JP6037755B2 - 吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率の予測から燃焼エンジンを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン制御の分野に関し、特にＥＧＲ回路が備わっているガソリンエンジンの燃焼気体再循環率の予測に関する。

小型化したガソリンエンジンは、ガソリンの消費を減少させる好ましい選択対象として現在出現している。実際、この技術によってエンジンの動作点をより効率の高い区間にシフトし、したがって内燃エンジンの動作に固有のポンピングロスを限定することができる。それから、この種類のエンジンでは排気ラインに配置されているタービンによって駆動される圧縮器の存在が必要である。そのような装置は、シリンダの空気の充填を改善し、従来の排気量のエンジンのトルクと同等のトルクを実現するために使用される。したがって、消費を大幅に減少させながら同じ性能を有することができる。

しかし、そのような技術の使用は、エンジンノックの出現の危険性を大幅に増加させる。エンジンが全負荷状態で動作している時に、燃焼室内の熱動力学条件は、混合気の安定性に対して有害な可能性があって、混合気の自己着火を発生させることもある。この現象は、結局は燃焼室を大幅に劣化させる可能性がある。

この問題を解決するために、点火進角を通常遅らせる。この選択肢によって、燃焼サイクルの最後で、したがって排気ライン全体で気体温度が上昇する。それゆえ、この現象に対応するために、吸気の位置で混合気がリッチにされる。

そのような方法には２つの欠点がある。まず、この方法はエンジン消費を増加させ、さらに、排気マニフォールドの下流に配置されており、混合気が理論空燃比にあるときに燃焼に起因する汚染物質の最適な変換をもたらす触媒の効率を悪化させる。

この状態において、排気部分から吸気部分への燃焼気体再循環（ＥＧＲ）は有望な選択肢である。実際に、燃焼中に反応していない燃焼気体をエンジンのシリンダに供給することによって、全体の燃焼温度を低下させ、エンジンノックの発生を限定することができる。そのため、効率と消費に関して小型化の利点が維持される。さらに、燃焼気体の導入によって、排気気体の温度を低下させ、そのため、触媒やタービンに対するその影響を限定することもできる。

しかし、そのような方法は、エンジンの動作条件全体に大きな影響がある。たとえば、シリンダ内にとらわれている空気質量はＥＧＲ構成ではより少なくなる。それは燃焼気体がシリンダ内の新鮮な空気に置き換わるからである。理論空燃比で動作させるには、燃料ループを空気ループに対して調整し、したがって、シリンダ内の気体の組成の正確な予測を得ることが必要である。そのような論法は、可変弁アクチュエータ（ＶＶＴ）を制御する方法や点火進角方法にも当てはまる。それ以外に、この予測はトルク遷移管理、特に燃焼気体の割合が高すぎると燃焼が消えてしまう可能性のある低負荷でのトルク遷移管理に対して不可欠である。

そのため、吸気マニフォールド内の気体組成予測器の存在は、適切な燃焼制御（たとえば、点火進角制御、気体組成制御）、特に遷移状態での燃焼制御の実現に必要である。

本発明は、一般に、少なくとも１つのシリンダと、吸気マニフォールドを有する吸気回路と、ＥＧＲ弁を有する燃焼気体再循環回路とを有する燃焼エンジンの燃焼を制御する方法に関する。

本方法は、
新鮮な空気と燃焼気体が混合する混合空間の上流で気体、新鮮な空気、または燃焼気体の流量に対する計測を実施するステップと、
計測値と混合空間内の混合動力学のモデルとから混合空間内に存在している燃焼気体の質量分率を予測するステップと、
混合空間から吸気マニフォールドまでの搬送遅延を予測するステップと、
混合空間内に存在している燃焼気体の質量分率の予測値と搬送遅延の予測値から吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率を実時間で予測するステップと、
吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率から燃焼を制御するステップと、を含む。

本発明によれば、混合空間内の混合動力学のモデルは、大気圧力と、ＥＧＲ弁の上流の温度と、空間と、ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量と、吸気回路の入口での新鮮な空気の質量流量との関数である。

