ d
f = f2 Pm-egr > d
そして、この式(48)を上記式(46)に代入することによって、上記式(44)が導き出される。 Then, by substituting the equation (48) into the equation (46), the equation (44) is derived.
なお、吸気管圧力Pm-egrは、機関回転数NE、スロットル開度θt、および、EGR開度θeの関数(Pm-egr=f1(NE,θt,θe))として、予め実験等によって求められてマップの形でROM34に記憶されている。
The intake pipe pressure P m-egr is a function of the engine speed NE, the throttle opening θ t , and the EGR opening θ e (P m-egr = f 1 (NE, θ t , θ e )). These are obtained in advance by experiments or the like and stored in the
また、適合パラメータfは、機関回転数NEおよびEGR開度θeの関数(f=f2(NE,θe))として、予め実験等によって求められてマップの形でROM34に記憶されている。
Further, the adaptation parameter f is obtained in advance by experiments or the like as a function of the engine speed NE and the EGR opening degree θ e (f = f 2 (NE, θ e )) and is stored in the
また、適合パラメータdは、機関回転数NEの関数(d=f3(NE))として、予め実験等によって求められてマップの形でROM34に記憶されている。
The adaptation parameter d is obtained in advance by experiments or the like as a function of the engine speed NE (d = f 3 (NE)) and is stored in the
また、適合パラメータgは、機関回転数NEおよびEGR開度θeの関数(g=f4(NE,θe))として、予め実験等によって求められてマップの形でROM34に記憶されている。
The conforming parameter g is obtained in advance by experiments or the like as a function of the engine speed NE and the EGR opening degree θ e (g = f 4 (NE, θ e )) and is stored in the
したがって、本実施形態では、上述した各マップから機関回転数NE、スロットル開度θt、および、EGR開度θe等に基づいて、過渡運転時において最終的に収束するであろう吸気管圧力Pm-egrおよび適合パラメータf、d、fを算出し、一方、吸気管圧力センサ40の検出値に基づいて吸気管圧力Pmを算出し、これらを上記式(44)に入力し、この式を解くことによって、スロットル弁通過空気流量mtが算出される。
Therefore, in the present embodiment, the intake pipe pressure that will eventually converge during the transient operation based on the engine speed NE, the throttle opening degree θ t , the EGR opening degree θ e, and the like from each map described above. P m-egr and conforming parameters f, d, f are calculated. On the other hand, the intake pipe pressure P m is calculated based on the detected value of the intake
なお、吸気管圧力Pmは、他の手段、例えば、スロットル開度θtに基づいて推定し或いは算出し、または、エアフローメータを備えている場合には、エアフローメータの検出値に基づいて推定し或いは算出してもよい。 The intake pipe pressure P m is estimated or calculated based on other means, for example, the throttle opening θ t , or in the case where an air flow meter is provided, estimated based on the detected value of the air flow meter Or may be calculated.
本実施形態によれば、定常運転時においては、吸気管圧力Pmと吸気管圧力Pm-egrとは等しい(Pm=Pm-egr)ので、式(44)において、Φ(Pm/Pa)/Φ(Pm-egr/Pa)の項が1となり、関数Φが消滅するので、たとえ、関数Φの値の算出精度が低いとしても、少なくとも、定常運転時であれば、式(44)を利用して算出されるスロットル弁通過空気流量mtの精度は良い。 According to the present embodiment, in the steady operation, the intake pipe pressure P m and the intake pipe pressure P m-egr are equal (P m = P m-egr ), so in the equation (44), Φ (P m / P a ) / Φ (P m−egr / P a ) becomes 1, and the function Φ disappears, so even if the calculation accuracy of the value of the function Φ is low, at least during steady operation the accuracy of the throttle valve passage air flow rate m t calculated by using the equation (44) is good.
