JP5002987B2 - Engine cylinder intake gas amount measuring device - Google Patents

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本発明は、エンジンのシリンダに吸入されるガスの量、詳細には、シリンダに吸入されるガスのうち、燃焼に寄与しない不燃ガスの量を計測し、さらに該不燃ガス量の計測値に基づいて不燃ガスを含まない空気(新気)の量を計測する技術に関する。   The present invention measures the amount of gas sucked into a cylinder of an engine, specifically, the amount of non-combustible gas that does not contribute to combustion among the gas sucked into the cylinder, and further, based on the measured value of the amount of non-combustible gas. The present invention relates to a technique for measuring the amount of air (fresh air) that does not contain non-combustible gas.

特許文献1,2には、エンジンの吸気マニホールドに流入する空気量と、吸気マニホールドから流出してシリンダへ吸入される空気量から吸気マニホールド内の空気量を収支計算しつつ、シリンダに吸入される空気量を、吸気弁閉時期のシリンダ容積を吸・排気弁のバルブオーバラップ量に応じた残留ガス(内部EGRガス)の量に基づいて補正したシリンダ容積と、吸気マニホールド容積と、吸気マニホールド内の空気量と、によって算出することが開示されている。   In Patent Documents 1 and 2, the amount of air flowing into the intake manifold of the engine and the amount of air flowing out of the intake manifold and sucked into the cylinder are calculated and the amount of air in the intake manifold is calculated, and the air is sucked into the cylinder. Cylinder volume corrected based on the amount of residual gas (internal EGR gas) corresponding to the valve overlap amount of the intake / exhaust valve, the cylinder volume at the intake valve closing timing, the intake manifold volume, and the intake manifold interior And calculating the amount of air.

また、特許文献3には、シリンダ吸入EGR量を、吸気マニホールド内に流入するEGR流量を一次遅れ処理して算出することが開示されている。
特願2001−221105号公報 特願2002−227687号公報 特願平10−318047号公報
Patent Document 3 discloses that the cylinder intake EGR amount is calculated by first-order lag processing of the EGR flow rate flowing into the intake manifold.
Japanese Patent Application No. 2001-221105 Japanese Patent Application No. 2002-227687 Japanese Patent Application No. 10-318047

特許文献1,2では、EGR弁を介して吸気マニホールドに流入するEGRガス(外部EGRガス)の影響を考慮していないため、一般的なEGR装置付のエンジンに適用した場合、吸気マニホールド内空気密度の算出誤差が大きく、また、シリンダ吸入EGRガスの影響分の補正ができないので、特に、可変動弁を備えたエンジンでバルブタイミングを急変させた場合などには、シリンダ吸入空気量の算出誤差が大きくなっていた。   In Patent Documents 1 and 2, since the influence of EGR gas (external EGR gas) flowing into the intake manifold via the EGR valve is not considered, when applied to a general engine with an EGR device, the air in the intake manifold Since the calculation error of the density is large and the influence of the cylinder intake EGR gas cannot be corrected, the calculation error of the cylinder intake air amount particularly when the valve timing is suddenly changed in an engine equipped with a variable valve. Was getting bigger.

また、特許文献3のようにシリンダ吸入EGR量を吸気マニホールド内へのEGR流量の一次遅れ処理によって算出する方式では、上記のようにバルブタイミングを急変させた場合などには、シリンダに吸入されるEGRガスの方が、吸気マニホールドに流入するEGRガスより先に位相が変化するので、シリンダ吸入EGRガス量の算出誤差が拡大されてしまうこととなっていた。   Further, in the method of calculating the cylinder intake EGR amount by the first-order lag processing of the EGR flow rate into the intake manifold as in Patent Document 3, when the valve timing is suddenly changed as described above, the cylinder is sucked into the cylinder. Since the phase of the EGR gas changes before the EGR gas flowing into the intake manifold, the calculation error of the cylinder intake EGR gas amount is enlarged.

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、EGRガスなど燃焼に寄与しない不燃ガスのシリンダへの吸入量を高精度に算出し、ひいては不燃ガスを含まない空気のシリンダへの吸入量を高精度に算出して燃料噴射量の制御精度等を高めることを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and calculates the intake amount of non-combustible gas that does not contribute to combustion, such as EGR gas, into the cylinder with high accuracy, and thus, an air cylinder that does not contain non-combustible gas The purpose is to increase the control accuracy of the fuel injection amount by calculating the intake amount to the fuel with high accuracy.

このため、本発明は、エンジンの吸気マニホールド内に占める燃焼に寄与しない不燃ガスの量と、吸気マニホールド内のガスの総量と、シリンダ内に吸入されるガスの総量とを周期的に算出更新しつつ、これらの算出値に基づいてシリンダ内に吸入される不燃ガスの量を求め、不燃ガスを含まないシリンダ吸入空気量を算出するシリンダ吸入ガス量計測装置であって、前記不燃ガスの量には、バルブオーバーラップ期間中に排気通路から吸気通路に吹き返す排気の量及び排気行程時にシリンダから排出されずにシリンダ内に滞留する排気の量の合計である内部EGRガス量が含まれ、吸気マニホールド内のガスの総量は、内部EGRガス量を含む不燃ガス量が加算されて求められ、前記シリンダ内に吸入される不燃ガスの量は、前記吸気マニホールド内に占める不燃ガスの量を吸気マニホールド内のガスの総量で除算した比に、シリンダ内に吸入されるガスの総量を乗算することによって求められ、前記不燃ガスを含まないシリンダ吸入空気量は、前記シリンダ内に吸入されるガスの総量から、対象シリンダの内部EGRガス量が減算されて、さらにシリンダ内に吸入される不燃ガス量が減算されて求められる。 For this reason, the present invention periodically calculates and updates the amount of non-combustible gas that does not contribute to combustion in the intake manifold of the engine, the total amount of gas in the intake manifold, and the total amount of gas sucked into the cylinder. On the other hand, a cylinder intake gas amount measuring device that calculates the amount of non-combustible gas sucked into the cylinder based on these calculated values and calculates the amount of cylinder intake air that does not include non-combustible gas, Includes an internal EGR gas amount that is the sum of the amount of exhaust blown back from the exhaust passage to the intake passage during the valve overlap period and the amount of exhaust retained in the cylinder without being discharged from the cylinder during the exhaust stroke. The total amount of gas inside is obtained by adding the amount of incombustible gas including the amount of internal EGR gas, and the amount of incombustible gas sucked into the cylinder is The ratio of the amount of non-combustible gas in the cylinder divided by the total amount of gas in the intake manifold is multiplied by the total amount of gas sucked into the cylinder. The internal EGR gas amount of the target cylinder is subtracted from the total amount of gas sucked into the cylinder, and the incombustible gas amount sucked into the cylinder is further subtracted.

本発明によると、吸気マニホールド内に占める不燃ガス量の吸気マニホールド内のガスの総量(不燃ガス量+空気量)に対する割合は、シリンダ内に吸入された不燃ガス量のシリンダ内のガスの総量に対する割合と等しいとして近似できるので、吸気マニホールド内に占める不燃ガスの量と、吸気マニホールド内の総ガス量と、シリンダ内の総ガス量との算出値に基づいてシリンダ内に吸入された不燃ガスの量を算出できる。   According to the present invention, the ratio of the incombustible gas amount in the intake manifold to the total amount of gas in the intake manifold (incombustible gas amount + air amount) is based on the incombustible gas amount sucked into the cylinder with respect to the total amount of gas in the cylinder. Since it can be approximated as being equal to the ratio, the amount of nonflammable gas sucked into the cylinder based on the calculated value of the amount of nonflammable gas in the intake manifold, the total gas amount in the intake manifold, and the total gas amount in the cylinder The amount can be calculated.