本発明によれば、層流の法則を各吸気回路区間内の熱動力学状態が均一になるように定められている吸気回路区間にわたって反復して解くことによって純粋な遅延τが計算される。そのため、熱動力学条件が大気条件に相当している第１の区間、気体の搬送中に圧力と温度が上昇する第２の区間、および温度が低下しており回路の残りの区間からなる第３の区間の３つの区間を定めることができる。

一実施態様によれば、計測値は、吸気ライン入口での新鮮な空気の質量流量の計測値である。他の実施態様によれば、計測値はＥＧＲ弁の位置の圧力差ΔＰの計測値であって、空間内の燃焼気体質量分率は、圧力差とＥＧＲ弁の位置で適用される正確な圧力低下の関係式とから予測される。

一実施態様によれば、燃焼の制御は、比例項を吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率に加算することによる点火進角の制御によって達成される。

他の実施態様によれば、燃焼制御は、燃焼気体質量分率と吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値との差を最小にするようにＥＧＲ弁を制御することによってシリンダ内に含まれている空気質量を制御することによって達成される。

本発明は、少なくとも１つのシリンダと、吸気マニフォールドと、ＥＧＲ弁を有している燃焼気体再循環回路とを有する燃焼エンジンにも関し、燃焼エンジンにはＥＧＲ弁の位置に圧力検出器が備わっているか、または吸気ラインの開始位置にエアフローメータが備わっている。エンジンは、本発明の制御方法を適用するのに適している制御手段を有している。

吸気部分での混合気の組成は必須のデータである。本発明の方法によって、そのような組成、特に吸気マニフォールド内の混合気内に存在している燃焼気体質量分率を実時間で予測し、点火進角の制御またはＥＧＲ弁６によるこの分率の制御によって燃焼を制御することができる。

ＥＧＲ回路を有している過給ガソリンエンジンの図である。 本発明の方法を使用した吸気マニフォールドの位置の混合気内に存在している燃焼気体質量分率の予測の結果を示している図である。 本発明の方法の過程の流れ図である。

本発明の方法のその他の特徴と利点とは、添付の図面を参照して、非限定的な実施形態の以降の説明を読むことで明らかになろう。

図１は、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路が備わっているガソリンエンジン１を示している。燃焼エンジン１の少なくとも１つのシリンダ２には吸気マニフォールド３から空気と燃焼気体とが供給される。吸気回路にはクーラー４とターボチャージャー７の圧縮器とが備わっている。排気ラインは、排気マニフォールド１４、ターボチャージャー７のタービン、燃焼気体の一部を吸気回路に噴射するバイパスラインからなる。回路のこの部分には、クーラー４’と、ＥＧＲ弁６と呼ばれ、吸気回路に噴射される燃焼気体の量を制御する制御弁とが特に設けられている。このエンジンには、ＥＧＲ弁の位置の圧力差検出器５または吸気ラインの始点の位置のエアフローメータ５’が特に装備されている。図１に示しているようなエンジン１には、直噴装置と可変弁タイミング装置も備わっており、これらの要素は小型化されたエンジン（減少しているエンジン排気量）に通常存在しているが、その存在を本発明の方法においては考慮しない。

対象となる燃焼気体再循環回路は、ターボチャージャー７のタービンと触媒１１の下流のエンジン排気部分の位置で燃焼気体を引き込み、ターボチャージャー７の圧縮器の上流のシリンダ２の吸気部分に再噴射する。吸気ラインに再噴射される燃焼気体の量は、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路の下流に配置されており制御されているＥＧＲ弁６によって制御される。

ガソリンエンジンは、空気／ガソリン混合気の割合が、空気が過剰ではなく、燃料を完全に燃焼させることができるときに最適な条件で動作するので、排気気体は燃焼気体だけからなると概ね考えられる。したがって、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路は燃焼気体だけで占められている。

［標記］
説明において、上流と下流という用語は空気ループ１０内の流れの方向に対して定められている。さらに、使用される主な表記は以下のとおりである。
−ｔ：時間。
−ｘ：吸気回路内の点。