ところで、EGRガスが気筒内に供給されるのは、主に、機関低負荷運転時である。この機関低負荷運転時においては、排気圧Peは大気圧Paにほぼ等しいと言える。したがって、EGRガスが気筒内に供給されているときには、EGR制御弁22上流の圧力とスロットル弁18上流の圧力とが等しいことになる。そして、EGR制御弁22下流の圧力とスロットル弁18下流の圧力とは吸気管圧力Pmであるので、そもそも等しい。
Incidentally, the EGR gas is supplied into the cylinder mainly during the engine low load operation. In the engine low load operation, the exhaust pressure P e is said to be approximately equal to the atmospheric pressure P a. Therefore, when EGR gas is supplied into the cylinder, the pressure upstream of the
すなわち、EGRガスが気筒内に供給されているときには、EGR制御弁22上下流の圧力が、それぞれ、スロットル弁18上下流の圧力に等しい。そして、この場合、EGR開度をそれに等価のスロットル開度に比較的簡単に換算することができる。次に、このEGR開度の換算方法について説明する。
That is, when the EGR gas is supplied into the cylinder, the pressure upstream and downstream of the
すなわち、EGR制御弁22上下流の圧力をそれぞれスロットル弁18上下流の圧力に等しくし且つ機関回転数NEを一定とすると、幾つかの異なるEGR開度θe(=0、θe1、θe2、θe3)におけるスロットル開度θtと吸気管圧力Pm-egrとの関係は、図38に示したようになる。
That is, if the pressures upstream and downstream of the
すなわち、EGR開度が同じであれば、スロットル開度が大きくなるほど、吸気管負圧Pm-egrは大気圧Paに向かって高くなる。また、スロットル開度が同じであれば、EGR開度が大きくなるほど、吸気管負圧Pm-egrは大気圧に向かって大きくなる。 That is, if the EGR opening degree is the same, the more the throttle opening is large, the negative pressure P m-egr intake pipe increases toward the atmospheric pressure P a. If the throttle opening is the same, the intake pipe negative pressure P m-egr increases toward the atmospheric pressure as the EGR opening increases.
そして、機関回転数NEが大きくなると、吸気管圧力Pm-egrは低くなる傾向にあるので、図38に示した例では、機関回転数NEが大きくなるほど、各EGR開度におけるスロットル開度と吸気管圧力との関係を示す曲線は、全体的に、下方に移動する。 Since the intake pipe pressure P m-egr tends to decrease as the engine speed NE increases, in the example shown in FIG. 38, the throttle opening at each EGR opening increases as the engine speed NE increases. The curve indicating the relationship with the intake pipe pressure moves downward as a whole.
図38を参照すれば、スロットル開度が零であって且つEGR開度がθe1であるときには、吸気管圧力は値Pm-egr1となっていることが分かる。一方、吸気管圧力がこの値Pm-egr1であるが、EGR開度が零(θe=0)であるときには、スロットル開度はθt1であることが分かる。
Referring to FIG. 38, it can be seen that when the throttle opening is zero and the EGR opening is
すなわち、吸気管圧力が同じ値Pm-egr1であるときに、スロットル開度が零であれば、EGR開度がθe1であり、逆に、EGR開度が零であれば、スロットル開度はθt1である。
That is, when the intake pipe pressure is the
したがって、図38に示した例において、EGR開度θe1をスロットル開度に換算すると、値θt1であるということになる。同様に、図38に示した例において、EGR開度θe2をスロットル開度に換算すると、値θt2であり、EGR開度θ3をスロットル開度に換算すると、値θt3である。
Therefore, in the example shown in FIG. 38, when the EGR
こうしたEGR開度とそれと等価なスロットル開度(等価スロットル開度)との関係を示すと、図39に示したようになり、ここでは、等価スロットル開度がほぼEGR開度の一次関数となっている。すなわち、図39に示したような関係を利用すれば、EGR開度に等価なスロットル開度を比較的簡単に求めることができる。 The relationship between such an EGR opening and an equivalent throttle opening (equivalent throttle opening) is as shown in FIG. 39. Here, the equivalent throttle opening is almost a linear function of the EGR opening. ing. That is, if the relationship as shown in FIG. 39 is used, the throttle opening equivalent to the EGR opening can be obtained relatively easily.
そこで、等価スロットル開度を図39に示されているマップの形で予め実験などで求めてROM34に記憶しておき、上述した条件、すなわち、EGR制御弁22上下流の圧力がそれぞれスロットル弁18上下流の圧力に等しいという条件が成立するとき、あるいは、この条件が許容されるときには、このマップからEGR開度を引数として等価スロットル開度を算出し、この等価スロットル開度を実際のスロットル開度を加算し、このトータルのスロットル開度を利用するようにしてもよい。
Therefore, the equivalent throttle opening is obtained in advance in the form of a map shown in FIG. 39 by experiments or the like and stored in the
これによれば、上述の実施形態において、EGR開度をパラメータとする必要がなくなるので、マップの作成労力やマップまたは計算式の計算負荷が軽減される。 According to this, in the above-described embodiment, it is not necessary to use the EGR opening as a parameter, so that the map creation effort and the calculation load of the map or the calculation formula are reduced.