特に、可変動弁を備えたエンジンで、バルブタイミングを急変させたような過渡状態でも、バルブタイミング変化により変化するシリンダ内の総ガス量を算出することで、同様に変化する不燃ガスの量を高応答で算出更新することができる。
そして、上記シリンダ内の総ガス量からシリンダ内の不燃ガス量を減算することで、不燃ガスを含まない新気の量を高精度に算出することができ、ひいては特に吸気弁のバルブタイミングを可変制御するエンジンにおいて、燃料噴射量制御、空燃比制御の精度をバルブタイミング制御に影響されることなく高精度に維持できる。
In particular, even in a transient state where the valve timing is suddenly changed in an engine equipped with a variable valve, by calculating the total gas amount in the cylinder that changes due to the change in valve timing, the amount of non-combustible gas that changes in the same way can be calculated. It is possible to calculate and update with high response.
Then, by subtracting the amount of incombustible gas in the cylinder from the total amount of gas in the cylinder, the amount of fresh air that does not contain incombustible gas can be calculated with high accuracy, and in particular, the valve timing of the intake valve can be varied. In the engine to be controlled, the accuracy of fuel injection amount control and air-fuel ratio control can be maintained with high accuracy without being affected by valve timing control.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、エンジン(内燃機関)の構成図である。
エンジン1の各気筒のピストン2により画成される燃焼室3には、点火栓4を囲むように、吸気弁5及び排気弁6を備えている。吸気は吸気通路7を通って吸気弁5から燃焼室3内に吸入され、該吸気通路7の途中にマニホールド部(吸気マニホールド)8が配設されている。燃焼室3内の排気は、排気弁6から排気通路9を通って排出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine (internal combustion engine).
The combustion chamber 3 defined by the piston 2 of each cylinder of the engine 1 is provided with an intake valve 5 and an exhaust valve 6 so as to surround the spark plug 4. Intake is drawn into the combustion chamber 3 from the intake valve 5 through the intake passage 7, and a manifold portion (intake manifold) 8 is disposed in the intake passage 7. Exhaust gas in the combustion chamber 3 is discharged from the exhaust valve 6 through the exhaust passage 9.

吸気弁5は、バルブタイミング(開閉時期)を可変な可変動弁機構5aにより制御される。この可変動弁機構5aは、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変更してバルブタイミングを変更する方式の他、吸気弁5の弁体を直接電磁駆動する方式であってもよく、また、バルブタイミングだけでなくリフト量も可変する機構であってもよい。排気弁6については、本実施形態では弁特性を固定とするが、吸気弁同様に可変動弁装置によって弁特性を可変な構成としてもよい。   The intake valve 5 is controlled by a variable valve mechanism 5a having variable valve timing (opening / closing timing). The variable valve mechanism 5a may be a method of directly electromagnetically driving the valve body of the intake valve 5 in addition to a method of changing the valve timing by changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft, A mechanism that varies not only the valve timing but also the lift amount may be used. The exhaust valve 6 has a fixed valve characteristic in the present embodiment, but may have a configuration in which the valve characteristic can be changed by a variable valve device as in the intake valve.

吸気通路7には、マニホールド部8の上流に、電制スロットル弁10が設けられている。吸気通路7にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁11が設けられている。
また、前記排気通路9と吸気通路7のマニホールド部8とを連通させるEGR通路(排気還流通路)12が設けられ、該EGR通路12に介装されたEGR弁13を開くと、圧力差によって排気の一部がマニホールド部8に還流されるようになっている。
An intake throttle valve 10 is provided upstream of the manifold portion 8 in the intake passage 7. The intake passage 7 is also provided with an electromagnetic fuel injection valve 11 at the intake port portion of each cylinder.
Further, an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 12 is provided for communicating the exhaust passage 9 and the manifold portion 8 of the intake passage 7. When the EGR valve 13 interposed in the EGR passage 12 is opened, the exhaust gas is exhausted by a pressure difference. Is partly returned to the manifold portion 8.

ここにおいて、点火栓4、可変動弁装置5a、電制スロットル弁10、燃料噴射弁11及びEGR弁13の作動は、コントロールユニット(ECU)14により制御される。
このECU14には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力することによりクランク角位置θと共にエンジン回転速度Neを検出可能なクランク角センサ15、アクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセルペダルセンサ16、吸気通路7のスロットル弁10上流にてマニホールド部8へ流入する空気流量(質量流量)vQth[kg/h]を計測する熱線式のエアフローメータ17、マニホールド部8内の温度TIN[K]を検出する温度センサ18、排気通路9の排気圧力PEX[Pa]を検出する排気圧力センサ19等からの信号が入力される。後述する第3の実施形態では、排気温度を検出する排気温度センサを設ける。
Here, the operation of the ignition plug 4, the variable valve operating device 5a, the electric throttle valve 10, the fuel injection valve 11 and the EGR valve 13 is controlled by a control unit (ECU) 14.
The ECU 14 outputs a crank angle signal in synchronization with the engine rotation, thereby detecting a crank angle sensor 15 capable of detecting the engine rotational speed Ne together with the crank angle position θ, and an accelerator for detecting an accelerator opening (accelerator pedal depression amount). Pedal sensor 16, hot-wire air flow meter 17 for measuring the air flow rate (mass flow rate) vQth [kg / h] flowing into the manifold portion 8 upstream of the throttle valve 10 in the intake passage 7, the temperature TIN [ K] and the exhaust pressure sensor 19 that detects the exhaust pressure PEX [Pa] of the exhaust passage 9 are input. In a third embodiment to be described later, an exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature is provided.

燃料噴射弁11の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ17により計測される流量vQthに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量QCYL[g]に対し、所望の空燃比となるように制御する。
点火栓4による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、MBT(トルク上の最適点火時期)又はノック限界に制御する。
The fuel injection timing and the fuel injection amount of the fuel injection valve 11 are controlled based on the engine operating conditions, but the fuel injection amount is basically calculated as described later based on the flow rate vQth measured by the air flow meter 17. The cylinder intake air amount QCYL [g] is controlled so as to have a desired air-fuel ratio.
The ignition timing by the spark plug 4 is controlled to MBT (optimum ignition timing on torque) or a knock limit based on engine operating conditions.

本実施形態において、ECU14は、マニホールド部8におけるガスの出入りの収支計算を行いつつマニホールド部8内の総ガス量MAMANI及び不燃ガスとしてEGRガスの量MEMANIと、シリンダ内に吸入された総ガス量MACYLを算出する。そして、前記マニホールド部8内における総ガス量とEGRガス量との比MEMANI/MAMANIが、シリンダ内に吸入された総ガス量とEGRガス量との比に近似できることを用いて、シリンダ吸入EGRガス量を算出し、さらに最終的にEGRガスを含まないシリンダ吸入空気量を算出し、該シリンダ吸入空気量に見合った燃料噴射量を設定して燃料噴射制御する。   In the present embodiment, the ECU 14 calculates the balance of gas flow in and out of the manifold portion 8 while calculating the total gas amount MAMANI in the manifold portion 8, the amount of EGR gas MEMANI as a non-combustible gas, and the total gas amount sucked into the cylinder. MACYL is calculated. Then, the ratio MEMANI / MAMANI between the total gas amount and the EGR gas amount in the manifold portion 8 can be approximated to the ratio between the total gas amount sucked into the cylinder and the EGR gas amount, and the cylinder intake EGR gas The amount is calculated, and finally, the cylinder intake air amount not including the EGR gas is calculated, and the fuel injection amount corresponding to the cylinder intake air amount is set and the fuel injection control is performed.

