JP5200865B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

従来から、機関排気通路内に酸化能力を有する触媒を配置し、触媒上流の排気通路内の2次空気供給箇所に2次空気を供給する2次空気供給装置を設け、触媒を昇温すべきときには筒内空燃比をリッチに制御しながら2次空気を供給して排気ガス中の未燃分(未燃HC,CO)を触媒上で酸化するようにした内燃機関が知られている。すなわち、この内燃機関では、筒内空燃比をリッチに設定することにより多量の未燃分を含む排気ガスであるリッチ排気ガスが形成され、このリッチ排気ガスが機関本体から触媒に供給される。一方、2次空気供給装置から2次空気すなわち酸素が触媒に供給される。その結果、リッチ排気ガス中の未燃分が触媒上で酸化し、斯くして触媒が昇温される。   Conventionally, a catalyst having an oxidizing ability is disposed in the engine exhaust passage, and a secondary air supply device for supplying secondary air to a secondary air supply location in the exhaust passage upstream of the catalyst is provided, and the temperature of the catalyst should be increased. There is known an internal combustion engine in which secondary air is supplied while the in-cylinder air-fuel ratio is controlled to be rich so that unburned components (unburned HC, CO) in exhaust gas are oxidized on a catalyst. That is, in this internal combustion engine, by setting the in-cylinder air-fuel ratio to be rich, rich exhaust gas that is exhaust gas containing a large amount of unburned fuel is formed, and this rich exhaust gas is supplied from the engine body to the catalyst. On the other hand, secondary air, that is, oxygen is supplied to the catalyst from the secondary air supply device. As a result, unburned components in the rich exhaust gas are oxidized on the catalyst, and thus the temperature of the catalyst is increased.

ところが、リッチ排気ガスが触媒に到達するタイミングと2次空気が触媒に到達するタイミングが一致しないと、燃料又は2次空気を触媒昇温のために有効利用することができない。   However, if the timing when the rich exhaust gas reaches the catalyst does not coincide with the timing when the secondary air reaches the catalyst, the fuel or the secondary air cannot be effectively used for raising the temperature of the catalyst.

そこで、リッチ排気ガスが触媒に到達するタイミングと2次空気が触媒に到達するタイミングとがほぼ一致するように、リッチ空燃比のもとでの燃焼の開始時期又は2次空気供給の開始時期を制御する内燃機関が公知である(特許文献1参照)。この内燃機関では、2次空気は一定量又は触媒温度に応じた量だけ供給される。
特開2006−348801号公報
Therefore, the start timing of combustion under the rich air-fuel ratio or the start timing of secondary air supply is set so that the timing at which the rich exhaust gas reaches the catalyst and the timing at which the secondary air reaches the catalyst substantially coincide with each other. An internal combustion engine to be controlled is known (see Patent Document 1). In this internal combustion engine, the secondary air is supplied by a constant amount or an amount corresponding to the catalyst temperature.
JP 2006-348801 A

燃料又は2次空気の有効利用のことを考えると、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比例えば理論空燃比に一致させるのが好ましい。そこで、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な2次空気量である要求2次空気量を算出し、要求2次空気量だけ2次空気が供給されるように2次空気供給装置を制御することが考えられる。   Considering the effective use of fuel or secondary air, it is preferable to make the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply point coincide with the target exhaust gas air-fuel ratio, for example, the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, a required secondary air amount, which is a secondary air amount required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location coincide with the target exhaust gas air-fuel ratio, is calculated, and the secondary air is calculated by the required secondary air amount. It is conceivable to control the secondary air supply device so that is supplied.

しかしながら、筒内で燃焼が行われて生成した排気ガスが2次空気供給箇所に到達するまでには時間を要する。したがって、現在の筒内空燃比に基づいて現在の要求2次空気量を決定しても、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に正確に一致させることができないおそれがある。   However, it takes time for the exhaust gas generated by combustion in the cylinder to reach the secondary air supply location. Therefore, even if the current required secondary air amount is determined based on the current in-cylinder air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location cannot be made to exactly match the target exhaust gas air-fuel ratio. There is.

前記課題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に配置された酸化能力を有する触媒と、筒内空燃比を制御する手段と、該触媒上流の排気通路内の2次空気供給箇所に2次空気を供給する2次空気供給手段と、を具備し、触媒を昇温すべきときには筒内空燃比をリッチに制御しながら2次空気を供給して排気ガス中の未燃分を触媒上で酸化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、実際の筒内空燃比を繰り返し求めて記憶しておく手段と、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な2次空気量である要求2次空気量を、排気ガスが筒内から2次空気供給箇所に到達するのに要する所要時間だけ前の実際の筒内空燃比に基づいて求める手段と、該求められた要求2次空気量だけ2次空気が供給されるように2次空気供給手段を制御する手段と、を具備している。   In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a catalyst having an oxidizing ability disposed in an engine exhaust passage, a means for controlling the in-cylinder air-fuel ratio, and a secondary air supply in the exhaust passage upstream of the catalyst Secondary air supply means for supplying secondary air to the location, and when the temperature of the catalyst is to be raised, the secondary air is supplied while the in-cylinder air-fuel ratio is controlled to be rich, and the unburned portion in the exhaust gas In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that oxidizes the exhaust gas on the catalyst, the means for repeatedly obtaining and storing the actual in-cylinder air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location are determined as the target exhaust gas empty The required secondary air amount, which is the amount of secondary air required to match the fuel ratio, is changed to the actual in-cylinder air-fuel ratio that is the time required for the exhaust gas to reach the secondary air supply location from the inside of the cylinder. Based on the means to find based on the requested secondary air volume Secondary air is provided with a means for controlling the secondary air supply means to supply.

2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標空燃比に正確に一致させることができる。   The air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location can be made to exactly match the target air-fuel ratio.

図1は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。   FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a spark ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine.

図1を参照すると、1は例えば4つの気筒を備えた機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、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は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート7は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に連結される。吸気ダクト13内には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ15と、アクチュエータ16により駆動されるスロットル弁17とが配置される。また、各燃焼室5内には電子制御式の燃料噴射弁18が配置される。これら燃料噴射弁18は共通のコモンレール19を介し燃料ポンプ20に連結され、燃料ポンプ20は燃料タンク21に連結される。   Referring to FIG. 1, for example, 1 is an engine body having four cylinders, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, and 8 is an exhaust. A valve, 9 is an exhaust port, and 10 is a spark plug. The intake port 7 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to an air cleaner 14 via an intake duct 13. An air flow meter 15 for detecting the amount of intake air and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 are disposed in the intake duct 13. An electronically controlled fuel injection valve 18 is disposed in each combustion chamber 5. These fuel injection valves 18 are connected to a fuel pump 20 through a common rail 19, and the fuel pump 20 is connected to a fuel tank 21.

一方、排気ポート9は排気マニホルド22を介して比較的小容量の触媒コンバータ23に連結される。触媒コンバータ23は排気管24を介して比較的大容量の触媒コンバータ25に連結され、触媒コンバータ25は排気管26に連結される。触媒コンバータ23,25は酸化能力を有する触媒、例えば三元触媒23a,25aをそれぞれ具備する。また、本発明による第1実施例では、触媒コンバータ23上流の排気通路内に2次空気を供給するための2次空気供給装置27が設けられる。この2次空気供給装置27は例えば排気マニホルド22の集合部に連結される2次空気供給管28と、吐出量を制御可能な2次空気供給ポンプ29とを具備する。2次空気供給ポンプ29が作動されると、排気マニホルド22の集合部の2次空気供給箇所30に2次空気が供給される。   On the other hand, the exhaust port 9 is connected to a catalytic converter 23 having a relatively small capacity via an exhaust manifold 22. The catalytic converter 23 is connected to a relatively large capacity catalytic converter 25 via an exhaust pipe 24, and the catalytic converter 25 is connected to an exhaust pipe 26. The catalytic converters 23 and 25 include catalysts having oxidation ability, for example, three-way catalysts 23a and 25a. In the first embodiment of the present invention, a secondary air supply device 27 for supplying secondary air into the exhaust passage upstream of the catalytic converter 23 is provided. The secondary air supply device 27 includes, for example, a secondary air supply pipe 28 connected to a collecting portion of the exhaust manifold 22 and a secondary air supply pump 29 capable of controlling the discharge amount. When the secondary air supply pump 29 is actuated, secondary air is supplied to the secondary air supply location 30 in the collecting portion of the exhaust manifold 22.

電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。シリンダブロック2には機関冷却水温を検出するための水温センサ31が取り付けられる。また、機関本体1にはエンジンオイル温度を検出するためのオイル温度センサ32が取り付けられる。更に、アクセルペダル49にはアクセルペダル49の踏み込み量を検出するための負荷センサ50が取り付けられる。エアフローメータ15、水温センサ31、オイル温度センサ32及び負荷センサ50の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが一定角度例えば30クランク角度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ51が接続される。エアフローメータ15により検出される吸入空気流量、水温センサ31により検出される機関冷却水温Tw、オイル温度センサ32により検出されるエンジンオイル温度To、クランク角センサ51により検出されるクランク角θは一定時間ごとに時間tの関数としてRAM43内に記憶される。なお、CPU44ではクランク角センサ51からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して点火栓10、アクチュエータ16、燃料噴射弁18、燃料ポンプ20及び2次空気供給ポンプ29にそれぞれ接続される。   The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. A water temperature sensor 31 for detecting the engine cooling water temperature is attached to the cylinder block 2. An oil temperature sensor 32 for detecting the engine oil temperature is attached to the engine body 1. Further, a load sensor 50 for detecting the depression amount of the accelerator pedal 49 is attached to the accelerator pedal 49. Output signals of the air flow meter 15, the water temperature sensor 31, the oil temperature sensor 32, and the load sensor 50 are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47. Further, the input port 45 is connected with a crank angle sensor 51 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates by a certain angle, for example, 30 crank angles. The intake air flow rate detected by the air flow meter 15, the engine coolant temperature Tw detected by the water temperature sensor 31, the engine oil temperature To detected by the oil temperature sensor 32, and the crank angle θ detected by the crank angle sensor 51 are constant time. Each time as a function of time t. The CPU 44 calculates the engine speed based on the output pulse from the crank angle sensor 51. On the other hand, the output port 46 is connected to the spark plug 10, the actuator 16, the fuel injection valve 18, the fuel pump 20, and the secondary air supply pump 29 via corresponding drive circuits 48.

