JP6000309B2 - 内燃機関のegr流量推定装置、及び内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
内燃機関のスロットルバルブの下流側の吸気通路と前記内燃機関の排気通路とを接続するEGR流路に於けるEGR流量を推定する内燃機関のEGR流量推定装置であって、
前記内燃機関の前記スロットルバルブを通過して前記内燃機関のシリンダに吸入される吸入空気流量を算出する吸入空気流量算出部と、
前記EGR流路を開閉して、前記EGR流路に於けるEGR流量としての外部EGR流量を制御するEGRバルブと、
前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの制御に基づいて前記内燃機関のシリンダに流入する空気量を示す指標である体積効率相当値としての体積効率補正係数を算出する体積効率補正係数算出部と、
前記吸気通路の内部の圧力と前記算出された前記体積効率補正係数とに基づいて、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気通路から前記シリンダに流入する空気のシリンダ流量を算出するシリンダ流量算出部と、
前記バルブタイミングの制御に基づいて前記シリンダの内部に残留する前記内燃機関の排気流量としての内部EGR流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量と、の比である内部EGR率を推定する内部EGR率推定部と、
前記内燃機関の目標トルクに基づいて前記内燃機関の目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出部と、
前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量と、前記内燃機関の回転速度とに基づいて、目標となる目標外部EGR率および目標内部EGR率を推定する目標外部および内部EGR率推定部と、
前記目標外部および内部EGR率推定部により推定された前記目標外部EGR率および前記目標内部EGR率と、前記内部EGR率推定部により推定された前記内部EGR率と、に基づいて目標EGR率を算出する目標EGR率推定部と、
前記シリンダ流量算出部により算出された前記シリンダ流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量とに基づいて、EGR流量を算出するEGR流量算出部と、
前記EGR流量算出部により算出された前記EGR流量に基づいて、前記EGRバルブの開度に対応した前記EGRバルブの有効開口面積を算出するEGR有効開口面積算出部と、
前記EGRバルブの開度を検出するEGRバルブ開度センサからの出力に基づくEGRバルブ開度と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積との関係を学習するEGR有効開口面積学習部と、
前記EGRバルブの開度を算出するEGRバルブ開度算出部と、
を備え、
前記EGRバルブ開度算出部は、
前記目標EGR率推定部により推定された前記目標EGR率と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積と、前記EGR有効開口面積学習部により学習された学習値とに基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブ開度を算出する、
ことを特徴とする。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1による内燃機関のEGR流量推定装置、及び内燃機関の制御装置について詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1による内燃機関の内燃機関のEGR流量推定装置を備えた内燃機関の制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す構成図、図2は、この発明の実施の形態1による内燃機関のEGR流量推定装置を備えた内燃機関の制御装置を示すブロック構成図である。図1に於いて、内燃機関1の吸気系を構成する吸気通路としての吸気管の上流に、吸入空気流量を調整するために電気的に制御することができるスロットルバルブとしての電子制御スロットル4が設けられている。又、電子制御スロットル4の開度を測定するために、スロットル開度センサ3が設けられている。
(添え字…b:インテークマニホールド内、in:筒内@B180(吸気行程終了時)、ex:エキゾーストマニホールド内)
ctl―スロットル有効開口面積Sthの特性に於けるスロットル開度θから算出することができる。
(1)内燃機関のスロットルバルブの下流側の吸気通路と前記内燃機関の排気通路とを接続するEGR流路に於けるEGR流量を推定する内燃機関のEGR流量推定装置であって、
前記内燃機関の前記スロットルバルブを通過して前記内燃機関のシリンダに吸入される吸入空気流量を算出する吸入空気流量算出部と、
前記EGR流路を開閉して、前記EGR流路に於けるEGR流量としての外部EGR流量を制御するEGRバルブと、
前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの制御に基づいて前記内燃機関のシリンダに流入する空気量を示す指標である体積効率相当値としての体積効率補正係数を算出する体積効率補正係数算出部と、
前記吸気通路の内部の圧力と前記算出された前記体積効率補正係数とに基づいて、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気通路から前記シリンダに流入する空気のシリンダ流量を算出するシリンダ流量算出部と、
前記バルブタイミングの制御に基づいて前記シリンダの内部に残留する前記内燃機関の排気流量としての内部EGR流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量と、の比である内部EGR率を推定する内部EGR率推定部と、