図2は、燃料噴射制御の全体ブロック図を示す。
シリンダ吸入空気量算出部は、エアフローメータ17で検出されるスロットル通過空気流量Qth、EGR弁13を通過するEGRガス流量QEGR、エンジン回転速度Neを基本的なパラメータとして入力しつつ、マニホールド部8を出入りするEGRガス量及び総ガス量の収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量MACYLを算出する。なお、このシリンダ吸入空気量MACYLその他後述する各値は、単位時間周期Δt毎に算出して更新する。
FIG. 2 shows an overall block diagram of fuel injection control.
The cylinder intake air amount calculation unit inputs the manifold passage 8 while inputting the throttle passage air flow rate Qth detected by the air flow meter 17, the EGR gas flow rate QEGR passing through the EGR valve 13, and the engine rotation speed Ne as basic parameters. The cylinder intake air amount MACYL is calculated while calculating the balance of the amount of EGR gas entering and exiting and the total gas amount. The cylinder intake air amount MACYL and other values to be described later are calculated and updated every unit time period Δt.

シリンダ吸入EGRガス量算出部は、EGRガス流量QEGR、エンジン回転速度Neを基本的なパラメータとして入力しつつ、マニホールド部8を出入りするEGRガス量の収支計算を行いつつシリンダ内に吸入されるEGRガスの量(シリンダ吸入EGRガス量)MECYL]を算出する。
ここで、既燃成分を含むEGRガスと空気とは同一状態(温度、圧力)での量(質量)が若干異なるが、最終的に求めたいのはEGRガスを含まない空気の量(質量)であり、EGRガスを空気として取り扱い、空気相当の量(質量)を算出することとする。以下の演算でも同様であり、総ガス量もEGRガス量を空気に換算した量と実際の空気の量とを合計した量として算出する。このようにすれば、空気のみで取り扱えるので収支計算しやすくなる。あるいは、EGRガス、空気の区別なく、モル流量、モル量で取り扱うようにしてもよい。
The cylinder intake EGR gas amount calculation unit inputs the EGR gas flow rate QEGR and the engine rotation speed Ne as basic parameters, and calculates the balance of the amount of EGR gas entering and exiting the manifold unit 8 while taking in the EGR into the cylinder. Gas amount (cylinder suction EGR gas amount) MECYL] is calculated.
Here, EGR gas containing burned components and air have slightly different amounts (mass) in the same state (temperature, pressure), but what we want to finally find is the amount (mass) of air that does not contain EGR gas. Therefore, the EGR gas is handled as air, and the amount (mass) equivalent to air is calculated. The same applies to the following calculation, and the total gas amount is also calculated as the total amount of the amount of EGR gas converted to air and the actual amount of air. This makes it easy to calculate the balance because it can be handled only by air. Or you may make it handle by a molar flow rate and a molar amount, without distinction of EGR gas and air.

上記両算出部は、それぞれの収支計算の過程で算出されるパラメータをやり取りして演算する。
マニホールド部圧算出部は、前記マニホールド内の総ガス量及び前記温度センサ18で検出されたマニホールド温度TINに基づいて、マニホールド部8内の圧力(マニホールド内圧力=吸気圧力)PINを算出する。
Both the calculation units exchange and calculate parameters calculated in the respective balance calculation processes.
The manifold pressure calculation unit calculates a pressure (manifold pressure = intake pressure) PIN in the manifold 8 based on the total gas amount in the manifold and the manifold temperature TIN detected by the temperature sensor 18.

基本燃料噴射パルス幅算出部は、シリンダ吸入空気量MACYLに基づいて基本燃料噴射パルス幅Tpを算出する。
燃料噴射パルス幅算出部は、前記基本燃料噴射パルス幅Tpを補正して、最終的な燃料噴射パルス幅Tiを算出する。
燃料噴射弁駆動部は、前記燃料噴射パルス幅Tiに相当するパルス幅の燃料噴射信号を出力して燃料噴射弁11を駆動し、算出されたシリンダ吸入空気量MACYLに見合った燃料噴射量を噴射供給する。
The basic fuel injection pulse width calculation unit calculates a basic fuel injection pulse width Tp based on the cylinder intake air amount MACYL.
The fuel injection pulse width calculation unit corrects the basic fuel injection pulse width Tp to calculate a final fuel injection pulse width Ti.
The fuel injection valve drive unit outputs a fuel injection signal having a pulse width corresponding to the fuel injection pulse width Ti to drive the fuel injection valve 11 and injects a fuel injection amount corresponding to the calculated cylinder intake air amount MACYL. Supply.

図3は、前記シリンダ内EGRガス量算出部の詳細を示す。
前記EGR弁13を通過するEGRガス流量QEGR[kg/h]に、EGR弁13からシリンダまでの伝達遅れ分の無駄時間補正を施したEGRガス流量QEGRD[kg/h]を算出する。
前記マニホールド部8に流入するEGRガス流量QEGRD[kg/h]から、マニホールド部8を流出してシリンダに吸入されるEGRガス流量QECYL[kg/h]を差し引いた流量を、この演算の実行周期Δt[s]当たりのマニホールド部8におけるEGRガスの収支量(変化量)ΔMEMANI[g]に換算する。なお、ΔMEMANI[g]が正の値であるときは、マニホールド部8内のEGRガス量は増加し、負の値であるときは、EGRガス量が減少する。
FIG. 3 shows details of the in-cylinder EGR gas amount calculation unit.
An EGR gas flow rate QEGRD [kg / h] is calculated by performing dead time correction corresponding to a transmission delay from the EGR valve 13 to the cylinder to the EGR gas flow rate QEGR [kg / h] passing through the EGR valve 13.
The flow rate obtained by subtracting the EGR gas flow rate QECYL [kg / h] flowing out of the manifold unit 8 and sucked into the cylinder from the EGR gas flow rate QEGRD [kg / h] flowing into the manifold unit 8 is an execution period of this calculation. It is converted into a balance amount (change amount) ΔMEMANI [g] of EGR gas in the manifold portion 8 per Δt [s]. When ΔMEMANI [g] is a positive value, the amount of EGR gas in the manifold portion 8 is increased, and when it is a negative value, the amount of EGR gas is decreased.

ΔMEMANI=(QTRM−QCYLz)×Δt×(1000/60/60)・・(1)
前記マニホールド内EGRガス収支量ΔMEMANI[g]を、マニホールド内EGRガス量の前回算出値MEMANIz[g]に積算して現在のマニホールド内EGRガス量MEMANI[g]を算出する。
ΔMEMANI = (QTRM−QCYLz) × Δt × (1000/60/60) (1)
The EGR gas balance amount ΔMEMANI [g] in the manifold is added to the previously calculated value MEMANIz [g] of the EGR gas amount in the manifold to calculate the current EGR gas amount MEMANI [g] in the manifold.

MEMANI=MEMANIz+ΔMEMANI・・・(2)
前記マニホールド内EGRガス量MEMANI[g]を、マニホールド内総ガス量MAMANI[g]で除算して、EGRガス量比MEGMNRを算出する。ここで、マニホールド内総ガス量MAMANIは、後述するシリンダ内空気量算出部でマニホールド部8内のEGRガス量とEGRガスを含まない空気量とを加算して算出された値を入力して用いる。
MEMANI = MEMANIz + ΔMEMANI (2)
The EGR gas amount ratio MEGMNR is calculated by dividing the EGR gas amount MEMANI [g] in the manifold by the total gas amount MANANI [g] in the manifold. Here, the total gas amount MAMANI in the manifold is used by inputting a value calculated by adding an EGR gas amount in the manifold portion 8 and an air amount not including the EGR gas in a cylinder air amount calculation unit described later. .