さて、本発明による第1実施例では、三元触媒23aを昇温するために昇温処理が行われる。すなわち、例えば三元触媒23aが活性化していないときに昇温処理が開始され、三元触媒23aが活性化すると昇温処理が停止される。具体的には、筒内で燃焼された混合気の空燃比である筒内空燃比がリッチに切り換えられると共に2次空気供給装置27から2次空気が供給される。   In the first embodiment according to the present invention, the temperature raising process is performed to raise the temperature of the three-way catalyst 23a. That is, for example, the temperature raising process is started when the three-way catalyst 23a is not activated, and when the three-way catalyst 23a is activated, the temperature raising process is stopped. Specifically, the in-cylinder air-fuel ratio that is the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the cylinder is switched to rich, and secondary air is supplied from the secondary air supply device 27.

この場合、吸気通路、燃焼室及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比をその位置における排気ガスの空燃比と称すると、本発明による第1実施例では、2次空気供給箇所30における排気ガスの空燃比の目標値である目標排気ガス空燃比が設定され、実際の排気ガスの空燃比をこの目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な2次空気量である要求2次空気量が求められる。次いで、この要求2次空気量だけ2次空気供給装置27から2次空気が供給される。   In this case, the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of a certain position in the intake passage, the combustion chamber, and the exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position. In the first embodiment according to the present invention, a target exhaust gas air-fuel ratio that is a target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location 30 is set, and the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is set to this target exhaust gas air-fuel ratio. A required secondary air amount, which is a secondary air amount necessary for matching, is obtained. Next, secondary air is supplied from the secondary air supply device 27 by the required secondary air amount.

要求2次空気量は概略的に言うと次のようにして求められる。すなわち、まず、実際の筒内空燃比が算出される。次いで、実際の筒内空燃比と吸入空気量とから、実際に筒内に供給された燃料量が算出される。次いで、実際の筒内供給燃料量と目標排気ガス空燃比とから、2次空気供給箇所30における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な総空気量である要求総空気量が算出される。次いで、要求総空気量から吸入空気量を減算することにより、要求2次空気量が算出される。   The required secondary air amount is roughly determined as follows. That is, first, the actual in-cylinder air-fuel ratio is calculated. Next, the amount of fuel actually supplied into the cylinder is calculated from the actual in-cylinder air-fuel ratio and the intake air amount. Next, the required total amount that is the total amount of air required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply point 30 coincide with the target exhaust gas air-fuel ratio from the actual in-cylinder supplied fuel amount and the target exhaust gas air-fuel ratio. The amount of air is calculated. Next, the required secondary air amount is calculated by subtracting the intake air amount from the required total air amount.

この場合、排気ガスが燃焼室5ないし排気弁8から2次空気供給箇所30まで到達するのに時間を要する。そこで、この時間を所要時間と称すると、本発明による第1実施例では、現在よりも所要時間だけ前の筒内空燃比、筒内供給燃料量、吸入空気量、及び目標排気ガス空燃比に基づいて現在における要求2次空気量を算出するようにしている。その結果、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に正確に一致させることができる。   In this case, it takes time for the exhaust gas to reach the secondary air supply point 30 from the combustion chamber 5 or the exhaust valve 8. Therefore, when this time is referred to as the required time, in the first embodiment according to the present invention, the in-cylinder air-fuel ratio, the in-cylinder supplied fuel amount, the intake air amount, and the target exhaust gas air-fuel ratio that are the required time before the present time are set. Based on this, the current required secondary air amount is calculated. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location can be made to exactly match the target exhaust gas air-fuel ratio.

すなわち、時刻tにおける要求2次空気流量、要求総空気流量、吸入空気流量をそれぞれ、mai2(t),maT(t),ma(t)とし、所要時間をΔtとすると、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)は次式(1)を用いて算出される。   That is, if the required secondary air flow rate, the required total air flow rate, and the intake air flow rate at time t are mai2 (t), maT (t), ma (t) and the required time is Δt, the request at the current time t0. The secondary air flow rate mai2 (t0) is calculated using the following equation (1).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、吸入空気流量ma(t)は上述したようにエアフローメータ15により繰り返し検出され、RAM43に記憶されている。したがって、時刻(t0−Δt)がわかれば、RAM43から吸入空気流量ma(t0−Δt)を得ることができる。   Here, the intake air flow rate ma (t) is repeatedly detected by the air flow meter 15 and stored in the RAM 43 as described above. Therefore, if the time (t0−Δt) is known, the intake air flow rate ma (t0−Δt) can be obtained from the RAM 43.

一方、時刻tにおける排気ガス中燃料流量(後述する)及び目標排気ガス空燃比をそれぞれ、mf(t),rafet(t)とすると、現在時刻t0における要求総空気流量maT(t0)は次式(2)を用いて算出される。   On the other hand, if the fuel flow rate in exhaust gas (described later) and the target exhaust gas air-fuel ratio at time t are mf (t) and rafet (t), respectively, the required total air flow rate maT (t0) at the current time t0 is: Calculated using (2).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、目標排気ガス空燃比rafet(t)は理論空燃比又はわずかばかりリーンに設定されてROM42に記憶されており、したがって時刻(t0−Δt)における目標排気ガス空燃比rafet(t0−Δt)も理論空燃比又はわずかばかりリーンに設定されている。なお、目標排気ガス空燃比rafet(t)を例えば吸入空気量又は機関負荷に応じて繰り返し設定し、RAM43に記憶するようにしてもよい。   Here, the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t) is set to the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean and stored in the ROM 42, and therefore the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0-Δt) at time (t0-Δt). Is also set to a stoichiometric air fuel ratio or slightly lean. The target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t) may be repeatedly set according to, for example, the intake air amount or the engine load, and stored in the RAM 43.

排気ガス中燃料流量mf(t)は後述するように繰り返し算出されRAM43に記憶されている。したがって、時刻(t0−Δt)がわかれば、RAM43から排気ガス中燃料流量mf(t0−Δt)を得ることができる。   The exhaust gas fuel flow rate mf (t) is repeatedly calculated and stored in the RAM 43 as described later. Therefore, if the time (t0−Δt) is known, the exhaust gas fuel flow rate mf (t0−Δt) can be obtained from the RAM 43.

すなわち、概略的に言うと、時刻(t0−Δt)における燃焼についてのmf(t0−Δt)及びrafet(t0−Δt)から現在時刻t0におけるmat(t0)が算出され、現在時刻t0におけるmat(t0)及び時刻(t0−Δt)における燃焼についてのma(t0−Δt)から現在時刻t0におけるmai2(t0)が算出されるということになる。   That is, roughly speaking, mat (t0) at the current time t0 is calculated from mf (t0-Δt) and rafet (t0-Δt) for combustion at time (t0-Δt), and mat (t0 at current time t0). That is, mai2 (t0) at the current time t0 is calculated from ma (t0-Δt) regarding combustion at time t0) and time (t0−Δt).

筒内に供給された燃料が2つの部分、すなわち、燃焼してCO,CO、あるいはHC(炭化水素)といった形で排気ガス中に含まれることになる既燃部分と、煤やデポジットといった形で筒内に残留することになる残留部分とに二分できると考えると、排気ガス中燃料流量mf(t)は既燃部分の流量を表すものである。 The fuel supplied into the cylinder is in two parts: a burned part that will be burned and included in the exhaust gas in the form of CO, CO 2 or HC (hydrocarbon), and a form such as soot and deposit Therefore, the exhaust gas fuel flow rate mf (t) represents the flow rate of the burned portion.

そうすると、時刻tにおける実際の筒内空燃比をrafc(t)とすれば、現在時刻t0における排気ガス中燃料流量mf(t0)は次式(3)を用いて算出される。   Then, assuming that the actual in-cylinder air-fuel ratio at time t is rafc (t), the exhaust gas fuel flow rate mf (t0) at the current time t0 is calculated using the following equation (3).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、実際の筒内空燃比rafc(t0)は燃焼時間Tcに基づいて算出される。すなわち、筒内空燃比rafcと燃焼時間Tcとの間には図2に示される相関がある。そこで、燃焼が行われると、この燃焼に要した時間である燃焼時間Tcが算出され、次いで図2に示されるマップからこのときの筒内空燃比rafcがrafc(t0)として算出される。なお、図2に示されるマップはあらかじめ実験により求められており、ROM42内に記憶されている。   Here, the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) is calculated based on the combustion time Tc. That is, there is a correlation shown in FIG. 2 between the in-cylinder air-fuel ratio rafc and the combustion time Tc. Therefore, when combustion is performed, a combustion time Tc that is the time required for this combustion is calculated, and then the in-cylinder air-fuel ratio rafc at this time is calculated as rafc (t0) from the map shown in FIG. The map shown in FIG. 2 is obtained in advance by experiments and is stored in the ROM 42.

実際の筒内空燃比rafc(t0)が算出されると、式(3)を用いて排気ガス中燃料流量mf(t0)が算出される。   When the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) is calculated, the fuel flow rate mf (t0) in the exhaust gas is calculated using equation (3).

燃焼時間Tcは例えば燃焼完了時期θTに基づいて算出される。すなわち、燃焼完了時期θT(クランク角度)が算出され、燃焼開始時期を表す点火時期θSA(クランク角度)と燃焼完了時期θTとの差(θSA−θT)が算出され、この差から燃焼時間Tcが算出される。   The combustion time Tc is calculated based on, for example, the combustion completion timing θT. That is, the combustion completion timing θT (crank angle) is calculated, and the difference (θSA−θT) between the ignition timing θSA (crank angle) representing the combustion start timing and the combustion completion timing θT is calculated, and the combustion time Tc is calculated from this difference. Calculated.