前記内燃機関の目標トルクに基づいて前記内燃機関の目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出部と、
前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量と、前記内燃機関の回転速度とに基づいて、目標となる目標外部EGR率および目標内部EGR率を推定する目標外部および内部EGR率推定部と、
前記目標外部および内部EGR率推定部により推定された前記目標外部EGR率および前記目標内部EGR率と、前記内部EGR率推定部により推定された前記内部EGR率と、に基づいて目標EGR率を算出する目標EGR率推定部と、
前記シリンダ流量算出部により算出された前記シリンダ流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量とに基づいて、EGR流量を算出するEGR流量算出部と、
前記EGR流量算出部により算出された前記EGR流量に基づいて、前記EGRバルブの開度に対応した前記EGRバルブの有効開口面積を算出するEGR有効開口面積算出部と、
前記EGRバルブの開度を検出するEGRバルブ開度センサからの出力に基づくEGRバルブ開度と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積との関係を学習するEGR有効開口面積学習部と、
前記EGRバルブの開度を算出するEGRバルブ開度算出部と、
を備え、
前記EGRバルブ開度算出部は、
前記目標EGR率推定部により推定された前記目標EGR率と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積と、前記EGR有効開口面積学習部により学習された学習値とに基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブ開度を算出する、
ことを特徴とする内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、内外あわせた目標EGR率を達成するようEGRバルブ開度をフィードバック制御することで、精度よくEGRバルブと吸排気VVTを協調しつつ制御が可能となる。
前記外部EGR流量と前記内部EGR流量とのうちの少なくとも一方の制御を用いる場合の制御の適合時に於ける適合パラメータの指標となる、吸入空気流量と前記内燃機関の回転速度と外部EGR率と内部EGR率とを予め設定しておき、前記予め設定した外部EGR率と内部EGR率から、前記内燃機関の運転時に於ける前記内燃機関の回転速度と吸入空気流量とに対応する外部EGR率と内部EGR率を求めるように構成され、
前記目標EGR率推定部は、
内部EGR率と外部EGR率の合計としての総EGR率が一定となるように、前記目標内部EGR率と内部EGR率の実際値との偏差に基づいて前記目標外部EGR率を補正することで前記目標EGR率を算出するように構成され、
前記目標EGR率推定部による前記目標EGR率の算出は、前記目標外部および内部EGR率推定部により推定された前記目標外部EGR率および前記目標内部EGR率に基づいて、前記総EGR率を算出し、前記内部EGR率を用いて前記総EGR率が一定となるように前記目標外部EGR率を補正することにより行なわれる、
ことを特徴とする上記(1)に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、内部EGR率のばらつきが吸収されるように目標外部EGR率を制御することで、総EGR率が一定となる制御が可能となる。
前記EGR流路に接続された前記排気通路の内部の温度を検出する排気通路内温度検出部と、
このEGR流路に接続された前記排気通路の内部の圧力を検出する排気通路内圧力検出部と、
前記排気通路内温度検出部により検出された排気通路内の温度に基づいて、前記排気通路内の音速を算出する排気通路内音速算出部と、
前記排気通路内圧力検出部により検出された排気通路内の圧力と、前記排気通路内温度検出部により検出された排気通路内の温度とに基づいて、前記排気通路内の密度を算出する排気通路内密度算出部と、
予め設定したEGRバルブ開度―ベース有効開口面積マップからEGRベース有効開口面積を算出するEGRベース有効開口面積算出部と、
前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブの有効開口面積を補正する有効開口面積補正部と、
を備え、
前記EGR有効開口面積算出部は、
前記EGRバルブの開度と、前記吸気通路の内部の圧力と、前記排気通路の内部の圧力と、前記排気通路の内部の音速と、排気通路内密度と、前記EGR流量と、からEGR有効開口面積を算出するように構成され、
前記EGR有効開口面積学習部は、
前記EGR有効開口面積算出部により算出されたEGR有効開口面積と、前記EGRベース有効開口面積算出部に距離算出されたEGRベース有効開口面積とに基づいて、前記EGR有効開口面積学習値を算出するように構成され、
前記有効開口面積補正部は、
前記EGR有効開口面積学習部により算出されたEGR有効開口面積学習値に基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブの有効開口面積を補正するように構成され、
前記EGRバルブ開度算出部は、
前記EGR有効開口面積算出部により算出されたEGR有効開口面積と前記EGRバルブの開度の関係を学習し、前記学習した前記EGR有効開口面積と前記EGRバルブの開度の関係に基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブ開度を算出する、
ことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、EGRバルブ開度−有効開口面積の関係を学習することで、経年変化等によりその関係が変化しても正しい開度−有効開口面積特性を維持することができ、精度のよいEGRバルブ開度学習値を使うことで、精度よくEGRバルブ開度をフードバック制御することが可能となる。
前記外部EGR流量の制御の運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量とに基づいて、前記目標外部EGR率を推定する、