もちろん、EGR開度を直接、パラメータとして利用しないので、例えば、マップの引数が1つ減っている形になり、一般的には、マップの引数が1つ減ると、そのマップから算出される値の精度が低くなるが、上述した方法によれば、実質的には、トータルのスロットル開度の中にEGR開度が含まれているので、マップや計算式から算出される値の精度は高い。 Of course, since the EGR opening is not directly used as a parameter, for example, the map argument is reduced by one. In general, when the map argument is decreased by one, a value calculated from the map is obtained. However, according to the above-described method, since the EGR opening is substantially included in the total throttle opening, the accuracy of the value calculated from the map or the calculation formula is high. .
なお、上述したように、機関回転数NEが大きくなると、各EGR開度におけるスロットル開度と吸気管圧力との関係を示す曲線が、全体的に、下方に移動するだけであるので、吸気管圧力を同じ値とするEGR開度とスロットル開度との間の関係は、さほど、変化しない。 As described above, when the engine speed NE increases, the curve indicating the relationship between the throttle opening and the intake pipe pressure at each EGR opening only moves downward, so that the intake pipe The relationship between the EGR opening and the throttle opening with the same pressure does not change much.
したがって、図39に示されているような関数は、機関回転数NEが変動しても、ほぼ同じである。したがって、上述の方法によれば、図39に示されているような1つのマップを利用するだけで、EGR開度を等価スロットル開度に換算することができる。 Therefore, the function as shown in FIG. 39 is substantially the same even if the engine speed NE fluctuates. Therefore, according to the above-described method, the EGR opening can be converted into the equivalent throttle opening only by using one map as shown in FIG.
もちろん、等価スロットル開度への換算精度を向上させるために、算出された等価スロットル開度に対する補正係数を機関回転数NEを変数として求め、例えば、この補正係数を等価スロットル開度に乗じることによって、等価スロットル開度に対する機関回転数の影響を補償するようにしてもよい。 Of course, in order to improve the conversion accuracy to the equivalent throttle opening, a correction coefficient for the calculated equivalent throttle opening is obtained using the engine speed NE as a variable, and, for example, by multiplying the equivalent throttle opening by the correction coefficient. The influence of the engine speed on the equivalent throttle opening may be compensated.
また、図39に示した関係は、スロットル開度が零であるところを基準として導き出される関係であるが、例えば、スロットル開度が機関アイドリング運転時における開度であるところを基準としても、図39に示した関係が導き出される。 Further, the relationship shown in FIG. 39 is a relationship derived with reference to a position where the throttle opening is zero. For example, the relationship shown in FIG. The relationship shown in FIG. 39 is derived.
また、この方法を採用した場合、例えば、吸気管圧力Pm-egrは、機関回転数NEおよびスロットル開度θtの関数(Pm-egr=f5(NE,θt))として予め実験等によって求められてマップの形でROM34に記憶されるが、このマップはEGR装置を備えていない内燃機関において、機関回転数NEおよびスロットル開度θtから定常運転時における吸気管圧力Pm-TAを算出するためのマップと同様であるので、吸気管圧力Pm-egrを算出するためのマップとして、この吸気管圧力Pm-TAを算出するためのマップを利用することができる。 Further, when this method is adopted, for example, the intake pipe pressure P m-egr is previously tested as a function of the engine speed NE and the throttle opening θ t (P m-egr = f 5 (NE, θ t )). Although sought by like are stored in the ROM34 in the form of a map, in an internal combustion engine this map having no EGR device, the intake pipe at the time of steady state operation from the engine speed NE and the throttle opening theta t pressure P m- Since the map is similar to the map for calculating TA , the map for calculating the intake pipe pressure P m-TA can be used as the map for calculating the intake pipe pressure P m-egr .
ところで、スロットル開度θtとスロットル弁18の開口断面積Atとの間には、図40に示したような非線形的な関係がある。
Meanwhile, between the opening cross-sectional area A t of the throttle opening theta t and the
ここで、上述のEGR開度を等価スロットル開度に換算する方法について考えてみると、この方法では、実際のスロットル開度、すなわち、等価スロットル開度が加算される前の元のスロットル開度の値に関係なく、図39に示されている関係を利用してEGR開度から等価スロットル開度が算出される。そして、この等価スロットル開度が実際のスロットル開度に加算される。 Here, when considering a method of converting the above-described EGR opening into an equivalent throttle opening, in this method, the actual throttle opening, that is, the original throttle opening before the equivalent throttle opening is added. Regardless of the value, the equivalent throttle opening is calculated from the EGR opening using the relationship shown in FIG. The equivalent throttle opening is added to the actual throttle opening.