MEGMNR=MEMANI/MAMANI・・・(3)
そして、シリンダ内においてもマニホールド部8内と同一のEGRガス量比でEGRガスを含んでいるとして、シリンダ内総ガス量MACYL0[g]に、前記EGRガス量比MEGMNRを乗算して、1シリンダ、かつ1サイクル当たりのシリンダ吸入EGRガス量MECYL[g]を算出する。ここで、シリンダ吸入総ガス量MACYL0[g]も、後述するシリンダ吸入空気量算出部でシリンダ吸入EGRガス量とシリンダ吸入空気量とを加算して算出された値を入力して用いる。
MEGMNR = MEMANI / MAMANI (3)
Then, assuming that EGR gas is contained in the cylinder at the same EGR gas amount ratio as in the manifold section 8, the cylinder total gas amount MACYL0 [g] is multiplied by the EGR gas amount ratio MEGMNR. And the cylinder intake EGR gas amount MECYL [g] per cycle is calculated. Here, the cylinder intake total gas amount MACYL0 [g] is also used by inputting a value calculated by adding the cylinder intake EGR gas amount and the cylinder intake air amount in a cylinder intake air amount calculation unit described later.

MECYL=MACYL0×MEGMNR・・・(4)
前記EGRガス量MECYL[g]を、エンジン回転速度Neに基づいてシリンダ内へ吸入される時間当たりのEGRガス流量QECYL[kg/h]に換算する。
QECYL=MECYL×Ne×mNREF×60/1000・・・(5)
ただし、mNREFは、エンジン1回転当たりの総吸気行程回数(4サイクルエンジンでは、mNREF=エンジンの気筒数/2)である。
MECYL = MACYL0 × MEGMNR (4)
The EGR gas amount MECYL [g] is converted into an EGR gas flow rate QECYL [kg / h] per time taken into the cylinder based on the engine rotational speed Ne.
QECYL = MECYL × Ne × mNREF × 60/1000 (5)
However, mNREF is the total number of intake strokes per engine revolution (in a 4-cycle engine, mNREF = number of engine cylinders / 2).

図4は、シリンダ吸入空気量算出部の詳細を示す。
前記エアフローメータ17で検出されるマニホールド部8への空気流量(マニホールド流入空気流量)Qth[kg/h]に、無駄時間補正前のEGRガス流量QEGR[kg/h]を加算して、マニホールド部8へ流入するガスの総流量(マニホールド流入総ガス流量)QTRM[kg/h]を算出する。
FIG. 4 shows details of the cylinder intake air amount calculation unit.
The EGR gas flow rate QEGR [kg / h] before the dead time correction is added to the air flow rate (manifold inflow air flow rate) Qth [kg / h] to the manifold portion 8 detected by the air flow meter 17, and the manifold portion 8 calculates the total flow rate of the gas flowing into the manifold 8 (manifold inflow total gas flow rate) QTRM [kg / h].

QTRM=Qth+QEGR・・・(6)
前記マニホールド流入総ガス流量QTRM[kg/h]から、前回演算されたシリンダへ吸入されるガスの総流量(シリンダ吸入総ガス流量)QCYLz[kg/h]を差し引いた流量を、この演算の実行周期Δt[s]当たりのマニホールド部8内の総ガスの収支量(変化量)ΔMAMANI[g]に換算する。ΔMAMANI[g]が正の値であるときは、マニホールド部8内の総ガス量は増加し、負の値であるときは、総ガス量が減少する。
QTRM = Qth + QEGR (6)
Execution of this calculation is performed by subtracting the total flow rate of gas sucked into the cylinder previously calculated (cylinder intake total gas flow rate) QCYLz [kg / h] from the manifold inflow total gas flow rate QTRM [kg / h]. The total gas balance amount (change amount) ΔMAMANI [g] in the manifold portion 8 per period Δt [s] is converted. When ΔMAMANI [g] is a positive value, the total gas amount in the manifold portion 8 increases, and when it is a negative value, the total gas amount decreases.

ΔMAMANI=(QTRM−QCYLz)×Δt×(1000/60/60)・・(7)
前記マニホールド内総ガス収支量ΔMAMANI[g]を、マニホールド内総ガス量の前回算出値MAMANIz[g]に積算して、現在のマニホールド内総ガス量MAMANI[g]を算出する。
ΔMAMANI = (QTRM−QCYLz) × Δt × (1000/60/60) (7)
The in-manifold total gas balance amount ΔMAMANI [g] is added to the previously calculated value MAMANIz [g] of the in-manifold total gas amount to calculate the current in-manifold total gas amount MAMANI [g].

MAMANI=MAMANIz+ΔMAMANI・・・(8)
前記マニホールド内総ガス量MAMANI[g]を、吸気マニホールドの実効容積VMANI[m]で除算して、マニホールド部8内のガスの密度DMANI[g/m]を算出する。
DMANI=MAMANI/VMANI・・・(9)
ここで、マニホールド容積VMANI[m]は、簡易的には、スロットル弁の回転軸の位置から吸気ポートまでの固定された容積(幾何マニホールド容積VMANI#)を用いればよいが、この容積に吸気行程にあるシリンダにおいて吸気弁が閉じる直前でマニホールド部8と連通する総シリンダ容積を加算した値を実効容積として用いると、ガス密度を高精度に算出できる。
MAMANI = MAMANIz + ΔMAMANI (8)
The total gas amount MAMANI [g] in the manifold is divided by the effective volume VMANI [m 3 ] of the intake manifold to calculate the gas density DMANI [g / m 3 ] in the manifold portion 8.
DMANI = MAMANI / VMANI (9)
Here, as the manifold volume VMANI [m 3 ], a fixed volume (geometric manifold volume VMANI #) from the position of the rotary shaft of the throttle valve to the intake port may be used for simplicity. If the value obtained by adding the total cylinder volume communicating with the manifold portion 8 immediately before the intake valve closes in the cylinder in the stroke is used as the effective volume, the gas density can be calculated with high accuracy.

前記マニホールド内ガス密度DMANI[g/m]に、吸気弁閉時期によって求められるシリンダの実効行程容積VCYL[m]を乗算して、シリンダに吸入されたガスの総量(シリンダ吸入総ガス量)MACYL0[g]を算出する。すなわち、マニホールド部8内とシリンダ内とでガスの密度に実質的な差が生じない(温度及び圧力がほぼ一致する。)ものとして扱うのである。 The in-manifold gas density DMANI [g / m 3 ] is multiplied by the effective stroke volume VCYL [m 3 ] of the cylinder determined by the intake valve closing timing, and the total amount of gas sucked into the cylinder (total amount of cylinder suction gas) ) MACYL0 [g] is calculated. That is, it is handled that there is no substantial difference in gas density between the manifold portion 8 and the cylinder (temperature and pressure are substantially the same).

MACYL0=DMANI×VCYL・・・(10)
前記シリンダ吸入総ガス量MACYL[g]を、エンジン回転速度Neに基づいてシリンダ内へ吸入される時間当たりの総ガス流量QCYL[kg/h]に換算する。
QCYL=MACYL×Ne×NREF×60/1000・・・(11)
一方、前記シリンダ吸入ガス総量MACYL0から前記シリンダ吸入EGR量を差し引いて、1サイクル当たりにシリンダに吸入されるEGRガスを含まない空気の量(シリンダ吸入空気量)MACYL[g]を算出する。
MACYL0 = DMANI × VCYL (10)
The cylinder intake total gas amount MACYL [g] is converted into a total gas flow rate QCYL [kg / h] per time taken into the cylinder based on the engine rotational speed Ne.
QCYL = MACYL × Ne × NREF × 60/1000 (11)
On the other hand, the cylinder intake EGR amount is subtracted from the cylinder intake gas total amount MACYL0 to calculate the amount of air (Cylinder intake air amount) MACYL [g] that does not include the EGR gas sucked into the cylinder per cycle.