ことを特徴とする上記(1)から(3)のうちの何れか一つに記載の内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、外部EGR制御適合時の運転条件を使ってマップ化することにより目標外部EGR率を容易に推定可能となる。
前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量に基づいて、前記目標内部EGR率を推定し、
前記目標位相角算出部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量に基づいて、前記目標位相角を算出する、
ことを特徴とする上記(1)から(4)のうちの何れか一つに記載の内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、吸気および排気VVT制御適合時の運転条件を使ってマップ化することにより目標内部EGR率と目標位相角を容易に推定可能となる。
前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と、前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量に基づいて、前記目標内部EGR率を推定し、
前記目標位相角算出部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と、前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量に基づいて、前記目標位相角を算出する、
ことを特徴とする上記(1)から(4)のうちの何れか一つに記載の内燃機関のEGR流量推定装置。
この発明によれば、目標EGRバルブ開度の算出と目標位相角の算出に目標吸入空気流量を使うことで、EGRバルブ動作と吸排気VVT動作の応答性を改善可能となる。
この発明によれば、EGRバルブと吸排気VVTを協調しつつ、ばらつきや経年変化、更には環境条件を吸収することができ、精度よくEGR流量を推定でき、精度の高い内燃機関の制御装置を得ることができる。
8 吸気温センサ、9 インジェクタ、10 吸気VVT、11 排気VVT、12 点火コイル、13 エキゾーストマニホールド、14 EGR通路、15 EGRバルブ開度センサ、16 EGRバルブ、17 大気温センサ、18 各種センサ、19 各種アクチュエータ、20 ECU、21 標吸入空気流量算出部、22 制御量算出部、23
目標外部および内部EGR率推定部、24 体積効率補正係数算出部、25 シリンダ流量算出部、26 内部EGR率推定部、27 目標EGR率算出部、28 吸入空気流量算出部、29 EGR有効開口面積学習部、30 目標EGR流量算出部、31 目標EGR有効開口面積算出部、32 目標EGRバルブ開度算出部。
Claims (7)
- 内燃機関のスロットルバルブの下流側の吸気通路と前記内燃機関の排気通路とを接続するEGR流路に於けるEGR流量を推定する内燃機関のEGR流量推定装置であって、
前記内燃機関の前記スロットルバルブを通過して前記内燃機関のシリンダに吸入される吸入空気流量を算出する吸入空気流量算出部と、
前記EGR流路を開閉して、前記EGR流路に於けるEGR流量としての外部EGR流量を制御するEGRバルブと、
前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの制御に基づいて前記内燃機関のシリンダに流入する空気量を示す指標である体積効率相当値としての体積効率補正係数を算出する体積効率補正係数算出部と、
前記吸気通路の内部の圧力と前記算出された前記体積効率補正係数とに基づいて、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気通路から前記シリンダに流入する空気のシリンダ流量を算出するシリンダ流量算出部と、
前記バルブタイミングの制御に基づいて前記シリンダの内部に残留する前記内燃機関の排気流量としての内部EGR流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量と、の比である内部EGR率を推定する内部EGR率推定部と、
前記内燃機関の目標トルクに基づいて前記内燃機関の目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出部と、
前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量と、前記内燃機関の回転速度とに基づいて、目標となる目標外部EGR率および目標内部EGR率を推定する目標外部および内部EGR率推定部と、
前記目標外部および内部EGR率推定部により推定された前記目標外部EGR率および前記目標内部EGR率と、前記内部EGR率推定部により推定された前記内部EGR率と、に基づいて目標EGR率を算出する目標EGR率推定部と、
前記シリンダ流量算出部により算出された前記シリンダ流量と、前記吸入空気流量算出部により算出された前記吸入空気流量とに基づいて、EGR流量を算出するEGR流量算出部と、
前記EGR流量算出部により算出された前記EGR流量に基づいて、前記EGRバルブの開度に対応した前記EGRバルブの有効開口面積を算出するEGR有効開口面積算出部と、
前記EGRバルブの開度を検出するEGRバルブ開度センサからの出力に基づくEGRバルブ開度と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積との関係を学習するEGR有効開口面積学習部と、
前記EGRバルブの開度を算出するEGRバルブ開度算出部と、
を備え、
前記EGRバルブ開度算出部は、
前記目標EGR率推定部により推定された前記目標EGR率と、前記EGR有効開口面積算出部により算出された前記EGR有効開口面積と、前記EGR有効開口面積学習部により学習された学習値とに基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブ開度を算出する、