燃焼完了時期θTは例えば熱発生率に基づいて算出される。すなわち、例えばあらかじめ定められた設定クランク角Δθごとに熱発生率dQ(θ)/dθを算出して熱発生率dQ(θ)/dθを点火時期θSAから燃焼完了時期θTまで積分すると、この積分値は筒内に供給された燃料量Mfの理論熱発生量QTにほぼ一致するはずである。すなわち、次式(4)が成立する。   The combustion completion timing θT is calculated based on, for example, the heat generation rate. That is, for example, when the heat generation rate dQ (θ) / dθ is calculated for each predetermined crank angle Δθ and the heat generation rate dQ (θ) / dθ is integrated from the ignition timing θSA to the combustion completion timing θT, for example, The value should substantially match the theoretical heat generation amount QT of the fuel amount Mf supplied into the cylinder. That is, the following expression (4) is established.

Figure 0005200865
Figure 0005200865

本発明による第1実施例では、理論熱発生量QTが算出されると共に熱発生率dQ(θ)/dθが算出され、次いで式(4)を満たすθTが算出される。   In the first embodiment according to the present invention, the theoretical heat generation amount QT is calculated, the heat generation rate dQ (θ) / dθ is calculated, and then θT satisfying the equation (4) is calculated.

この場合、筒内供給燃料量Mfの理論熱発生量QTは例えば次式(5)を用いて算出される。   In this case, the theoretical heat generation amount QT of the in-cylinder supplied fuel amount Mf is calculated using, for example, the following equation (5).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、qは燃料の低位発熱量を、αは損失や未燃分を考慮した係数(例えば0.7から0.8)を、それぞれ表しており、いずれもあらかじめROM42に記憶されている。   Here, q represents the lower heating value of the fuel, and α represents a coefficient (for example, 0.7 to 0.8) taking into account the loss and unburned amount, both of which are stored in the ROM 42 in advance.

また、筒内供給燃料量Mfは次式(6)を用いて算出される。   Further, the in-cylinder supplied fuel amount Mf is calculated using the following equation (6).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、Δtcylは燃焼1サイクルに要する時間であるサイクル時間を、Δt180はクランク角が180クランク角度だけ進行するのに要する時間である経過時間を、それぞれ表している。すなわち、大まかに言うと、筒内供給燃料量Mfは前回の燃焼サイクルにおいて1つの気筒に供給された燃料量を表している。なお、サイクル時間Δtcyl及び経過時間Δt180は例えばクランク角θ(t)に基づいて算出される。一方、サイクル時間Δtcylがわかれば、RAM43からmf(t0−Δtcyl)を得ることができる。   Here, Δtcyl represents a cycle time that is a time required for one combustion cycle, and Δt180 represents an elapsed time that is a time required for the crank angle to advance by 180 crank angles. That is, roughly speaking, the in-cylinder supply fuel amount Mf represents the amount of fuel supplied to one cylinder in the previous combustion cycle. The cycle time Δtcyl and the elapsed time Δt180 are calculated based on, for example, the crank angle θ (t). On the other hand, if the cycle time Δtcyl is known, mf (t0−Δtcyl) can be obtained from the RAM 43.

一方、熱発生率dQ(θ)/dθは例えば次式(7)を用いて算出される。   On the other hand, the heat release rate dQ (θ) / dθ is calculated using, for example, the following equation (7).

Figure 0005200865
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ここで、γは筒内ガスの比熱比を、Pc(θ)はクランク角θにおける筒内圧を、V(θ)はクランク角θにおける筒内容積を、それぞれ表している。   Here, γ represents the specific heat ratio of the cylinder gas, Pc (θ) represents the cylinder pressure at the crank angle θ, and V (θ) represents the cylinder volume at the crank angle θ.

比熱比γは一定値とされる。なお、比熱比γを温度の関数としてもよい。   The specific heat ratio γ is a constant value. The specific heat ratio γ may be a function of temperature.

筒内容積V(θ)はクランク角θの関数として図3に示されるマップの形であらかじめROM42内に記憶されている。また、筒内容積の変化率dV(θ)/dθは筒内容積V(θ)から算出される。   The in-cylinder volume V (θ) is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 3 as a function of the crank angle θ. Further, the change rate dV (θ) / dθ of the in-cylinder volume is calculated from the in-cylinder volume V (θ).

筒内圧Pc(θ)は例えば筒内圧センサによって検出することもできるが、本発明による第1実施例では次式(8)を用いて算出される。   The in-cylinder pressure Pc (θ) can be detected by, for example, an in-cylinder pressure sensor, but is calculated using the following equation (8) in the first embodiment according to the present invention.

Figure 0005200865
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ここで、TQp(θ)は筒内圧Pc(θ)がピストン4に及ぼす力によって生ずるトルクである筒内圧トルクを表している。   Here, TQp (θ) represents an in-cylinder pressure torque that is a torque generated by the force exerted on the piston 4 by the in-cylinder pressure Pc (θ).

筒内圧トルクTQp(θ)はクランクシャフトについての運動方程式から導かれる次式(9)を用いて算出される。   The in-cylinder pressure torque TQp (θ) is calculated using the following equation (9) derived from the equation of motion for the crankshaft.

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、J(θ)は機関本体1の慣性モーメントを、ω(θ)はクランク角θの関数としてのクランク角速度を、TQm(θ)は機関本体1のピストン等の運動部材の慣性により生ずるトルクである慣性質量トルクを、TQf(θ)は機関本体1の機械損失によって生ずるトルクである機械損失トルクを、それぞれ表している。   Here, J (θ) is the moment of inertia of the engine body 1, ω (θ) is the crank angular velocity as a function of the crank angle θ, and TQm (θ) is caused by the inertia of a moving member such as a piston of the engine body 1. Inertial mass torque that is torque, TQf (θ) represents mechanical loss torque that is torque generated by mechanical loss of the engine body 1.

慣性モーメントJ(θ)及び慣性質量トルクTQm(θ)はそれぞれ、クランク角θの関数として図4及び図5に示されるマップの形であらかじめROM42内に記憶されている。   The inertia moment J (θ) and the inertia mass torque TQm (θ) are stored in advance in the ROM 42 in the form of maps shown in FIGS. 4 and 5 as a function of the crank angle θ.

クランク角速度ω(θ)は時間tの関数としてのクランク角速度ω(t)をクランク角θの関数に変換することにより算出される。クランク角速度ω(t)は時間tの関数としてのクランク角θ(t)から次式(10)を用いて算出される。   The crank angular velocity ω (θ) is calculated by converting the crank angular velocity ω (t) as a function of time t into a function of the crank angle θ. The crank angular velocity ω (t) is calculated from the crank angle θ (t) as a function of time t using the following equation (10).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

機械損失トルクTQf(θ)はクランク角速度ω(θ)と、クランク角θの関数としての機関負荷率KL(θ)と、クランク角θの関数としてのエンジンオイル温度To(θ)との関数として図6に示されるマップの形であらかじめROM42内に記憶されている。   Mechanical loss torque TQf (θ) is a function of crank angular velocity ω (θ), engine load factor KL (θ) as a function of crank angle θ, and engine oil temperature To (θ) as a function of crank angle θ. It is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG.

機関負荷率KL(θ)は全負荷に対する機関負荷の割合を表すものである。本発明による第1実施例では、吸入空気流量ma(t)に基づいて時間tの関数としての機関負荷率KL(t)があらかじめ算出されて記憶されており、このKL(t)をクランク角θ(t)を用いてクランク角θの関数に変換することによりKL(θ)が算出される。   The engine load factor KL (θ) represents the ratio of the engine load to the total load. In the first embodiment of the present invention, the engine load factor KL (t) as a function of time t is calculated and stored in advance based on the intake air flow rate ma (t), and this KL (t) is stored in the crank angle. KL (θ) is calculated by converting θ (t) into a function of the crank angle θ.

エンジンオイル温度To(θ)は時間tの関数としてのエンジンオイル温度To(t)をクランク角θ(t)を用いてクランク角θの関数に変換することにより算出される。   The engine oil temperature To (θ) is calculated by converting the engine oil temperature To (t) as a function of time t into a function of the crank angle θ using the crank angle θ (t).

すなわち、クランク角θ(t)からクランク角速度ω(θ)が算出され、クランク角速度ω(θ)、機関負荷率KL(θ)及びエンジンオイル温度To(θ)から機械損失トルクTQf(θ)が算出される。次いで、慣性モーメントJ(θ)、クランク角速度ω(θ)、慣性質量トルクTQm(θ)及び機械損失トルクTQf(θ)から式(8)を用いて筒内圧トルクTQp(θ)が算出される。次いで、筒内圧トルクTQp(θ)及び筒内容積V(θ)から式(7)を用いて筒内圧Pc(θ)が算出される。次いで、筒内圧Pc(θ)及び筒内容積V(θ)から式(6)を用いて熱発生率dQ(θ)/dθが算出される。   That is, the crank angular speed ω (θ) is calculated from the crank angle θ (t), and the mechanical loss torque TQf (θ) is calculated from the crank angular speed ω (θ), the engine load factor KL (θ), and the engine oil temperature To (θ). Calculated. Next, the in-cylinder pressure torque TQp (θ) is calculated from the moment of inertia J (θ), the crank angular velocity ω (θ), the inertia mass torque TQm (θ), and the mechanical loss torque TQf (θ) using Equation (8). . Next, the in-cylinder pressure Pc (θ) is calculated from the in-cylinder pressure torque TQp (θ) and the in-cylinder volume V (θ) using Equation (7). Next, the heat release rate dQ (θ) / dθ is calculated from the in-cylinder pressure Pc (θ) and the in-cylinder volume V (θ) using Equation (6).