MACYL=MACYL0−MECYL・・・(11)
前記シリンダ吸入空気量MACYLに、係数KCONST[ms/g]を乗算してリアルタイムの基本燃料噴射パルス幅TPTRMN[ms]を算出する。
TPTRMN=KCONST×MACYL・・・(12)
吸気脈動の影響を回避するため、上記TPTRMN[ms]を加重平均して最終的な基本燃料噴射パルス幅Tp[ms]を算出する。
MACYL = MACYL0-MECYL (11)
The cylinder intake air amount MACYL is multiplied by a coefficient KCONST [ms / g] to calculate a real-time basic fuel injection pulse width TPTRMN [ms].
TPTRMN = KCONST × MACYL (12)
In order to avoid the influence of the intake pulsation, the final basic fuel injection pulse width Tp [ms] is calculated by weighted averaging of the TPTRMN [ms].

このようにすれば、マニホールド部8内のEGRガス量と総ガス量とを周期的に収支計算しながら、ガス量比に基づいてシリンダ内に吸入されるEGRガス量を正確に算出できる。
そして、前記シリンダ吸入EGRガス量に基づいて、EGRガスを含まないシリンダ吸入空気量(新気量)を過渡時にも正確に算出しつつ該新気量に見合った高精度、高応答な燃料噴射量制御(空燃比制御)を行うことができる。
In this way, the EGR gas amount sucked into the cylinder can be accurately calculated based on the gas amount ratio while periodically calculating the balance of the EGR gas amount and the total gas amount in the manifold portion 8.
Based on the cylinder intake EGR gas amount, the cylinder intake air amount (fresh air amount) that does not include EGR gas is accurately calculated even in a transient state, and highly accurate and responsive fuel injection corresponding to the new air amount is performed. Quantity control (air-fuel ratio control) can be performed.

図5は、図4のシリンダ内空気量算出部の一部を変形した実施形態を示す。
図4では、吸入総ガス量MACYL0から図3で算出したシリンダ吸入EGRガス量MECYLを減算してシリンダ吸入空気量MACYLを算出したが、本実施形態では、図3で算出されたEGRガス量の総ガス量に対するガス量比MEGMNRを1(100%)から減算して、EGRガスを含まない空気量の総ガス量に対するガス量比MAGMNRを算出し、このガス量比MAGMNRを吸入総ガス量MACYL0に乗じることによりシリンダ吸入空気量MACYLを算出する。
FIG. 5 shows an embodiment in which a part of the cylinder air amount calculation unit in FIG. 4 is modified.
In FIG. 4, the cylinder intake air amount MACYL is calculated by subtracting the cylinder intake EGR gas amount MECYL calculated in FIG. 3 from the total intake gas amount MACYL0. However, in this embodiment, the EGR gas amount calculated in FIG. The gas amount ratio MEGMNR with respect to the total gas amount is subtracted from 1 (100%) to calculate the gas amount ratio MAGMNR with respect to the total gas amount of the air amount not including the EGR gas, and this gas amount ratio MAGMNR is calculated as the total intake gas amount MACYL0. The cylinder intake air amount MACYL is calculated by multiplying by.

MACYL=(1−MEGMNR)×MACYL0
=MAGMNR×MACYL0・・・(13)
以上、図4、図5に示したシリンダ内空気量算出部では、マニホールド内の総ガス量の算出に際して、EGRガス流量QEGRを用いたが、図6に示すシリンダ内空気量算出部の実施形態では、EGRガス流量QEGRは用いず、図3で算出したマニホールド内EGRガス量MEMANIを、EGRガスを含まないマニホールド内空気量MAMANI0’ (マニホールド部8の空気量収支の積算値として求められる)に加算することで、マニホールド内総ガス量を算出する。
MACYL = (1-MEGMNR) × MACYL0
= MAGGMNR × MACYL0 (13)
4 and 5, the EGR gas flow rate QEGR is used for calculating the total gas amount in the manifold. However, the embodiment of the in-cylinder air amount calculation unit shown in FIG. Then, the EGR gas flow rate QEGR is not used, and the in-manifold EGR gas amount MEMANI calculated in FIG. 3 is changed to the in-manifold air amount MAMANI0 ′ (which is obtained as an integrated value of the air amount balance of the manifold portion 8). By adding, the total gas amount in the manifold is calculated.

MAMANI=MEMANI+MAMANI0’ ・・・(14)
また、シリンダ吸入総ガス量MACYL0からシリンダ吸入EGRガス量MECYLを減算したシリンダ吸入空気量MACYLに対して、エンジン回転速度Neに基づいてシリンダ内へ吸入される時間当たりの空気流量QCYL’[kg/h]への換算を行う。
QCYL’=MACYL×Ne×NREF×60/1000・・・(15)
また、以上示した実施形態では、内部EGR量(シリンダ残ガス量)については、最も簡易的には、前記シリンダの実効行程容積VCYLを、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積からピストン上死点位置におけるシリンダ容積を差し引いて算出した実効行程容積を用いることで、予め内部EGR量分を除去して算出することができる。
MAMANI = MEMANI + MAMANI0 ′ (14)
Further, an air flow rate QCYL ′ [kg / in which is drawn into the cylinder based on the engine rotational speed Ne with respect to the cylinder intake air amount MACYL obtained by subtracting the cylinder intake EGR gas amount MECYL from the cylinder intake total gas amount MACYL0. h].
QCYL ′ = MACYL × Ne × NREF × 60/1000 (15)
In the embodiment described above, the internal EGR amount (cylinder residual gas amount) is most simply calculated by changing the effective stroke volume VCYL of the cylinder from the cylinder volume at the intake valve closing timing to the piston top dead center position. By using the effective stroke volume calculated by subtracting the cylinder volume, the internal EGR amount can be removed in advance.

しかし、この方法では、バルブオーバラップによる排気の吹き返し量等が考慮されておらず、内部EGRガス量を正確に算出できていない。そこで、より正確には、吸気弁閉時期、エンジン回転速度Ne、吸気圧力(マニホールド部8圧力)PIN基づいて、シリンダ内の全ガス量に対する内部EGRガス量のガス量比を予め計測しておき、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から内部EGRガスのガス量比分の容積を減算した容積をシリンダ実効容積として用いることで内部EGRガス量の影響を十分に除去できる。   However, this method does not take into account the amount of exhaust blow-back due to valve overlap, and the internal EGR gas amount cannot be calculated accurately. Therefore, more precisely, the gas amount ratio of the internal EGR gas amount to the total gas amount in the cylinder is measured in advance based on the intake valve closing timing, the engine rotational speed Ne, and the intake pressure (manifold portion 8 pressure) PIN. The effect of the internal EGR gas amount can be sufficiently removed by using the volume obtained by subtracting the volume corresponding to the gas amount ratio of the internal EGR gas from the cylinder volume at the intake valve closing timing as the cylinder effective volume.