エンジンパラメータ
−Ｐ_ａｔｍ、Ｔ_ａｔｍ：大気の圧力と温度。それらは一定と見なすことができる。
−Ｔ_ａｍ：ＥＧＲ弁の入口の位置での上流の温度。この温度は、燃焼気体再循環回路内に配置されている交換器（クーラー）４’を通過することによってもたらされる。
−Ｖ_ｂｐ：新鮮な空気と燃焼気体との混合空間であり、ＥＧＲ弁の下流。新鮮な空気の送達ラインと燃焼気体の送達ラインとの交差部分のラインによって占められる容積であって、この空間はターボチャージャー７の圧縮器まで延びている。この空間は、図１のハッチングされた区間１２に該当している。
−Ｖ_ａｄｍ：吸気マニフォールドの容積。
−Ｐ_ａｄｍ、Ｔ_ａｄｍ：吸気マニフォールド内の圧力と温度。従来、吸気温度は一定であると見なされる。実際、マニフォールドの上流に配置されている交換器はそのような調整を行うように寸法が設定されている。
−Φ_ａｄｍ、Φ_ｅｃｈ：吸気弁８と排気弁９の弁アクチュエータの位置。これらの変数は基準位置に対する位相差を定量化している。
−Ｎ_ｅ：エンジンの回転数。

空気ループモデルの変数
−ＢＧＲ：吸気マニフォールド３の位置の空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）内の燃焼気体質量分率。吸気弁８が閉じたときにシリンダ内に存在している燃焼気体の質量を条件付ける。
−ＢＧＲ_ｂｐ：ＥＧＲ弁から下流の容積１２の位置の空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）内の燃焼気体質量分率。
−Ｄ_ｇｂ（ｔ）：ＥＧＲ弁６を通して供給される燃焼気体の質量流量。
−Ｄ_ａｉｒ（ｔ）：吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量。この量は、計装に依存して、エアフローメータ５’によって計測される。
−Ｄ_ａｓｐ：空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）で充填されるシリンダの質量流量。
−Ｄ_ｔｈｒ：ターボチャージャー７の圧縮器の上流の空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）の質量流量。
−τ：新鮮な空気と燃焼気体との混合の時間と吸気マニフォールド３内への送達との間の気体搬送遅延。
−Ｓ：ＥＧＲ弁の有効表面積。この量は、ＥＧＲ弁を通して流れることができる流体の表面積を特徴付けており、対象のＥＧＲ弁の特徴マップを介してＥＧＲ弁の開口に関連している。
−Ｐ_ａｍ：ＥＧＲ弁の入口の位置での上流の圧力。
−Ｐ_ａｖ：ＥＧＲ弁の出口の位置での下流の圧力。
−ΔＰ：ＥＧＲ弁の上流と下流との間の圧力差：ΔＰ＝Ｐ_ａｍ−Ｐ_ａｖ。この量は、計装に依存して、ＥＧＲ弁の計装５を使用して計測できる。
−Ｐ、Ｔ：現在の、つまり点ｘで時間ｔでの圧力と温度。
−ν：吸気回路内の空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）の正確な速度。
−Ｌ_ｃａｎａ：対象としている吸気回路ラインの長さ。
−Ａ：対象としている吸気回路ラインの有効断面積。
−ρ：気体混合気の密度。

空気ループモデルの定数
−ｒ：本明細書に関連するすべての気体については同じ値で２８８Ｊ／ｋｇ／Ｋである比気体定数（排気気体と空気）。
−γ：気体の比熱比。気体は理想的だと仮定され、この比は、関連する全ての気体について同一の定数であって値が１．４である。

これらの表記に添え字^ｓｐが付いていれば、考慮している量に関連付けられている設定点の値を表している。

本発明の方法によれば、吸気マニフォールド３の位置の混合気内に存在する燃焼気体質量分率を予測し、それから排気気体再循環回路のＥＧＲ弁６を制御することによってこの分率を制御することができる。これは、ＥＧＲ弁の位置の圧力差検出器または吸気ラインの開始位置のフローメータのいずれかの使用に基づいている。図３は、以下のステップを有している本発明の方法の過程のフロー図である。