ことを特徴とする内燃機関のEGR流量推定装置。 - 前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記外部EGR流量と前記内部EGR流量とのうちの少なくとも一方の制御を用いる場合の制御の適合時に於ける適合パラメータの指標となる、吸入空気流量と前記内燃機関の回転速度と外部EGR率と内部EGR率とを予め設定しておき、前記予め設定した外部EGR率と内部EGR率から、前記内燃機関の運転時に於ける前記内燃機関の回転速度と吸入空気流量とに対応する外部EGR率と内部EGR率を求めるように構成され、
前記目標EGR率推定部は、
内部EGR率と外部EGR率の合計としての総EGR率が一定となるように、前記目標内部EGR率と内部EGR率の実際値との偏差に基づいて前記目標外部EGR率を補正することで前記目標EGR率を算出するように構成され、
前記目標EGR率推定部による前記目標EGR率の算出は、前記目標外部および内部EGR率推定部により推定された前記目標外部EGR率および前記目標内部EGR率に基づいて、前記総EGR率を算出し、前記内部EGR率を用いて前記総EGR率が一定となるように前記目標外部EGR率を補正することにより行なわれる、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。 - 前記スロットルバルブの下流側であって、前記EGR流路に接続された前記吸気通路の内部の圧力を検出する吸気通路内圧力検出部と、
前記EGR流路に接続された前記排気通路の内部の温度を検出する排気通路内温度検出部と、
このEGR流路に接続された前記排気通路の内部の圧力を検出する排気通路内圧力検出部と、
前記排気通路内温度検出部により検出された排気通路内の温度に基づいて、前記排気通路内の音速を算出する排気通路内音速算出部と、
前記排気通路内圧力検出部により検出された排気通路内の圧力と、前記排気通路内温度検出部により検出された排気通路内の温度とに基づいて、前記排気通路内の密度を算出する排気通路内密度算出部と、
予め設定したEGRバルブ開度―ベース有効開口面積マップからEGRベース有効開口面積を算出するEGRベース有効開口面積算出部と、
前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブの有効開口面積を補正する有効開口面積補正部と、
を備え、
前記EGR有効開口面積算出部は、
前記EGRバルブの開度と、前記吸気通路の内部の圧力と、前記排気通路の内部の圧力と、前記排気通路の内部の音速と、排気通路内密度と、前記EGR流量と、からEGR有効開口面積を算出するように構成され、
前記EGR有効開口面積学習部は、
前記EGR有効開口面積算出部により算出されたEGR有効開口面積と、前記EGRベース有効開口面積算出部に距離算出されたEGRベース有効開口面積とに基づいて、前記EGR有効開口面積学習値を算出するように構成され、
前記有効開口面積補正部は、
前記EGR有効開口面積学習部により算出されたEGR有効開口面積学習値に基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブの有効開口面積を補正するように構成され、
前記EGRバルブ開度算出部は、
前記EGR有効開口面積算出部により算出されたEGR有効開口面積と前記EGRバルブの開度の関係を学習し、前記学習した前記EGR有効開口面積と前記EGRバルブの開度の関係に基づいて、前記内燃機関の制御に用いるEGRバルブ開度を算出する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。 - 前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記外部EGR流量の制御の運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量とに基づいて、前記目標外部EGR率を推定する、
ことを特徴とする請求項1から3のうちの何れか一項に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。 - 前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの目標位相角を算出する目標位相角算出部を備え、
前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量に基づいて、前記目標内部EGR率を推定し、
前記目標位相角算出部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と前記吸入空気流量に基づいて、前記目標位相角を算出する、
ことを特徴とする請求項1から4のうちの何れか一項に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。 - 前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの目標位相角を算出する目標位相角算出部を備え、
前記目標外部および内部EGR率推定部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と、前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量に基づいて、前記目標内部EGR率を推定し、
前記目標位相角算出部は、
前記吸気バルブと前記排気バルブとのうちの少なくとも一方のバルブタイミングの運転条件である前記内燃機関の回転速度と、前記目標吸入空気流量算出部により算出された前記目標吸入空気流量に基づいて、前記目標位相角を算出する、
ことを特徴とする請求項1から4のうちの何れか一項に記載の内燃機関のEGR流量推定装置。 - 請求項1から6のうちの何れか一項に記載の内燃機関のEGR流量推定装置を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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