本発明による第1実施例では、熱発生率dQ(θ)/dθはあらかじめ定められた設定クランク角間隔Δθごとに、点火時期θSAから排気弁開弁時期θEVOまでにわたって算出される。もっとも、熱発生率dQ(θ)/dθを燃焼開始前の例えば吸気弁閉弁時期θIVCから算出するようにしてもよい。なお、他のクランク速度ω(θ)や機関負荷率KL(θ)等は熱発生率dQ(θ)/dθの算出に必要な限りで算出されればよい。   In the first embodiment according to the present invention, the heat generation rate dQ (θ) / dθ is calculated from the ignition timing θSA to the exhaust valve opening timing θEVO at every predetermined set crank angle interval Δθ. However, the heat generation rate dQ (θ) / dθ may be calculated from, for example, the intake valve closing timing θIVC before the start of combustion. The other crank speed ω (θ), engine load factor KL (θ), etc. may be calculated as long as necessary for calculating the heat release rate dQ (θ) / dθ.

熱発生率dQ(θ)/dθが算出されると、式(4)を満たす燃焼完了時期θTが算出される。すなわち、算出された熱発生率dQ(θ)/dθが点火時期θSAから順次積算され、この積算値が理論熱発生率QTにほぼ等しくなるクランク角θが燃焼完了時期θTとして算出される。燃焼完了時期θTが算出されると燃焼時間Tcが算出され、燃焼時間Tcが算出されると筒内空燃比rafc(t0)が算出される。   When the heat generation rate dQ (θ) / dθ is calculated, the combustion completion timing θT that satisfies the equation (4) is calculated. That is, the calculated heat generation rate dQ (θ) / dθ is sequentially integrated from the ignition timing θSA, and the crank angle θ at which this integrated value is approximately equal to the theoretical heat generation rate QT is calculated as the combustion completion timing θT. When the combustion completion timing θT is calculated, the combustion time Tc is calculated, and when the combustion time Tc is calculated, the cylinder air-fuel ratio rafc (t0) is calculated.

したがって、一般化して言うと、筒内圧Pc(θ)を求め、求められた筒内圧Pc(θ)に基づいて実際の筒内空燃比を算出しているということになる。   Therefore, in general terms, the in-cylinder pressure Pc (θ) is obtained, and the actual in-cylinder air-fuel ratio is calculated based on the obtained in-cylinder pressure Pc (θ).

さて、所要時間Δtないし現在時刻t0から所要時間Δtだけ前の時刻(t0−Δt)は例えば次のようにして算出される。   Now, the required time Δt or the time (t0−Δt) before the current time t0 by the required time Δt is calculated as follows, for example.

上述したように、排気ガスが排気弁8から2次空気供給箇所30まで到達するのに所要時間Δtだけ要する。そうすると、排気弁8から2次空気供給箇所30までの排気通路部分EX(図1)を満たす排気ガス量を所要ガス量と称すれば、現在時刻t0における所要ガス量は時刻(t0−Δt)から現在時刻t0までに排出された排気ガス量の積算値に等しいということになる。   As described above, it takes a required time Δt for the exhaust gas to reach the secondary air supply point 30 from the exhaust valve 8. Then, if the exhaust gas amount satisfying the exhaust passage portion EX (FIG. 1) from the exhaust valve 8 to the secondary air supply location 30 is referred to as a required gas amount, the required gas amount at the current time t0 is the time (t0−Δt). Is equal to the integrated value of the amount of exhaust gas discharged from the current time to the current time t0.

すなわち、排気通路部分EXの体積をVexとし、時刻tにおける排気通路部分EXを満たす排気ガスの密度及び所要ガス量をそれぞれρ(t),Mex(t)とすると、現在時刻t0における所要ガス質量Mex(t0)は次式(11)を用いて算出される。   That is, if the volume of the exhaust passage portion EX is Vex, and the density and required gas amount of the exhaust gas that fills the exhaust passage portion EX at time t are ρ (t) and Mex (t), respectively, the required gas mass at the current time t0. Mex (t0) is calculated using the following equation (11).

Figure 0005200865
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一方、単位時間当たりに排気通路部分EXに排出される排気ガスの質量は吸入空気流量ma(t)と排気ガス中燃料流量mf(t)との和で表すことができる(ma(t)+mf(t))。したがって、現在時刻t0における所要ガス質量Mex(t0)は次式(12)のようにも表される。   On the other hand, the mass of the exhaust gas discharged to the exhaust passage portion EX per unit time can be expressed as the sum of the intake air flow rate ma (t) and the exhaust gas fuel flow rate mf (t) (ma (t) + mf (T)). Therefore, the required gas mass Mex (t0) at the current time t0 is also expressed by the following equation (12).

Figure 0005200865
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そこで本発明による第1実施例では、現在時刻t0における排気ガス密度ρ(t0)が算出され、式(11)を用いて所要ガス量Mex(t0)が算出される。次いで、式(12)を満たす時刻(t0−Δt)が算出される。   Therefore, in the first embodiment according to the present invention, the exhaust gas density ρ (t0) at the current time t0 is calculated, and the required gas amount Mex (t0) is calculated using the equation (11). Next, a time (t0−Δt) that satisfies Expression (12) is calculated.

本発明による第1実施例では、時刻tにおける排気ガス密度ρ(t)は時刻tにおける吸入空気流量ma(t)の関数として図7に示されるマップの形であらかじめROM42内に記憶されている。したがって、吸入空気流量ma(t0)を用いて排気ガス密度ρ(t0)が算出される。また、排気通路部分の体積Vexはあらかじめ実験により求められており、ROM42内に記憶されている。一方、吸入空気流量ma(t)及び排気ガス中燃料流量mf(t)はRAM43から得ることができる。   In the first embodiment according to the present invention, the exhaust gas density ρ (t) at time t is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 7 as a function of the intake air flow rate ma (t) at time t. . Therefore, the exhaust gas density ρ (t0) is calculated using the intake air flow rate ma (t0). Further, the volume Vex of the exhaust passage portion is obtained in advance by experiments and is stored in the ROM 42. On the other hand, the intake air flow rate ma (t) and the exhaust gas fuel flow rate mf (t) can be obtained from the RAM 43.

すなわち、和(ma(t)+mf(t))が現在時刻t0から遡って順次積算され、この積算値が式(11)を用いて算出された所要ガス量Mex(t0)にほぼ等しくなる時刻tが時刻(t0−Δt)として算出される。   In other words, the sum (ma (t) + mf (t)) is sequentially integrated retroactively from the current time t0, and this integrated value is approximately equal to the required gas amount Mex (t0) calculated using the equation (11). t is calculated as time (t0−Δt).

次に、本発明による第1実施例における燃料噴射制御について説明する。時刻tにおける燃料噴射流量指令値、基本燃料噴射流量、補正係数をそれぞれmfi(t),mfi0(t),Δmfi(t)とすると、現在時刻t0における燃料噴射流量指令値mfi(t0)は次式(13)を用いて算出される。   Next, fuel injection control in the first embodiment according to the present invention will be described. If the fuel injection flow rate command value, basic fuel injection flow rate, and correction coefficient at time t are mfi (t), mfi0 (t), and Δmfi (t), respectively, the fuel injection flow rate command value mfi (t0) at the current time t0 is Calculated using equation (13).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、補正係数Δmfi(t)は筒内等に煤やデポジットの形で残留する燃料分を補償するためのものであり、補正する必要がないときにはΔmfi(t)=1.0とされる。   Here, the correction coefficient Δmfi (t) is for compensating the fuel remaining in the cylinder or the like in the form of soot or deposit, and Δmfi (t) = 1.0 when there is no need for correction. .

基本燃料噴射流量mfi0(t)は筒内空燃比をリッチにするのに必要な燃料噴射流量であり、現在時刻t0における基本燃料噴射流量mfi0(t0)は機関負荷率KL(t0)及び目標排気ガス空燃比rafet(t0)から次式(14)を用いて算出される。   The basic fuel injection flow rate mfi0 (t) is a fuel injection flow rate necessary to make the in-cylinder air-fuel ratio rich. The basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) at the current time t0 is the engine load factor KL (t0) and the target exhaust gas. It is calculated from the gas air-fuel ratio rafet (t0) using the following equation (14).

Figure 0005200865
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ここで、f1(x,y)はx及びyの関数を表している。   Here, f1 (x, y) represents a function of x and y.

燃料噴射弁18からは、実際の燃料噴射流量が燃料噴射流量指令値mfi(t0)となるように燃料が噴射される。   Fuel is injected from the fuel injection valve 18 so that the actual fuel injection flow rate becomes the fuel injection flow rate command value mfi (t0).

したがって、総括すると、本発明による第1実施例では、現在時刻t0の属する燃焼サイクルすなわち今回の燃焼サイクルにおいて、目標排気ガス空燃比rafet(t0)及び燃料噴射流量指令値mfi(t0)が算出されて記憶され、燃料噴射流量指令値mfi(t0)に従って燃料噴射が行われる。次いで、今回の燃焼サイクルの燃焼が行われ、この燃焼についての実際の筒内空燃比rafc(t0)、排気ガス中燃料流量mf(t0)、時刻(t0−Δt)、要求総空気流量maT(t0)が順次算出されて記憶される。その上で、要求2次空気流量mai2(t0)が算出される。   Therefore, in summary, in the first embodiment according to the present invention, the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0) and the fuel injection flow rate command value mfi (t0) are calculated in the combustion cycle to which the current time t0 belongs, that is, the current combustion cycle. The fuel is injected according to the fuel injection flow rate command value mfi (t0). Next, combustion in the current combustion cycle is performed, and the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0), fuel flow in exhaust gas mf (t0), time (t0-Δt), required total air flow rate maT ( t0) are sequentially calculated and stored. Then, the required secondary air flow rate mai2 (t0) is calculated.

図8は本発明による第1実施例の昇温制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。   FIG. 8 shows the temperature raising control routine of the first embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図8を参照すると、まずステップ100では昇温処理を行うべきか否かが判別される。昇温処理を行うべきでないときには、処理サイクルを終了する。すなわち、この場合には、昇温処理が行われず、通常運転が行われる。通常運転では、筒内空燃比は例えば理論空燃比又はわずかばかりリーンになるように制御される。   Referring to FIG. 8, first, at step 100, it is judged if the temperature raising process should be performed. When the temperature raising process should not be performed, the processing cycle is terminated. That is, in this case, the temperature raising process is not performed and the normal operation is performed. In normal operation, the in-cylinder air-fuel ratio is controlled to be, for example, the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean.