１．吸気回路内の混合区間の上流での気体質量流量に対する計測値の取得。

２．吸気マニフォールドの位置の混合気内に存在している燃焼気体質量分率の実時間での予測：
ｉ．気体混合空間内に存在している燃焼気体質量分率の予測。

ｉｉ．この空間から吸気マニフォールドへの搬送遅延の予測。

３．予測されたＢＧＲからの燃焼制御。

１−吸気回路内の気体質量流量に対する計測値の取得
第１のステップは、吸気回路内の（新鮮な空気と燃焼気体の）混合区間の上流での気体質量流量（新鮮な空気または燃焼気体）に対する計測の実施することからなる。混合空間は、ＥＧＲ弁の下流の容積に該当している。これは新鮮な空気の送達ラインと燃焼気体の送達ラインとの交差部分のラインの容積であって、この容積はターボチャージャー７の圧縮器まで延びている。この容積は、図１のハッチングされた区間１２に該当している。

これは、燃焼気体の流量に相対的な値、または吸気ライン入口での新鮮な空気の質量流量に相対的な値とすることができる。

一実施形態によれば、吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量は、吸気ラインの開始部分に配置されているエアフローメータ５’を使用して計測される。

他の実施形態（図３参照）によれば、ＥＧＲ弁の下流の圧力とＥＧＲ弁６の上流の圧力との間の差は、ＥＧＲ弁の位置の圧力差検出器５を使用して計測される。

この値は、ＥＧＲ弁の位置で、特に新鮮な空気と燃焼気体との混合が発生する混合空間の位置で発生する現象に関連付けられている。

吸気マニフォールドの位置での燃焼気体質量分率の予測値を得るために、この圧力差の計測値またはエアフローメータで得られる計測値から混合空間の位置での燃焼気体質量分率が予測され、それから混合空間から吸気マニフォールドまで移動する距離による遅延が適用される。

２−吸気マニフォールドの位置の混合気内に存在している燃焼気体質量分率の実時間での予測
燃焼気体再循環回路（ＥＧＲ回路）は、タービンの下流の排気部分の位置で燃焼気体を引き込んで圧縮器の上流の吸気部分内に再噴射する。吸気ライン内に再噴射される燃焼気体の量は、吸気ラインとＥＧＲ再循環回路との結合部分の位置で、したがってＥＧＲ回路の下流に配置されている弁によって制御される。このアクチュエータ（ＥＧＲ弁）は吸気マニフォールドから空間的に遠く、以降の変化する搬送遅延は、ＥＧＲ弁の下流の混合空間の位置での燃焼気体質量分率と吸気マニフォールドの位置での燃焼気体質量分率との間の吸気ライン上で発生する。この混合空間は、新鮮な空気の送達ラインと燃焼気体の送達ラインとの交差部分のラインの容積であって、この容積はターボチャージャー７の圧縮器まで延びている。この容積は、図１のハッチングされた区間１２に該当している。

ガソリンエンジンは、空気／ガソリン混合気の割合が、空気が過剰ではなく、燃料を完全に燃焼させることができるときに最適な条件で動作するので、排気気体は燃焼気体だけからなると概ね考えられる。したがって、ＥＧＲ回路は、燃焼気体によってのみ満たされている。それから再噴射された燃焼気体の動力学を２段階でモデル化することができる。
−混合空間内の混合動力学

−時間の経過による搬送によって表されるこの空間から吸気マニフォールドへの搬送の動力学

したがって、本発明によれば、吸気マニフォールドの位置での混合気内の燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）の実時間予測は、混合空間内の燃焼気体質量分率の予測によって達成される。それから、この空間から吸気マニフォールドへの搬送遅延が熱動力学条件によって吸気ラインを区分することによって予測される。

ｉ．気体混合空間内に存在している燃焼気体質量分率の予測
吸気マニフォールド内の燃焼気体の組成の予測を提供するために、混合空間内の燃焼気体の組成をまず予測する。そのため方程式Ｅ１を解きたい。

これを達成するために、以下のパラメータがわかっている。
−ｒ：本明細書に関連する全ての気体については同じで値が２８８Ｊ／ｋｇ／Ｋである比気体定数（排気気体と空気）。
−Ｔ_ａｍ：ＥＧＲ弁６入口の位置での上流の温度。この温度は、燃焼気体再循環回路内に配置されている交換器（クーラー）４’を通過することによってもたらされる。
−Ｐ_ａｔｍ：大気圧力。これは、１次の定数と見なすことができる。
−Ｖ_ｂｐ：混合空間。これは製造者のデータ。

そして、方程式（Ｅ１）を解くためには、以下のパラメータを予測しなければならない。
−Ｄ_ａｉｒ（ｔ）：吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量。
−Ｄ_ｇｂ（ｔ）：ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量。