なお、マニホールド部8の実効容積についても、吸気弁閉時期直前でマニホールド部8が連通するのは、この吸気弁閉時期直前にあるシリンダの他、吸気弁が開かれ吸気行程が開始されまたは途中にあるシリンダについてそれぞれ内部EGRガス容積相当分として減算して算出するのがよい。
図7は、内部EGRガス量を質量として算出しつつマニホールド内総ガス量の収支計算に反映させた実施形態を示す。
As for the effective volume of the manifold portion 8, the manifold portion 8 communicates immediately before the intake valve closing timing, in addition to the cylinder immediately before the intake valve closing timing, as well as when the intake valve is opened and the intake stroke starts. It is preferable to calculate by subtracting the amount corresponding to the internal EGR gas volume for each of the cylinders.
FIG. 7 shows an embodiment in which the internal EGR gas amount is calculated as a mass and is reflected in the calculation of the balance of the total gas amount in the manifold.

図8は、本実施形態におけるシリンダ実効容積及び実効マニホールド容積算出の構成を示す。
まず、図9を参照して、吸気弁閉時期IVC、エンジン回転速度Ne及び吸気圧力PINをもとに、吸気弁閉時期IVCにあるシリンダ(対象シリンダ)c1及び該対象シリンダのIVCにおいてマニホールド部8に連通するシリンダ(連通シリンダ)c4について、吸気効率ITAV1、ITAV2を算出する。
FIG. 8 shows a configuration for calculating the cylinder effective volume and the effective manifold volume in the present embodiment.
First, referring to FIG. 9, based on the intake valve closing timing IVC, the engine rotational speed Ne, and the intake pressure PIN, the cylinder (target cylinder) c1 at the intake valve closing timing IVC and the manifold portion in the IVC of the target cylinder The intake efficiency ITAV1, ITAV2 is calculated for a cylinder (communication cylinder) c4 that communicates with No.8.

そして、対象シリンダc1の実容積(=VC1+VPROOF#;VPROOF#は、ピストンが移動する空間を除く燃焼室部分の容積)に吸気効率ITAV1を乗算して、対象シリンダの実効容積VCYL1’を算出し、IVCにおける連通シリンダc4の実容積(=VC2+VPROOF#)に吸気効率ITAV2を乗算して、連通シリンダc4の実効容積VCYL2’を算出する。   Then, the actual volume of the target cylinder c1 (= VC1 + VPROOF #; VPROOF # is the volume of the combustion chamber portion excluding the space in which the piston moves) is multiplied by the intake efficiency ITAV1, and the effective volume VCYL1 ′ of the target cylinder is calculated. The effective volume VCYL2 ′ of the communication cylinder c4 is calculated by multiplying the actual volume (= VC2 + VPROOF #) of the communication cylinder c4 in IVC by the intake efficiency ITAV2.

VCYL1’=(VC1+VPROOF#)×ITAV1・・・(16)
VCYL2’=(VC2+VPROOF#)×ITAV2・・・(17)
算出したVCYL1’、 VCYL2’に前記幾何マニホールド容積VMANI#を加算し、実効マニホールド容積VMANIを算出する。
VMANI=VMANI#+VCYL1’+VCYL2’ ・・・(18)
次に、内部EGRガス量の算出を以下のように行う。図10は、内部EGRガス量算出の構成を示す。
VCYL1 ′ = (VC1 + VPROOF #) × ITAV1 (16)
VCYL2 ′ = (VC2 + VPROOF #) × ITAV2 (17)
The geometric manifold volume VMANI # is added to the calculated VCYL1 ′ and VCYL2 ′ to calculate the effective manifold volume VMANI.
VMANI = VMANI # + VCYL1 ′ + VCYL2 ′ (18)
Next, the internal EGR gas amount is calculated as follows. FIG. 10 shows a configuration for calculating the internal EGR gas amount.

本実施形態では、内部EGRガス量MRESを、バルブオーバラップ期間中に排気通路から吸気通路に吹き返す排気の量(吹き返しガス量)MRESOLと、排気行程時にシリンダから排出されずにシリンダ内に滞留する排気の量(滞留ガス量)MRESEVCとの合計として算出する。なお、吸気弁5の弁特性のみ可変とし、排気弁6の弁特性は一定とする。   In the present embodiment, the internal EGR gas amount MRES stays in the cylinder without being discharged from the cylinder during the exhaust stroke and the amount of exhaust (blow-back gas amount) MRESOL that blows back from the exhaust passage to the intake passage during the valve overlap period. Calculated as the sum of the exhaust amount (residual gas amount) MRESEVC. Only the valve characteristic of the intake valve 5 is variable, and the valve characteristic of the exhaust valve 6 is constant.

そして、吸気弁閉時期IVC及び排気の温度TEX、圧力PEXに基づいて、下式(19)〜(23)により吹き返しガス量MRESOLを算出する。TEX、PEXは、排気マニホールド等に設けた排気温度センサ、排気圧力センサにより検出することができる。
下式(19)は、最終的にMRESOLを算出する式を示す。
MRESOL=(MRESOLtemp×ASUMOL×60)/(NE×360)・・・(19)
式(19)において、MRESOLtempは、排気が吹き返す際の平均流速であり、吸気弁5または排気弁6により吸気ポートまたは排気ポートに形成される微小な隙間をオリフィスとみなして、下式(20)により算出する。
Based on the intake valve closing timing IVC, the exhaust gas temperature TEX, and the pressure PEX, the blowback gas amount MRESOL is calculated by the following equations (19) to (23). TEX and PEX can be detected by an exhaust temperature sensor or an exhaust pressure sensor provided in an exhaust manifold or the like.
The following equation (19) is an equation for finally calculating MRESOL.
MRESOL = (MRESOLtemp × ASUMOL × 60) / (NE × 360) (19)
In the equation (19), MRESOLtemp is an average flow velocity when the exhaust gas blows back. The minute gap formed in the intake port or the exhaust port by the intake valve 5 or the exhaust valve 6 is regarded as an orifice, and the following equation (20) Calculated by

MREStemp=1.4×PEVC×MRSOLD×MRSOLP・・・(20)
式(20)において、PEVCは、排気弁閉時期EVCにおけるシリンダ内圧力であり、EVC直前における排気圧力PEXにより近似する。同じく、MRSOLDは、排気の密度であり、排気のガス定数REX、及びEVCにおけるシリンダ内温度TEVCをもとに、下式(21)により算出する。
MREStemp = 1.4 × PEVC × MRSOLD × MRSOLP (20)
In Expression (20), PEVC is the pressure in the cylinder at the exhaust valve closing timing EVC, and is approximated by the exhaust pressure PEX immediately before EVC. Similarly, MRSOLD is the density of exhaust gas, and is calculated by the following equation (21) based on the exhaust gas constant REX and the in-cylinder temperature TEVC at EVC.

Figure 0005002987
Figure 0005002987

式(21)で、REXは、目標当量比に基づいて算出することができ、本実施形態では、これを示すものとして係数KCONSTを採用することができる。TEVCは、EVC直前における排気温度TEXにより近似する。
式(20)において、MRSOLPは、排気の圧力であり、吸気マニホールドと排気マニホールドとの間の圧力比PINBYEX(=PIN/PEX)をもとに、下式(22)により算出する。SHEATRは、比熱比であり、目標当量比に基づいて算出することができる。
In Expression (21), REX can be calculated based on the target equivalence ratio, and in the present embodiment, the coefficient KCONST can be adopted as an indication of this. TEVC is approximated by the exhaust temperature TEX immediately before EVC.
In the equation (20), MRSOLP is the pressure of the exhaust gas, and is calculated by the following equation (22) based on the pressure ratio PINBYEX (= PIN / PEX) between the intake manifold and the exhaust manifold. SHEATR is a specific heat ratio and can be calculated based on a target equivalent ratio.