昇温処理を行うべきときには次いでステップ110に進み、現在時刻t0における目標排気ガス空燃比rafet(t0)が算出され設定される。続くステップ200では、燃料噴射ルーチンが実行される。このルーチンは図9に示されている。続くステップ300では、現在時刻t0における実際の筒内空燃比rafc(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図10に示されている。続くステップ400では、時刻(t0−Δt)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図13に示されている。続くステップ500では、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図14に示されている。続くステップ600では、実際の2次空気流量が要求2次空気流量mai2(t0)に一致するように2次空気供給装置27から2次空気が供給される。   Next, when the temperature raising process is to be performed, the routine proceeds to step 110 where the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0) at the current time t0 is calculated and set. In the following step 200, a fuel injection routine is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 300, a routine for calculating the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 400, a routine for calculating the time (t0−Δt) is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 500, a routine for calculating the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 600, secondary air is supplied from the secondary air supply device 27 so that the actual secondary air flow rate matches the required secondary air flow rate mai2 (t0).

燃料噴射ルーチンを示す図9を参照すると、ステップ201では、現在時刻t0における基本燃料噴射流量mfi0(t0)が式(14)を用いて算出される。続くステップ202では、現在時刻t0における補正係数Δmfi(t0)が算出される。続くステップ203では、現在時刻t0における燃料噴射流量指令値mfi(t0)が式(13)を用いて算出される。続くステップ204では、実際の燃料噴射流量が燃料噴射流量指令値mfi(t0)となるように燃料噴射弁18から燃料が噴射される。   Referring to FIG. 9 showing the fuel injection routine, in step 201, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) at the current time t0 is calculated using equation (14). In the following step 202, the correction coefficient Δmfi (t0) at the current time t0 is calculated. In the subsequent step 203, the fuel injection flow rate command value mfi (t0) at the current time t0 is calculated using equation (13). In the following step 204, fuel is injected from the fuel injection valve 18 so that the actual fuel injection flow rate becomes the fuel injection flow rate command value mfi (t0).

実際の筒内空燃比rafc(t0)の算出ルーチンを示す図10を参照すると、ステップ310では、熱発生率dQ(θ)/dθの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図11に示されている。続くステップ330では、理論熱発生量QTの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図12に示されている。続くステップ350では、燃焼完了時期θTが式(4)を用いて算出される。続くステップ370では、点火時期θSAと燃焼完了時期θTとの差(θSA−θT)が算出され、この差から燃焼時間Tcが算出される。続くステップ390では、現在時刻t0における実際の筒内空燃比rafc(t0)が図2のマップを用いて算出される。   Referring to FIG. 10 showing the actual calculation routine for in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0), in step 310, the calculation routine for the heat generation rate dQ (θ) / dθ is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 330, a routine for calculating the theoretical heat generation amount QT is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 350, the combustion completion timing θT is calculated using equation (4). In the subsequent step 370, the difference (θSA−θT) between the ignition timing θSA and the combustion completion timing θT is calculated, and the combustion time Tc is calculated from this difference. In the following step 390, the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) at the current time t0 is calculated using the map of FIG.

熱発生率dQ(θ)/dθの算出ルーチンを示す図11を参照すると、ステップ311では、図4のマップを用いて慣性モーメントJ(θ)が算出される。続くステップ312では、クランク角速度ω(t)が式(10)を用いて算出される。続くステップ313では、クランク角速度ω(t)からクランク角速度ω(θ)が算出される。続くステップ314では、クランク角速度ω(θ)の変化率dω(θ)/dtが算出される。続くステップ315では、慣性質量トルクTQm(θ)が図5のマップを用いて算出される。続くステップ316では、機関負荷率KL(t)及びクランク角θ(t)から機関負荷率KL(θ)が算出される。続くステップ317では、エンジンオイル温度To(t)及びクランク角θ(t)からエンジンオイル温度To(θ)が算出される。続くステップ318では、機械損失トルクTQf(θ)が図6のマップを用いて算出される。続くステップ319では、筒内圧トルクTQp(θ)が式(9)を用いて算出される。続くステップ320では、筒内容積V(θ)が図3のマップを用いて算出される。続くステップ321では、筒内容積V(θ)の変化率dV(θ)/dθが算出される。続くステップ322では、筒内圧Pc(θ)が式(8)を用いて算出される。続くステップ323では、筒内圧Pc(θ)の変化率dPc(θ)/dθが算出される。続くステップ324では、熱発生率dQ(θ)/dθが式(7)を用いて算出される。   Referring to FIG. 11 showing a routine for calculating the heat release rate dQ (θ) / dθ, in step 311, the moment of inertia J (θ) is calculated using the map of FIG. In the following step 312, the crank angular speed ω (t) is calculated using the equation (10). In the subsequent step 313, the crank angular speed ω (θ) is calculated from the crank angular speed ω (t). In the subsequent step 314, the change rate dω (θ) / dt of the crank angular velocity ω (θ) is calculated. In the subsequent step 315, the inertial mass torque TQm (θ) is calculated using the map of FIG. In the subsequent step 316, the engine load factor KL (θ) is calculated from the engine load factor KL (t) and the crank angle θ (t). In the subsequent step 317, the engine oil temperature To (θ) is calculated from the engine oil temperature To (t) and the crank angle θ (t). In the subsequent step 318, the mechanical loss torque TQf (θ) is calculated using the map of FIG. In the following step 319, in-cylinder pressure torque TQp (θ) is calculated using equation (9). In the following step 320, the in-cylinder volume V (θ) is calculated using the map of FIG. In the subsequent step 321, the rate of change dV (θ) / dθ of the in-cylinder volume V (θ) is calculated. In the subsequent step 322, the in-cylinder pressure Pc (θ) is calculated using the equation (8). In the subsequent step 323, the change rate dPc (θ) / dθ of the in-cylinder pressure Pc (θ) is calculated. In the subsequent step 324, the heat generation rate dQ (θ) / dθ is calculated using the equation (7).

理論熱発生量QTの算出ルーチンを示す図12を参照すると、ステップ331では、サイクル時間Δtcylが算出される。続くステップ332では、前回の燃焼サイクルにおける筒内供給燃料流量mf(t0−Δtcyl)がRAM43から読み込まれる。続くステップ333では、経過時間Δt180が算出される。続くステップ334では、筒内供給燃料量Mfが式(6)を用いて算出される。続くステップ335では、理論熱発生量QTが式(5)を用いて算出される。   Referring to FIG. 12 showing the calculation routine of the theoretical heat generation amount QT, in step 331, the cycle time Δtcyl is calculated. In the subsequent step 332, the in-cylinder supplied fuel flow rate mf (t0−Δtcyl) in the previous combustion cycle is read from the RAM 43. In the subsequent step 333, the elapsed time Δt180 is calculated. In the following step 334, the in-cylinder supplied fuel amount Mf is calculated using the equation (6). In the following step 335, the theoretical heat generation amount QT is calculated using the equation (5).

時刻(t0−Δt)の算出ルーチンを示す図13を参照すると、ステップ401では、現在時刻t0における排気ガス中燃料流量mf(t0)が式(3)を用いて算出される。続くステップ402では、現在時刻t0における排気ガス密度ρ(t0)が図7のマップを用いて算出される。続くステップ403では、所要ガス量Mex(t0)が式(11)を用いて算出される。続くステップ404では、時刻(t0−Δt)が式(12)を用いて算出される。   Referring to FIG. 13 showing the calculation routine of time (t0−Δt), in step 401, the exhaust gas fuel flow rate mf (t0) at the current time t0 is calculated using equation (3). In the subsequent step 402, the exhaust gas density ρ (t0) at the current time t0 is calculated using the map of FIG. In the subsequent step 403, the required gas amount Mex (t0) is calculated using the equation (11). In the subsequent step 404, the time (t0−Δt) is calculated using the equation (12).

要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンを示す図14を参照すると、ステップ501では、時刻(t0−Δt)における排気ガス中燃料流量mf(t0−Δt)がRAM43から読み込まれる。続くステップ502では、時刻(t0−Δt)における目標排気ガス空燃比rafet(t0−Δt)がROM42から読み込まれる。続くステップ503では、現在時刻t0における要求総空気流量maT(t0)が式(2)を用いて算出される。続くステップ504では、時刻(t0−Δt)における吸入空気流量ma(t0−Δt)がRAM43から読み込まれる。続くステップ505では、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)が式(1)を用いて算出される。   Referring to FIG. 14 showing a routine for calculating the required secondary air flow rate mai2 (t0), in step 501, the exhaust gas fuel flow rate mf (t0-Δt) at time (t0-Δt) is read from the RAM 43. In the subsequent step 502, the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0-Δt) at the time (t0-Δt) is read from the ROM. In the subsequent step 503, the required total air flow rate maT (t0) at the current time t0 is calculated using the equation (2). In the subsequent step 504, the intake air flow rate ma (t0-Δt) at the time (t0-Δt) is read from the RAM 43. In the subsequent step 505, the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is calculated using the equation (1).

次に、本発明による第2実施例を説明する。   Next, a second embodiment according to the present invention will be described.

上述した本発明による第1実施例では、機関負荷率KL(t0)及び目標排気ガス空燃比rafet(t0)から基本燃料噴射流量mfi0(t0)が算出され、この基本燃料噴射流量mfi0(t0)を補正係数Δmfi(t0)でもって補正することにより燃料噴射流量指令値mfi(t0)が算出される。   In the first embodiment of the present invention described above, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) is calculated from the engine load factor KL (t0) and the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0), and this basic fuel injection flow rate mfi0 (t0). Is corrected with a correction coefficient Δmfi (t0), thereby calculating a fuel injection flow rate command value mfi (t0).