Ｄ_ｇｂ＋Ｄ_ａｉｒ、つまり混合空間を離れる気体（新鮮な空気と燃焼気体）の総質量流量を予測するために、Ｄ_ｔｈｒ、つまりターボチャージャー７の圧縮器の上流の気体（新鮮な空気と燃焼気体）の質量流量を導入し、Ｄ_ｔｈｒ＝Ｄ_ｇｂ＋Ｄ_ａｉｒ＝実際の総流量と書くことができる。この流量Ｄ_ｔｈｒは、静的なシリンダ充填モデルに新鮮な空気のバタフライ弁（図１の１３）の位置での正確な圧力低下の動的なモデルを組み合わせることによって構成されたモデルによって予測することができる。たとえば次式のようになる：

ここでＰ_ａｄｍ、Ｔ_ａｄｍ、およびＶ_ａｄｍは既知であって、Ｄ_ａｓｐは気体（新鮮な空気と燃焼気体）で充填されるシリンダの質量流量である。エンジン回転数、吸気マニフォールド内の温度と圧力、および複数のアクチュエータの位置の関数としてシリンダ内の燃焼気体質量を予測する静的な充填モデルを考える。

ここで、
−式Ａ：シリンダ内の燃焼気体の質量。
−式Ｂ：シリンダの排気部分での燃焼気体の質量。

−α_１、α_２、α_３：既知のマップであり、Ｐ_ａｄｍとＮ_ｅの関数（テストベンチで実験的に求められる）。
−Ｖ_ｉｖｃ：吸気弁８閉じるとき（ｉｖｃ）のシリンダの容積。この容積は吸気弁アクチュエータの位置Φ_ａｄｍとエンジンの寸法との関数である。
−Ｖ_ｅｖｃ：排気弁９が閉じるとき（ｅｖｃ）シリンダの容積。この容積は排気弁アクチュエータの位置Φ_ｅｃｈとエンジンの寸法との関数である。
−ＯＦ：オーバーラップ因子。これは、吸気と排気の弁アクチュエータの両位置Φ_ａｄｍ、Φ_ｅｃｈの関数である。これは以下の関係式によって求められる。

ここで、
−Ａ_ａｄｍおよびＡ_ｅｃｈ：吸気と排気の弁の両開口面積であり、エンジンパラメータ。
−θ：クランク角度。
−θ_ｉｖｏ：吸気弁が開いたとき（ｉｖｏ）のクランク角度。この角度は吸気弁アクチュエータの位置Φ_ａｄｍの関数である。
−θ_ｅｖｃ：排気弁が閉じたとき（ｅｖｃ）のクランク角度。この角度は排気弁アクチュエータの位置Φ_ｅｃｈの関数である。
−θ_ｉｖ＝θ_ｅｖ：両方の弁が同じ開口面積を有しているときのクランク角度。

この方程式の系（Ｅ３）から、シリンダ内の燃焼気体の質量をエンジンパラメータＰ_ａｄｍ、Ｎ_ｅ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈとオーバーラップ因子ＯＦから表すことができる。

方程式の系（Ｅ３）を組み合わせることによって、燃焼気体の質量の関数ｇを３つのパラメータＰ_ａｄｍ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈの関数として定めることができる。

それから関係式（Ｅ４）によって空気で充填されるシリンダの質量流量を求めることができる。

それから方程式（Ｅ３’）と（Ｅ４）とを組み合わせるが、明確にするために、エンジン回転数と吸気温度を式では考慮しない。したがって、シリンダを充填する質量流量と３つのパラメータＰ_ａｄｍ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈとの間の関数ｆを定義することができる（Ｅ５）。

ターボチャージャー７の圧縮器の上流の空気混合気（新鮮な空気と燃焼気体）の質量流量は、以下のような種類の関係式を使用してそれから導くことができる。

Ｄ_ｇｂ（ｔ）を予測するには、エンジンが専用の検出器を備えている場合、ＥＧＲ弁を通して導入される燃焼気体質量流量、ＥＧＲ弁の下流の圧力とＥＧＲ弁の上流の圧力との差の計測値（段階１）を使用することができる。