ところが、図40を参照すれば分かるように、スロットル開度θtが同じだけ変化したとしても、元のスロットル開度θtによって、スロットル弁18の開口断面積Atの変化量が異なる。単位スロットル開度当たりのスロットル弁の開口断面積Atの変化割合は、スロットル開度が小さい領域では、比較的小さく、スロットル開度が大きい領域では、比較的大きい。
However, as seen by reference to FIG. 40, as the throttle opening theta t is changed by the same, by the original throttle opening theta t, the change amount of the opening cross-sectional area A t of the
すなわち、同じ等価スロットル開度を実際のスロットル開度に加算したとしても、その影響度合は、実際のスロットル開度、すなわち、元のスロットル開度によって異なるのである。 That is, even if the same equivalent throttle opening is added to the actual throttle opening, the degree of influence varies depending on the actual throttle opening, that is, the original throttle opening.
一方、図39に示したマップを作成するときに基準としたスロットル開度(上述の例では、零、または、アイドリング運転時におけるスロットル開度)における傾きSbを図40の曲線上にて求め、そして、図40の曲線から求まる各スロットル開度における傾きSで上述の傾きSbを割った値Sb/Sをスロットル開度の関数としてプロットすると、図41の実線で示したような曲線が得られる。 On the other hand, the slope Sb at the throttle opening (in the above example, zero or the throttle opening during idling operation) used as a reference when creating the map shown in FIG. 39 is obtained on the curve of FIG. When a value Sb / S obtained by dividing the slope Sb by the slope S at each throttle opening obtained from the curve of FIG. 40 is plotted as a function of the throttle opening, a curve shown by the solid line of FIG. 41 is obtained. .
そして、傾きSbを傾きSで割った値Sb/Sは、実際のスロットル開度に関する等価スロットル開度への補正係数である。すなわち、例えば、実際のスロットル開度がθt1であるときには、図41において、スロットル開度θt1に対応する補正係数K1を等価スロットル開度に乗算し、この補正係数K1を乗算した後の等価スロットル開度を実際のスロットル開度に加算し、トータルのスロットル開度を算出すれば、このトータルのスロットル開度は、スロットル開度θtとスロットル弁18の開口断面積Atとの間の非線形的な関係が考慮された開度となっている。
A value Sb / S obtained by dividing the slope Sb by the slope S is a correction coefficient for the equivalent throttle opening with respect to the actual throttle opening. That is, for example, when the actual throttle opening is
これによれば、等価スロットル開度が算出されるときに、スロットル開度θtとスロットル弁18の開口断面積Atとの間の非線形的な関係が考慮されるので、この等価スロットル開度が加算されたトータルのスロットル開度を利用して算出される値の精度が良くなる。
According to this, when the equivalent throttle opening is calculated, since a non-linear relationship between the opening cross-sectional area A t of the throttle opening theta t and the
なお、図41に示されているように、スロットル開度θtが極めて大きい領域では、スロットル開度θtが大きくなっても、スロットル開口面積Atはそれ以上大きくならなくなり、傾きSが零になるので、この領域では、補正係数Sb/Sは無限大になってしまう。 Incidentally, as shown in Figure 41, the throttle opening theta t is very large area, even if the throttle opening theta t increases, the throttle opening area A t is no longer becoming more large, the gradient S is zero Therefore, in this region, the correction coefficient Sb / S becomes infinite.
一方、この領域では、スロットル開度θtが変わっても、また、EGR開度θeが変化しても、吸気管圧力Pm-egrはほとんど変化しないことが分かっているので、実質的には、等価スロットル開度は極めて小さいか、あるいは、ほとんど零であると考えても問題はない。 On the other hand, in this region, it is known that the intake pipe pressure P m-egr hardly changes even if the throttle opening θ t changes or the EGR opening θ e changes. There is no problem even if the equivalent throttle opening is considered to be very small or almost zero.
そこで、スロットル開度θtが極めて大きい領域では、図41の破線で示したように、補正係数Kは零に向かって徐々に小さくなる値とするようにしてもよい。これによれば、制御上の不都合を回避すると共に制御の連続性を維持し且つ実際の現象に合致するようになる。 Therefore, in the very large region throttle opening theta t, as shown by the broken line in FIG. 41, the correction coefficient K may be gradually reduced values toward zero. This avoids inconveniences in control, maintains continuity of control, and matches the actual phenomenon.
1 機関本体
5 燃焼室
6 吸気弁
7 吸気ポート
8 排気弁
11 燃料噴射弁
13 吸気管
18 スロットル弁
22 EGR制御弁
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