補正係数Δmfi(t0)は上述したように、筒内等に残留する燃料分を補償するためのものである。しかしながら、依然として、冷間運転時には多量の燃料が筒内壁面等に付着して2次空気供給箇所30における排気ガスの空燃比が目標排気ガス空燃比rafet(t0)よりもリーンになるおそれがある。また、このように燃料が筒内に残留すると、次いで温間運転時になったときに筒内壁面等に付着していた燃料が一気に気化し、今度は2次空気供給箇所30における排気ガスの空燃比が目標排気ガス空燃比rafet(t0)よりもリッチになるおそれがある。   As described above, the correction coefficient Δmfi (t0) is for compensating for the fuel remaining in the cylinder. However, during cold operation, a large amount of fuel may still adhere to the inner wall surface of the cylinder and the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply location 30 may become leaner than the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0). . Further, when the fuel remains in the cylinder in this way, the fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder at the time of the warm operation is vaporized all at once, and this time the exhaust gas in the secondary air supply location 30 is emptied. The fuel ratio may become richer than the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0).

ここで、上述したように筒内に供給された燃料が既燃部分と残留部分とに二分できると考えると、この問題を解決するためには、燃料噴射量を残留部分の量だけ増量補正すればよいということになる。   Here, as described above, assuming that the fuel supplied into the cylinder can be divided into two parts, the burned portion and the remaining portion, in order to solve this problem, the fuel injection amount should be corrected to increase by the amount of the remaining portion. That's fine.

一方、筒内に供給された燃料量に対する既燃部分の量の割合を燃焼割合と称すると、この燃焼割合は残留部分量を反射的に表している。   On the other hand, when the ratio of the amount of the burned portion to the amount of fuel supplied into the cylinder is referred to as a combustion ratio, this combustion ratio reflects the remaining portion amount in a reflective manner.

そこで本発明による第2実施例では、2次空気供給箇所30における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な排気ガス中燃料流量である目標排気ガス中燃料流量をこの燃焼割合でもって補正することにより、次の燃焼サイクルにおける基本燃料噴射流量を求めるようにしている。   Therefore, in the second embodiment according to the present invention, the target exhaust gas fuel flow rate, which is the fuel flow rate in the exhaust gas necessary for making the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply point 30 coincide with the target exhaust gas air-fuel ratio, is set to this value. By correcting with the combustion ratio, the basic fuel injection flow rate in the next combustion cycle is obtained.

すなわち、時刻tにおける目標排気ガス中燃料流量及び燃焼割合をそれぞれmft(t),rcomb(t)とすると、次の燃焼サイクルすなわち時刻(t0+Δtcyl)における基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)は次式(15)を用いて算出される。   That is, if the fuel flow rate and the combustion ratio in the target exhaust gas at time t are mft (t) and rcomb (t), respectively, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) at the next combustion cycle, that is, time (t0 + Δtcyl) is 15).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

今回の燃焼サイクルすなわち現在時刻t0における目標排気ガス中燃料流量mft(t0)は次式(16)を用いて算出される。   The target exhaust gas fuel flow rate mft (t0) at the current combustion cycle, that is, the current time t0 is calculated using the following equation (16).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、f2(x,y)はx及びyの関数を表している。   Here, f2 (x, y) represents a function of x and y.

一方、現在時刻t0において筒内に供給された燃料量は燃料噴射流量指令値mfi(t0)によって表され、現在時刻t0における既燃部分の量は上述したように排気ガス中燃料流量mf(t0)によって表される。したがって、現在時刻t0における燃焼割合rcomb(t0)は次式(17)を用いて算出される。   On the other hand, the amount of fuel supplied into the cylinder at the current time t0 is represented by the fuel injection flow rate command value mfi (t0), and the amount of burned part at the current time t0 is the fuel flow rate mf (t0) in the exhaust gas as described above. ). Therefore, the combustion ratio rcomb (t0) at the current time t0 is calculated using the following equation (17).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

式(15)を用いて算出された基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)はRAM43に記憶される。次いで、時刻(t0+Δtcyl)において、燃料噴射流量指令値mfi(t0+Δtcyl)が基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)から式(13)を用いて算出される。   The basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) calculated using the equation (15) is stored in the RAM 43. Next, at the time (t0 + Δtcyl), the fuel injection flow rate command value mfi (t0 + Δtcyl) is calculated from the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) using the equation (13).

図15は本発明による第2実施例の昇温制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。   FIG. 15 shows the temperature raising control routine of the second embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図15を参照すると、まずステップ100では昇温処理を行うべきか否かが判別される。昇温処理を行うべきでないときには、処理サイクルを終了する。昇温処理を行うべきときには次いでステップ110に進み、現在時刻t0における目標排気ガス空燃比rafet(t0)が算出され設定される。続くステップ200では、燃料噴射ルーチンが実行される。このルーチンは図16に示されている。続くステップ300では、現在時刻t0における実際の筒内空燃比rafc(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図10に示されている。続くステップ400では、時刻(t0−Δt)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図13に示されている。続くステップ500では、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図14に示されている。続くステップ600では、実際の2次空気流量が要求2次空気流量mai2(t0)に一致するように2次空気供給装置27から2次空気が供給される。続くステップ700では、次回の燃焼サイクルにおける基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図17に示されている。   Referring to FIG. 15, first, at step 100, it is determined whether or not the temperature raising process should be performed. When the temperature raising process should not be performed, the processing cycle is terminated. Next, when the temperature raising process is to be performed, the routine proceeds to step 110 where the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0) at the current time t0 is calculated and set. In the following step 200, a fuel injection routine is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 300, a routine for calculating the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 400, a routine for calculating the time (t0−Δt) is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 500, a routine for calculating the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 600, secondary air is supplied from the secondary air supply device 27 so that the actual secondary air flow rate matches the required secondary air flow rate mai2 (t0). In the subsequent step 700, a routine for calculating the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) in the next combustion cycle is executed. This routine is illustrated in FIG.

燃料噴射ルーチンを示す図16を参照すると、ステップ201aでは、時刻t0における基本燃料噴射流量mfi0(t0)がRAM43から読み込まれる。この基本燃料噴射流量mfi0(t0)は前回のサイクルにおいて算出され記憶されているものである。続くステップ202では、現在時刻t0における補正係数Δmfi(t0)が算出される。続くステップ203では、現在時刻t0における燃料噴射流量指令値mfi(t0)が式(13)を用いて算出される。続くステップ204では、実際の燃料噴射流量が燃料噴射流量指令値mfi(t0)となるように燃料噴射弁18から燃料が噴射される。   Referring to FIG. 16 showing the fuel injection routine, in step 201a, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) at time t0 is read from the RAM 43. This basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) is calculated and stored in the previous cycle. In the following step 202, the correction coefficient Δmfi (t0) at the current time t0 is calculated. In the subsequent step 203, the fuel injection flow rate command value mfi (t0) at the current time t0 is calculated using equation (13). In the following step 204, fuel is injected from the fuel injection valve 18 so that the actual fuel injection flow rate becomes the fuel injection flow rate command value mfi (t0).

次回の燃焼サイクルにおける基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)の算出ルーチンを示す図17を参照すると、ステップ701では、現在時刻t0における目標排気ガス中燃料流量mft(t0)が式(16)を用いて算出される。続くステップ702では、現在時刻t0における燃焼割合rcomb(t0)が式(17)を用いて算出される。続くステップ703では、時刻(t0+Δtcyl)における基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)が式(15)を用いて算出される。   Referring to FIG. 17 showing a routine for calculating the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) in the next combustion cycle, in step 701, the target exhaust gas fuel flow rate mft (t0) at the current time t0 is calculated using the equation (16). Calculated. In the subsequent step 702, the combustion ratio rcomb (t0) at the current time t0 is calculated using equation (17). In the subsequent step 703, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0 + Δtcyl) at time (t0 + Δtcyl) is calculated using equation (15).

なお、今回の燃焼サイクルにおいて今回の燃焼サイクルの基本燃料噴射流量mfi0(t0)を算出するようにしてもよく、この場合には基本燃料噴射流量mfi0(t0)は例えば次式(18)を用いて算出される。   Note that the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) of the current combustion cycle may be calculated in the current combustion cycle. In this case, the basic fuel injection flow rate mfi0 (t0) uses, for example, the following equation (18). Is calculated.

Figure 0005200865
Figure 0005200865

本発明による第2実施例のその他の構成及び作用は本発明による第1実施例と同様であるので説明を省略する。   Since other configurations and operations of the second embodiment according to the present invention are the same as those of the first embodiment according to the present invention, the description thereof will be omitted.

次に、本発明による第3実施例を説明する。   Next, a third embodiment according to the present invention will be described.

これまで述べてきた各実施例では、排気ガスの密度ρ(t)が吸入空気流量ma(t)に基づいて算出される。   In each of the embodiments described so far, the exhaust gas density ρ (t) is calculated based on the intake air flow rate ma (t).

しかしながら、特に過渡運転時には吸入空気流量ma(t)が排気ガスの密度ρ(t)に正確に対応しないおそれがあり、その結果所要ガス質量Mex(t)を正確に求めることができず、したがって時刻(t0−Δt)を正確に求めることができないおそれがある。   However, particularly during transient operation, the intake air flow rate ma (t) may not accurately correspond to the density ρ (t) of the exhaust gas, and as a result, the required gas mass Mex (t) cannot be accurately obtained. There is a possibility that the time (t0−Δt) cannot be obtained accurately.

そこで本発明による第3実施例では、排気通路部分EXについての1次元圧縮性オイラー方程式を用いて排気ガスの密度を求めるようにしている。   Therefore, in the third embodiment according to the present invention, the density of the exhaust gas is obtained using the one-dimensional compressible Euler equation for the exhaust passage portion EX.