ＥＧＲ弁６の位置での正確な負荷の関係、たとえばバレー−サン・ヴナンの関係式を適用し、ＥＧＲ弁６を通して供給される燃焼気体の質量流量Ｄ_ｇｂ、ＥＧＲ弁６の有効表面積Ｓ、弁の上流の温度Ｔ_ａｍ、およびＥＧＲ弁６の位置での圧力差の間の関係（Ｅ１１）を書くことができる。

この関係式は、バレー−サン・ヴナンの関係式を点１（上流）から点ｘ（下流）に流れる流体に適用して得られ、それによって点ｘでの流体の速度Ｖを求めることができる。

Ｐ_１は点１の圧力。

それから、速度は以下の式によって質量流量に関連付けられる。

それから以下のような方程式が方程式Ｅ１１を得るために適用される。

ＥＧＲ弁の下流の圧力は、大気圧と見なされ、以下の関係は、量ΔＰ＝Ｐ_ａｍ−Ｐ_ａｖとＰ_ａｔｍとによってのみ表現することが可能である。本発明の有利な実施形態において、このモデルはΔＰの小さい値については（たとえば、ΔＰ＜１０％Ｐ_ａｔｍについては）線形化することができる。

その代わりに、ＥＧＲ弁を通して導入される燃焼気体の質量流量であるＤ_ｇｂ（ｔ）を予測するために、吸気ライン入口で新鮮な空気の質量流量（Ｄ_ａｉｒ）を計測するエアフローメータ５’を使用し、それから、燃焼気体流量を予測するために、Ｄ_ｇｂ＝Ｄ_ｔｈｒ−Ｄ_ａｉｒによって、（（Ｅ３）−（Ｅ６））で与えられる流量モデルを使用することができる。

Ｄ_ｔｈｒ＝Ｄ_ｇｂ＋Ｄ_ａｉｒ＝実際の総流量の代わりに混合の動力学（Ｅ１）におけるモデル（（Ｅ６）と（Ｅ５））を使用して、混合空間内に存在している燃焼気体の量の予測値をエンジンの計装に依存する［数１８］または［数１９］によって構成することができる。

したがって、気体混合空間内に存在している燃焼気体質量分率ＢＧＲ_ｂｐを予測する。Ｄ_ｔｈｒの予測は、既知の複数のパラメータから行われ、Ｄ_ｇｂ（ｔ）の予測は、ＥＧＲ弁の下流の圧力とＥＧＲ弁の上流の圧力との間の圧力の差の計測（段階１）とＥＧＲ弁の位置での正確な負荷の関係、たとえばバレー−サン・ヴナンの関係式の適用とによって、または、エアフローメータ５’によって実施される計測（段階１）及びＤ_ｔｈｒの予測を使用した物質収支とによって行われる。

この方法によって得られた予測値は、ＥＧＲ弁が閉じたときに初期化（または較正）することが可能で、弁の下流の燃焼気体の割合はゼロである。

ｉｉ．この空間から吸気マニフォールドへの搬送遅延の予測
混合空間の位置の燃焼気体質量分率から吸気マニフォールドの位置での燃焼気体質量分率の予測値を求めるために、混合空間から吸気マニフォールドへ移動する距離による純粋な遅延がＢＧＲ_ｂｐの予測値に適用される。

新鮮な空気と燃焼気体との混合の時間と吸気マニフォールド内への送達との間のこの気体搬送遅延はτで表される。この遅延は移動する距離と空気混合気の速度との関数である。対象としているラインの長さは、Ｌ_ｃａｎａによって表され、空気混合気の正確な速度はνによって表される。混合気が循環する、対象としているラインの有効断面はＡで表される。最後に、Ｄは現在の質量流量を表す。

純粋な遅延τは、層流の法則から暗示的に定義できる。

熱動力学条件（圧力Ｐと温度Ｔ）が速度と質量流量との間の関係（Ｅ８）に関わっており、ｓは積分変数（ｍｕｔｅ変数）である。

方程式Ｅ７とＥ８からこの純粋な遅延を予測するために、吸気ラインは支配的な熱動力学的条件に従って分割される。目標は、各区間内の熱動力学的な条件が安定している（一定であるか、線形に変化している）ことである。そのため、この分割はエンジンの構造に依存している。