Figure 0005002987
Figure 0005002987

また、式(19)において、ASUMOLは、前記オリフィスの積算開口面積であり、下式(23)に示すように、吸気弁5または排気弁6のうちリフト量の小さい方の弁が形成するクランク角Δθ毎の区間開口面積ASIITAを、オーバーラップ期間全体に渡り積算して算出する。
ASUMOL=Σ(ASIITA×θ)・・・(23)
他方、滞留ガス量算出部では、排気の温度TEX、圧力PEXをもとに、下式(24)により滞留ガス量MRESEVCを算出する。
In equation (19), ASUMOL is the integrated opening area of the orifice, and as shown in the following equation (23), the crank formed by the intake valve 5 or the exhaust valve 6 with the smaller lift amount is formed. The section opening area ASIITA for each angle Δθ is calculated by integrating over the entire overlap period.
ASUMOL = Σ (ASIITA × θ) (23)
On the other hand, the staying gas amount calculation unit calculates the staying gas amount MRESEVC by the following equation (24) based on the exhaust gas temperature TEX and the pressure PEX.

MRESEVC=(PEVC×VEVC)/(REX×TEVC)・・・(24)
式(24)で、シリンダ内圧力PEVC、温度TEVCをEVC直前における排気圧力PEXおよび温度TEXにより近似することができ、ガス定数REXを目標当量比に基づいて算出することができるのは、上記のとおりである。また、VEVCは、排気弁閉時期EVCにおけるシリンダの容積であるが、本実施形態では排気弁6の弁特性が不変であるため、予め算出し、ECU14に記憶させておく。
MRESEVC = (PEVC × VEVC) / (REX × TEVC) (24)
In the equation (24), the cylinder pressure PEVC and the temperature TEVC can be approximated by the exhaust pressure PEX and the temperature TEX immediately before EVC, and the gas constant REX can be calculated based on the target equivalent ratio. It is as follows. VEVC is the cylinder volume at the exhaust valve closing timing EVC. In this embodiment, since the valve characteristic of the exhaust valve 6 is unchanged, it is calculated in advance and stored in the ECU 14.

以上のようにして算出される吹き返しガス量MRESOL及び滞留ガス量MRESEVCをもとに、対象シリンダc1について下式(25)により第1の内部EGRガス量MRES1を算出する。
MRES1=MRESOL1+MRESEVC1・・・(25)
また、MRESOL,MRESEVCをもとに、連通シリンダについて下式(26)により第2の内部EGRガス量MRES2を算出する。
Based on the blowback gas amount MRESOL and the staying gas amount MRESEVC calculated as described above, the first internal EGR gas amount MRES1 is calculated for the target cylinder c1 by the following equation (25).
MRES1 = MRESOL1 + MRESEVC1 (25)
Further, based on MRESOL and MRESEVC, the second internal EGR gas amount MRES2 is calculated by the following equation (26) for the communication cylinder.

MRES2=MRESOL2+MRESEVC2
=MRESOL1×OLRATIO+MRESEVC2・・・(26)
(26)式で、OLRATIOは、オーバーラップ開口面積比であり、連通シリンダについて算出される、バルブオーバラップ期間中のクランク角θivcまでの積算開口面積SIGMAAと、対象シリンダについて算出される、オーバーラップ期間全体に亘る積算開口面積ASUMOLとの比として、下式(27)により算出する。
MRES2 = MRESOL2 + MRESEVC2
= MRESOL1 × OLRATIO + MRESEVC2 (26)
In the equation (26), OLRATIO is the overlap opening area ratio, and is calculated for the communication cylinder, and is calculated for the integrated opening area SIGMAA up to the crank angle θivc during the valve overlap period and the target cylinder. As a ratio with the integrated opening area ASUMOL over the entire period, it is calculated by the following equation (27).

OLRATIO=SIGMAA/ASUMOL・・・(27)
図11は、オーバーラップ期間中における吸気弁5および排気弁6の弁特性を示しており、斜線で示す部分の面積がSIGMAAに相当する。
図12は、クランク角θivcにおける対象シリンダ及び連通シリンダのピストン位置を示しており、4気筒エンジンの場合を(a)に、6気筒エンジンの場合を(b)に示している。4気筒エンジンの場合は、対象シリンダc1が吸気弁閉時期IVCにあるθivcにおいて、連通シリンダc4が排気弁閉時期EVCを過ぎているため、OLRATIOは1に設定される。他方、6気筒エンジンの場合は、θivcにおいて、2つの連通シリンダc2、c3のうち、一方がEVCを通り過ぎているが、他方がオーバーラップ期間中にあるため、連通シリンダc2については、OLRATIOは1に、連通シリンダc3については、OLRATIOは1未満の値に設定される。なお、オーバーラップ期間が存在しない場合は、吹き返しガス量MRESOLが0となり、内部EGRガス量として滞留ガス量MRESEVCが出力される。
OLRATIO = SIGMAA / ASUMOL (27)
FIG. 11 shows the valve characteristics of the intake valve 5 and the exhaust valve 6 during the overlap period, and the area of the hatched portion corresponds to SIGMAA.
FIG. 12 shows the piston positions of the target cylinder and the communication cylinder at the crank angle θivc. FIG. 12A shows the case of a 4-cylinder engine and FIG. 12B shows the case of a 6-cylinder engine. In the case of a four-cylinder engine, OLRATIO is set to 1 because the communication cylinder c4 has passed the exhaust valve closing timing EVC at θivc when the target cylinder c1 is at the intake valve closing timing IVC. On the other hand, in the case of a 6-cylinder engine, at θivc, one of the two communicating cylinders c2 and c3 passes through EVC, but the other is in the overlap period, so that the OLATIO is 1 for the communicating cylinder c2. For the communication cylinder c3, OLRATIO is set to a value less than 1. When there is no overlap period, the blow-back gas amount MRESOL becomes 0, and the staying gas amount MRESEVC is output as the internal EGR gas amount.

そして、対象シリンダの内部EGRガス量MRES1と、連通シリンダの内部EGRガス量MRES2とを加算し、総内部EGRガス量MRESTTLを算出する。
図7に戻って、上記のように算出した総内部EGRガス量MRESTTL[g]を、前記マニホールド内総ガス量MAMANI[g]の算出の際に加算する一方、シリンダ吸入総ガス量MACYL0[g]から対象シリンダの内部EGRガス量MRES1[g]を減算し、この減算した値から更にシリンダ吸入EGRガス量MECYL[g]を減算することによってシリンダ吸入空気量MACYL[g]を算出する。また、前記内部EGRガス量MRES1を減算したシリンダ吸入総ガス量を時間当たりのシリンダ吸入総ガス流量QCYL[kg/h]に換算して収支計算を行う。
Then, the internal EGR gas amount MRES1 of the target cylinder and the internal EGR gas amount MRES2 of the communicating cylinder are added to calculate the total internal EGR gas amount MRESTL.
Returning to FIG. 7, the total internal EGR gas amount MRESTL [g] calculated as described above is added when calculating the in-manifold total gas amount MAMANI [g], while the cylinder intake total gas amount MACYL0 [g] ], The cylinder intake air amount MACYL [g] is calculated by subtracting the cylinder intake EGR gas amount MECYL [g] from the subtracted value. Further, the balance calculation is performed by converting the cylinder intake total gas amount obtained by subtracting the internal EGR gas amount MRES1 into the cylinder intake total gas flow rate QCYL [kg / h] per hour.