すなわち、図18に示されるように、排気通路部分EXの中心軸線に沿った位置をxとし、時刻t及び位置xにおける排気ガスの密度、速度及び圧力をそれぞれρ(t,x),u(t,x),p(t,x)とすると、現在時刻t0について次式(19)が成立する。   That is, as shown in FIG. 18, the position along the central axis of the exhaust passage portion EX is x, and the density, velocity, and pressure of the exhaust gas at the time t and the position x are ρ (t, x), u ( Assuming that t, x) and p (t, x), the following equation (19) is established for the current time t0.

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、Q,Eはベクトルである。また、e(t,x)は時刻t及び位置xにおける排気ガスの単位体積当たりのエネルギを表している。   Here, Q and E are vectors. E (t, x) represents the energy per unit volume of the exhaust gas at time t and position x.

図18において、xstaは排気通路部分EXの入口を表しており、xendは排気通路部分EXの出口であって2次空気供給箇所30を表している。時刻t及び位置xstaにおける排気ガスの圧力p(t,xsta)は排気弁8の開弁時期θEVOにおける筒内圧Pc(θEVO)と考えることができる。   In FIG. 18, xsta represents the inlet of the exhaust passage portion EX, and xend represents the outlet of the exhaust passage portion EX and represents the secondary air supply location 30. The exhaust gas pressure p (t, xsta) at the time t and the position xsta can be considered as the in-cylinder pressure Pc (θEVO) at the valve opening timing θEVO of the exhaust valve 8.

したがって、p(t,xsta)=Pc(θEVO)として式(19)を解くことにより位置xstaからxendまでの排気ガスの密度ρ(t0,x)が求められる。   Therefore, the density ρ (t0, x) of the exhaust gas from the position xsta to xend is obtained by solving the equation (19) as p (t, xsta) = Pc (θEVO).

その上で、現在時刻t0における所要ガス量Mex(t0)が次式(20)を用いて算出される。   Then, the required gas amount Mex (t0) at the current time t0 is calculated using the following equation (20).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

すなわち、一般化して言うと、排気弁開弁時における筒内圧を算出し、排気通路部分を満たす排気ガスの密度をこの筒内圧に基づいて算出し、所要ガス量をこの密度に基づいて算出しているということになる。   That is, in general terms, the in-cylinder pressure when the exhaust valve is opened is calculated, the exhaust gas density that fills the exhaust passage portion is calculated based on this in-cylinder pressure, and the required gas amount is calculated based on this density. It will be that.

次いで、式(12)及び(20)から時刻(t0−Δt)が算出される。   Next, the time (t0−Δt) is calculated from the equations (12) and (20).

このようにすると、排気ガスの密度ρ(t,x)をより正確に求めることができ、したがって時刻(t0−Δt)をより正確に求めることができる。   In this way, the exhaust gas density ρ (t, x) can be obtained more accurately, and therefore the time (t0−Δt) can be obtained more accurately.

本発明による第3実施例でも図8に示される昇温制御ルーチンが実行される。しかしながら、ステップ400では図19に示される時刻(t0−Δt)の算出ルーチンが実行される。   In the third embodiment according to the present invention, the temperature raising control routine shown in FIG. 8 is also executed. However, in step 400, the routine for calculating the time (t0−Δt) shown in FIG. 19 is executed.

図14を参照すると、まずステップ401では、現在時刻t0における排気ガス中燃料流量mf(t0)が式(3)を用いて算出される。続くステップ402bでは、現在時刻t0及び位置xにおける排気ガスの密度ρ(t0,x)が式(19)を用いて算出される。続くステップ403bでは、所要ガス量Mex(t0)が式(20)を用いて算出される。続くステップ404では、時刻(t0−Δt)が式(12)を用いて算出される。   Referring to FIG. 14, first, at step 401, the exhaust gas fuel flow rate mf (t0) at the current time t0 is calculated using equation (3). In the subsequent step 402b, the exhaust gas density ρ (t0, x) at the current time t0 and the position x is calculated using the equation (19). In the subsequent step 403b, the required gas amount Mex (t0) is calculated using the equation (20). In the subsequent step 404, the time (t0−Δt) is calculated using the equation (12).

なお、本発明による第3実施例のその他の構成及び作用は本発明による第1実施例と同様であるので説明を省略する。また、本発明による第3実施例を第2実施例と組み合わせることもできる。   The remaining structure and operation of the third embodiment according to the present invention are the same as those of the first embodiment according to the present invention, so description thereof will be omitted. Further, the third embodiment according to the present invention can be combined with the second embodiment.

次に、本発明による第4実施例を説明する。   Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described.

これまで述べてきた各実施例では、各気筒の構成が互いに同じであると考えて所要時間Δtないし要求2次空気流量mai2(t)を算出している。   In each of the embodiments described so far, the required time Δt or the required secondary air flow rate mai2 (t) is calculated on the assumption that the configurations of the cylinders are the same.

しかしながら、図20に示されるようにi番気筒(i=1,2,3,4)の排気弁8から2次空気供給箇所30までの排気通路部分をEX(i)で表すと、これら排気通路部分EX(i)は必ずしも同じ構成であるとは限らず、したがってi番気筒の排気通路部分EX(i)の容積Vex(i)は必ずしも互いに等しいとは限らない。i番気筒における所要時間Δt(i)、時刻tにおけるi番気筒の排気通路部分EX(i)の所要ガス量Mex(i,t)、時刻tにおけるi番気筒の排気通路部分EX(i)内の排気ガスの密度ρ(i,t)、更にi番気筒の吸入空気流量も同様である。   However, as shown in FIG. 20, when the exhaust passage portion from the exhaust valve 8 of the i-th cylinder (i = 1, 2, 3, 4) to the secondary air supply location 30 is represented by EX (i), these exhausts. The passage portion EX (i) is not necessarily the same configuration, and therefore the volumes Vex (i) of the exhaust passage portion EX (i) of the i-th cylinder are not necessarily equal to each other. Required time Δt (i) in the i-th cylinder, required gas amount Mex (i, t) in the exhaust passage portion EX (i) of the i-th cylinder at time t, and exhaust passage portion EX (i) of the i-th cylinder at time t The same applies to the density ρ (i, t) of the exhaust gas inside, and the intake air flow rate of the i-th cylinder.

そこで本発明による第4実施例では、気筒ごとに所要時間Δt(i)等を算出して要求2次空気流量mai2(t)を算出するようにしている。その結果、要求2次空気流量(t)をより正確に算出することができる。   Therefore, in the fourth embodiment according to the present invention, the required secondary air flow rate mai2 (t) is calculated by calculating the required time Δt (i) and the like for each cylinder. As a result, the required secondary air flow rate (t) can be calculated more accurately.

具体的には、時刻tにおけるi番気筒の吸入空気流量をma(i,t)とすると、現在時刻t0におけるi番気筒の吸入空気流量ma(i,t0)は次式(21)を用いて算出される(i=1,2,3,4)。   Specifically, assuming that the intake air flow rate of the i-th cylinder at time t is ma (i, t), the intake air flow rate ma (i, t0) of the i-th cylinder at the current time t0 uses the following equation (21). (I = 1, 2, 3, 4).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、k(i)はi番気筒の分配係数であって、次式(22)を満たすものである。   Here, k (i) is a distribution coefficient of the i-th cylinder and satisfies the following equation (22).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

したがって、時刻tにおけるi番気筒の排気ガス中燃料流量をmf(i,t)とすると、現在時刻t0におけるi番気筒の排気ガス中燃料流量mf(i,t0)は次式(23)を用いて算出される。   Therefore, assuming that the fuel flow rate in the exhaust gas of the i-th cylinder at time t is mf (i, t), the fuel flow rate mf (i, t0) in the exhaust gas of the i-th cylinder at the current time t0 is expressed by the following equation (23). Is used to calculate.

Figure 0005200865
Figure 0005200865

なお、筒内空燃比rafc(t)はi番気筒で行われた燃焼の燃焼時間Tcに基づいて算出される。   The in-cylinder air-fuel ratio rafc (t) is calculated based on the combustion time Tc of the combustion performed in the i-th cylinder.

したがって、現在時刻t0におけるi番気筒の所要ガス量Mex(i,t0)は次式(24)のように表される。   Therefore, the required gas amount Mex (i, t0) of the i-th cylinder at the current time t0 is expressed by the following equation (24).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

一方、排気通路部分EX(i)の容積Vex(i)及び排気ガスの密度をρ(i,t)から、現在時刻t0におけるi番気筒の所要ガス量Mex(i,t0)は次式(25)を用いて算出される。   On the other hand, from the volume Vex (i) of the exhaust passage portion EX (i) and the density of exhaust gas ρ (i, t), the required gas amount Mex (i, t0) of the i-th cylinder at the current time t0 is expressed by the following equation ( 25).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

ここで、i番気筒の排気ガスの密度ρ(i,t)はi番気筒の吸入空気流量ma(i,t)から図7のマップを用いて算出される。   Here, the density ρ (i, t) of the exhaust gas of the i-th cylinder is calculated from the intake air flow rate ma (i, t) of the i-th cylinder using the map of FIG.

次いで、式(24)を満たす時刻(t0−Δt(i))が算出される。   Next, a time (t0−Δt (i)) that satisfies Expression (24) is calculated.

次いで、現在時刻t0における要求総空気流量maT(t0)が次式(26)を用いて算出される。   Next, the required total air flow rate maT (t0) at the current time t0 is calculated using the following equation (26).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

次いで、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)が次式(27)を用いて算出される。   Next, the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is calculated using the following equation (27).