このようにすれば、内部EGRガス量を質量として算出しつつマニホールド内空気量MAMANIの収支計算に反映させることとしたので、内部EGRガスによる吸気マニホールド内の状態(主に密度)の変化を考慮して、シリンダ内のガスの密度、ひいてはシリンダ吸入空気量QCYLをより正確に算出することができる。
また、各内部EGRガス量MRES1,MRES2を吹き返しガス量MRESOL及び滞留ガス量MRESEVCの合計として扱うことにしたので、内部EGRガス量を正確に算出することができると共に、オーバーラップ期間中にある連通シリンダに関する内部EGRガス量の的確な評価が可能となる。
In this way, since the internal EGR gas amount is calculated as a mass and reflected in the calculation of the balance of the air amount MAMANI in the manifold, changes in the state (mainly density) in the intake manifold due to the internal EGR gas are taken into account. Thus, the density of the gas in the cylinder, and hence the cylinder intake air amount QCYL can be calculated more accurately.
In addition, since the internal EGR gas amounts MRES1 and MRES2 are treated as the sum of the blow-back gas amount MRESOL and the staying gas amount MRESEVC, the internal EGR gas amount can be accurately calculated and the communication during the overlap period can be performed. Accurate evaluation of the amount of internal EGR gas related to the cylinder is possible.

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the engine which concerns on one Embodiment of this invention. 同上実施形態における燃料噴射制御を示すブロック図The block diagram which shows the fuel-injection control in embodiment same as the above シリンダ吸入EGRガス量算出部を示す制御ブロック図Control block diagram showing cylinder intake EGR gas amount calculation unit シリンダ吸入空気量算出部の第1の例を示す制御ブロック図Control block diagram showing a first example of a cylinder intake air amount calculation unit シリンダ吸入空気量算出部の第2の例を示す制御ブロック図Control block diagram showing a second example of the cylinder intake air amount calculation unit シリンダ吸入空気量算出部の第3の例を示す制御ブロック図Control block diagram showing a third example of the cylinder intake air amount calculation unit シリンダ吸入空気量算出部の第3の例を示す制御ブロック図Control block diagram showing a third example of the cylinder intake air amount calculation unit 同上の第3の例におけるシリンダ実効容積及び実効マニホールド容積算出の構成を示す図。The figure which shows the structure of cylinder effective volume and effective manifold volume calculation in the 3rd example same as the above. 吸気弁閉時期における吸気マニホールド内及び各シリンダ内のガスの状態を示す図。The figure which shows the state of the gas in an intake manifold and each cylinder in an intake valve closing timing. 内部EGRガス量算出の構成を示す図。The figure which shows the structure of internal EGR gas amount calculation. 吸気弁閉時期IVCのクランク角θivcでオーバーラップ期間中にある連通シリンダに関する積算開口面積SIGMAAを示す図。The figure which shows the integrated opening area SIGMAA regarding the communication cylinder in the crank angle (theta) ivc of the intake valve closing timing IVC during an overlap period. 同上クランク角θivcにおける対象シリンダ及び連通シリンダの各ピストンの位置を示す図。The figure which shows the position of each piston of a target cylinder and a communicating cylinder in crank angle (theta) ivc same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
5 吸気弁
6 排気弁
7 吸気通路
8 マニホールド部
11 燃料噴射弁
12 EGR通路
13 EGR弁
14 コントロールユニット
15 クランク角センサ
16 アクセルペダルセンサ
17 エアフローメータ
18 温度センサ
19 排気圧力センサ
1 engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Intake valve 6 Exhaust valve 7 Intake passage 8 Manifold part 11 Fuel injection valve 12 EGR passage 13 EGR valve 14 Control unit 15 Crank angle sensor 16 Accelerator pedal sensor 17 Air flow meter 18 Temperature sensor 19 Exhaust pressure sensor

Claims (7)

エンジンの吸気マニホールド内に占める燃焼に寄与しない不燃ガスの量と、吸気マニホールド内のガスの総量と、シリンダ内に吸入されるガスの総量とを周期的に算出更新しつつ、これらの算出値に基づいてシリンダ内に吸入される不燃ガスの量を計測するシリンダ吸入ガス量計測装置であって、
前記吸気マニホールド内のガスの総量を、
前記吸気マニホールド内に占める燃焼に寄与しない不燃ガスと、
前記燃焼に寄与しない不燃ガスを含まない吸気マニホールド内の空気の量と、
バルブオーバーラップ期間中に排気通路から吸気通路に吹き返す排気の量及び排気行程時にシリンダから排出されずにシリンダ内に滞留する排気の量の合計である内部EGRガスと、
を加算することにより計測することを特徴とするエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。
While periodically calculating and updating the amount of non-combustible gas that does not contribute to combustion in the intake manifold of the engine, the total amount of gas in the intake manifold, and the total amount of gas sucked into the cylinder, A cylinder intake gas amount measuring device for measuring the amount of non-combustible gas sucked into a cylinder based on:
The total amount of gas in the intake manifold,
Non-combustible gas that does not contribute to combustion in the intake manifold;
The amount of air in the intake manifold that does not include non-combustible gases that do not contribute to the combustion;
Internal EGR gas that is the sum of the amount of exhaust that blows back from the exhaust passage to the intake passage during the valve overlap period and the amount of exhaust that stays in the cylinder without being discharged from the cylinder during the exhaust stroke;
A cylinder intake gas amount measuring device for an engine, characterized by adding
前記吸気マニホールド内に占める不燃ガスの量を吸気マニホールド内のガスの総量で除算した比に、シリンダ内に吸入されるガスの総量を乗算することにより、シリンダ内に吸入される不燃ガスの量を計測することを特徴とする請求項1に記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 By multiplying the ratio of the amount of non-combustible gas in the intake manifold divided by the total amount of gas in the intake manifold by the total amount of gas sucked into the cylinder, the amount of non-combustible gas sucked into the cylinder is obtained. 2. The cylinder intake gas amount measuring device for an engine according to claim 1, wherein the measuring device measures the cylinder intake gas amount. 吸気マニホールド内に流入する不燃ガスの量と、吸気マニホールドから流出してシリンダへ流入する不燃ガスの量との収支計算によって、前記吸気マニホールド内に占める不燃ガスの量を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 The amount of incombustible gas in the intake manifold is calculated by calculating the balance between the amount of incombustible gas flowing into the intake manifold and the amount of incombustible gas flowing out from the intake manifold and into the cylinder. The engine cylinder intake gas amount measuring device according to claim 1 or 2 . 前記シリンダ内に吸入されるガスの総量から前記内部EGRガスを減算し、当該減算した値から前記シリンダ内に吸入される不燃ガスの量を減算することによりシリンダ内に吸入される空気の量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 By subtracting the internal EGR gas from the total amount of gas sucked into the cylinder, and subtracting the amount of incombustible gas sucked into the cylinder from the subtracted value, the amount of air sucked into the cylinder is obtained. The cylinder intake gas amount measuring device for an engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the calculation is performed. 前記シリンダ内に吸入されるガスの総量は、吸気マニホールドにおけるガスの総量の収支演算に基づいて算出することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 The engine cylinder intake according to any one of claims 1 to 4, wherein the total amount of gas sucked into the cylinder is calculated based on a balance calculation of the total amount of gas in the intake manifold. Gas quantity measuring device. 前記吸気マニホールドに流入する不燃ガスは、外部EGRガスまたは総ての不燃ガス成分と空気とが混合したガスであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 The engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-combustible gas flowing into the intake manifold is an external EGR gas or a gas in which all non-combustible gas components and air are mixed. Cylinder intake gas amount measuring device. 前記不燃ガスの量の算出において、不燃ガスを同一温度、同一圧力における空気の質量相当量を用いて算出することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入ガス量計測装置。 7. The engine according to claim 1, wherein in calculating the amount of the non-combustible gas, the non-combustible gas is calculated using a mass equivalent amount of air at the same temperature and the same pressure. Cylinder intake gas amount measuring device.
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