Figure 0005200865
Figure 0005200865

図21は本発明による第4実施例の昇温制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。   FIG. 21 shows the temperature raising control routine of the fourth embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図21を参照すると、まずステップ100では昇温処理を行うべきか否かが判別される。昇温処理を行うべきでないときには、処理サイクルを終了する。昇温処理を行うべきときには次いでステップ105に進み、現在時刻t0におけるi番気筒の吸入空気流量ma(i,t0)が式(21)を用いて算出される。続くステップ110では、現在時刻t0における目標排気ガス空燃比rafet(t0)が算出され設定される。続くステップ200では、燃料噴射ルーチンが実行される。このルーチンは図9に示されている。続くステップ300では、現在時刻t0における実際の筒内空燃比rafc(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図10に示されている。続くステップ400cでは、時刻(t0−Δt(i))の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図22に示されている。続くステップ500cでは、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図23に示されている。続くステップ600では、実際の2次空気流量が要求2次空気流量mai2(t0)に一致するように2次空気供給装置27から2次空気が供給される。   Referring to FIG. 21, first, at step 100, it is judged if the temperature raising process should be performed. When the temperature raising process should not be performed, the processing cycle is terminated. Next, when the temperature raising process is to be performed, the routine proceeds to step 105, where the intake air flow rate ma (i, t0) of the i-th cylinder at the current time t0 is calculated using the equation (21). In the following step 110, the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0) at the current time t0 is calculated and set. In the following step 200, a fuel injection routine is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 300, a routine for calculating the actual in-cylinder air-fuel ratio rafc (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 400c, a routine for calculating the time (t0−Δt (i)) is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 500c, a routine for calculating the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is executed. This routine is illustrated in FIG. In the subsequent step 600, secondary air is supplied from the secondary air supply device 27 so that the actual secondary air flow rate matches the required secondary air flow rate mai2 (t0).

時刻(t0−Δt(i))の算出ルーチンを示す図22を参照すると、ステップ401cでは、現在時刻t0におけるi番気筒の排気ガス中燃料流量mf(i,t0)が式(23)を用いて算出される。続くステップ402cでは、現在時刻t0におけるi番気筒の排気ガス密度ρ(i,t0)が図7のマップを用いて算出される。続くステップ403cでは、i番気筒の所要ガス量Mex(i,t0)が式(25)を用いて算出される。続くステップ404cでは、時刻(t0−Δt(i))が式(24)を用いて算出される。   Referring to FIG. 22 showing a calculation routine of time (t0−Δt (i)), in step 401c, the fuel flow rate mf (i, t0) in the exhaust gas of the i-th cylinder at the current time t0 uses equation (23). Is calculated. In the subsequent step 402c, the exhaust gas density ρ (i, t0) of the i-th cylinder at the current time t0 is calculated using the map of FIG. In the subsequent step 403c, the required gas amount Mex (i, t0) of the i-th cylinder is calculated using equation (25). In the subsequent step 404c, the time (t0−Δt (i)) is calculated using the equation (24).

要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンを示す図23を参照すると、ステップ501cでは、時刻(t0−Δt(i))における排気ガス中燃料流量mf(t0−Δt(i))がRAM43から読み込まれる。続くステップ502cでは、時刻(t0−Δt(i))における目標排気ガス空燃比rafet(t0−Δt(i))がROM42から読み込まれる。続くステップ503cでは、現在時刻t0における要求総空気流量maT(t0)が式(26)を用いて算出される。続くステップ504cでは、時刻(t0−Δt(i))における吸入空気流量ma(t0−Δt(i))がRAM43から読み込まれる。続くステップ505cでは、現在時刻t0における要求2次空気流量mai2(t0)が式(27)を用いて算出される。   Referring to FIG. 23 showing a calculation routine of the required secondary air flow rate mai2 (t0), in step 501c, the exhaust gas fuel flow rate mf (t0-Δt (i)) at the time (t0-Δt (i)) is stored in the RAM 43. Is read from. In the subsequent step 502c, the target exhaust gas air-fuel ratio rafet (t0-Δt (i)) at the time (t0-Δt (i)) is read from the ROM. In the subsequent step 503c, the required total air flow rate maT (t0) at the current time t0 is calculated using equation (26). In the subsequent step 504c, the intake air flow rate ma (t0-Δt (i)) at the time (t0-Δt (i)) is read from the RAM 43. In the subsequent step 505c, the required secondary air flow rate mai2 (t0) at the current time t0 is calculated using equation (27).

なお、本発明による第4実施例のその他の構成及び作用は本発明による第1実施例と同様であるので説明を省略する。また、本発明による第4実施例を第2又は第3実施例と組み合わせることもできる。   The remaining structure and operation of the fourth embodiment according to the present invention are the same as those of the first embodiment according to the present invention, so description thereof will be omitted. Further, the fourth embodiment according to the present invention can be combined with the second or third embodiment.

内燃機関の全体図である。1 is an overall view of an internal combustion engine. 燃焼時間Tc及び筒内空燃比rafcの相関を示すマップを示す図である。It is a figure which shows the map which shows the correlation of combustion time Tc and in-cylinder air fuel ratio rafc. 筒内容積V(θ)のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of cylinder internal volume V ((theta)). 慣性モーメントJ(θ)のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of inertia moment J ((theta)). 慣性質量トルクTQm(θ)のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of inertia mass torque TQm ((theta)). 機械損失トルクTQf(θ)のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of mechanical loss torque TQf ((theta)). 排気ガス密度ρのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of exhaust gas density (rho). 昇温制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a temperature rising control routine. 燃料噴射ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fuel-injection routine. 実際の筒内空燃比rafc(t0)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of actual cylinder air-fuel ratio rafc (t0). 熱発生率dQ(θ)/dθの算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of heat release rate dQ ((theta)) / d (theta). 理論熱発生量QTの算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the theoretical heat generation amount QT. 時刻(t0−Δt)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of time (t0-Δt). 要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the request | requirement secondary air flow rate mai2 (t0). 本発明による第2実施例の昇温制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the temperature rising control routine of 2nd Example by this invention. 本発明による第2実施例の燃料噴射ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fuel-injection routine of 2nd Example by this invention. 本発明による第4実施例の基本燃料噴射流量mfi0(t0+Δtcyl)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the basic fuel injection flow volume mfi0 (t0 + (DELTA) tcyl) of 4th Example by this invention. 本発明による第3実施例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating 3rd Example by this invention. 本発明による第3実施例の時刻(t0−Δt)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the time (t0- (DELTA) t) of 3rd Example by this invention. 本発明による第4実施例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating 4th Example by this invention. 本発明による第4実施例の昇温制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the temperature rising control routine of 4th Example by this invention. 本発明による第4実施例の時刻(t0−Δt(i))の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the time (t0- (DELTA) t (i)) of 4th Example by this invention. 本発明による第4実施例の要求2次空気流量mai2(t0)の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the request | requirement secondary air flow rate mai2 (t0) of 4th Example by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 機関本体
5 燃焼室
8 排気弁
18 燃料噴射弁
22 排気マニホルド
23a 三元触媒
27 2次空気供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 5 Combustion chamber 8 Exhaust valve 18 Fuel injection valve 22 Exhaust manifold 23a Three-way catalyst 27 Secondary air supply device

Claims (4)

機関排気通路内に配置された酸化能力を有する触媒と、筒内空燃比を制御する手段と、該触媒上流の排気通路内の2次空気供給箇所に2次空気を供給する2次空気供給手段と、を具備し、触媒を昇温すべきときには筒内空燃比をリッチに制御しながら2次空気を供給して排気ガス中の未燃分を触媒上で酸化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、実際の筒内空燃比を繰り返し求めて記憶しておく手段と、2次空気供給箇所における排気ガスの空燃比を目標排気ガス空燃比に一致させるのに必要な2次空気量である要求2次空気量を、排気ガスが筒内から2次空気供給箇所に到達するのに要する所要時間だけ前の実際の筒内空燃比に基づいて求める手段と、該求められた要求2次空気量だけ2次空気が供給されるように2次空気供給手段を制御する手段と、を具備し、筒内に供給された燃料量に対する排気ガス中に含まれることになる燃料量の割合である燃焼割合を算出し、該燃焼割合に基づいて次の燃焼サイクルの燃料噴射量を算出する、内燃機関の排気浄化装置。 A catalyst having an oxidizing ability disposed in the engine exhaust passage, means for controlling the in-cylinder air-fuel ratio, and secondary air supply means for supplying secondary air to a secondary air supply location in the exhaust passage upstream of the catalyst And when the temperature of the catalyst is to be raised, the exhaust of the internal combustion engine is configured such that secondary air is supplied while the in-cylinder air-fuel ratio is controlled to be rich so that unburned components in the exhaust gas are oxidized on the catalyst. In the purifying apparatus, the actual in-cylinder air-fuel ratio is repeatedly determined and stored, and the amount of secondary air required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas at the secondary air supply point coincide with the target exhaust gas air-fuel ratio. Means for determining a required secondary air quantity based on an actual in-cylinder air-fuel ratio that is a time required for exhaust gas to reach the secondary air supply location from the inside of the cylinder; Secondary air supply so that secondary air is supplied by the amount of air Comprising means for controlling the stage, and calculates a combustion ratio is the ratio of the fuel amount to be included in the exhaust gas with respect to the amount of fuel supplied to the cylinder, the next combustion on the basis of the combustion ratio An exhaust emission control device for an internal combustion engine that calculates a fuel injection amount of a cycle . 排気弁から2次空気供給箇所までの排気通路部分を満たすガスの量である所要ガス量を算出し、筒内から排出された排気ガスの積算量を算出し、該積算量が該所要ガス量にほぼ一致するのに必要な時間を前記所要時間として算出する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The required gas amount that is the amount of gas that fills the exhaust passage from the exhaust valve to the secondary air supply point is calculated, the integrated amount of exhaust gas discharged from the cylinder is calculated, and the integrated amount is the required gas amount. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a time required to substantially match is calculated as the required time. 排気弁開弁時における筒内圧を算出し、前記排気通路部分を満たす排気ガスの密度を該筒内圧に基づいて算出し、前記所要ガス量を該密度に基づいて算出する請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The in-cylinder pressure when the exhaust valve is opened is calculated, the density of exhaust gas filling the exhaust passage portion is calculated based on the in-cylinder pressure, and the required gas amount is calculated based on the density. An exhaust purification device for an internal combustion engine. 筒内圧を求め、該求められた筒内圧に基づいて実際の筒内空燃比を求めるようにした請求項1からまでのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein an in-cylinder pressure is obtained and an actual in-cylinder air-fuel ratio is obtained based on the obtained in-cylinder pressure.
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