したがって、一実施形態によれば、熱力学的条件に対する区間の定義は以下の区分化につながる。
−第１の区間はＥＧＲ弁とターボチャージャー７の圧縮器との間に位置している。この区間の熱動力学的条件は大気条件に相当している。
−第２の区間はターボチャージャー７の圧縮器からインタークーラー４まで延びている。この区間の圧力と温度とは一様であると見なされる。圧力と温度は、専用の検出器によって計測される。
−対象としている最後の区間は、インタークーラー４と空気バタフライ１３との間に位置している。インタークーラーは、大幅に温度を低下させるように寸法が設定されており、温度は一様であってマニフォールド内で計測された温度と等しいと見なされる。圧力も一様であって、インタークーラーの上流の第２の区間の圧力と等しいと見なされる。

これらの区画の各々において、（Ｅ７）−（Ｅ８）の形式の流れの関係式は、吸気ラインの開始位置（ＥＧＲ弁）からの反復によって解くことができる。この解法は、積分の離散化と直接の数値計算とによって実施することができる。この関係式は、直接計測によってまたはエンジン検出器の技術的な定義によるモデルを介して得られた熱動力学データを使用する。さらに、質量流量Ｄの値はモデル（Ｅ３）によって近似される。

遅延τがいったん求められると、関係式（Ｅ２）が実時間で吸気マニフォールドの位置での混合気内に存在している燃焼気体質量分率の予測値が得られるように適用される。

図２は、本発明の方法を使用した吸気マニフォールドの位置の混合気内に存在している燃焼気体質量分率の予測の結果を示している。対象とする動作点は広範囲を網羅する。エンジン回転数は１０００ｒｐｍと３０００ｒｐｍとの間の範囲であって、増分は５００ｒｐｍである。各エンジン回転数について、トルク要件は２０Ｎｍであってそれから２２０Ｎｍになる。予測されるＢＧＲ値（ＢＧＲ^ｅ）を実線で示しており、計測された実際の値（ＢＧＲ^ｒ）を点線で示している。縦軸はＢＧＲの値（予測または計測）を示しており、横軸はｓ（秒）で表した時間ｔを示している。

３．予測されたＢＧＲからのエンジン制御
それから、吸気マニフォールド内の気体の組成の予測によって燃焼を制御することができる。したがって、点火進角またはシリンダ２内に進入する気体の組成を制御することができる。

ｉ．点火進角制御
燃焼エンジンにおいて、空気／ガソリンの混合気の燃焼は、火花の後に通常始まる。火炎前面が伝搬し、混合気の一部がシリンダの壁とピストンの上端に吹き付けられる。圧力と温度の上昇は、壁に吹き付けられていた燃料が自然着火点に到達して、数カ所で着火するほど高くなる。この現象は「エンジンノック」と呼ばれる。したがって、エンジンノックは火花点火エンジンにおいて、なによりもまず異常な燃焼現象であって、エンジンからの金属性のノイズによって外部からでもわかる。エンジンノックは燃焼室内での衝撃波の出現に起因する。

そのような現象を防止するために、点火は、燃焼が発生しないことを保証するように、エンジン回転数と吸入された空気質量の関数として制御される。したがって、従来は、点火進角制御は以下のように書かれる。

ここで、
−関数ｆは静的なマップ
−ＡａＡは点火しなければならないクランク角度
−Ｍ_ａｉｒは空気質量（新鮮な空気と燃焼気体）
−Ｎｅはエンジン回転数。

低圧力ＥＧＲが使用される場合、燃焼気体（したがって中性）の存在によって、燃焼を減速することが可能で、この異常燃焼現象を避けることができる。したがって、燃焼効率を改善するために、点火進角を再度最適化することができる。この再最適化は、吸気マニフォールド内の気体の組成の知識に基づいており、吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）に比例項を追加する。したがって、進角制御は以下のように書き換えることができる。

ここで関数ｇは静的なマップである。

関数ｆとｇとは専門家には公知のようにテストベンチで求められる。

このエンジン制御方法において、ＢＧＲ予測方法は燃焼の制御に対して非常に重要である。

ｉｉ気体の組成の制御
したがって、これによって、シリンダ内の燃焼気体の組成を制御することができる。そのため、以下のステップが開始される。
−吸気マニフォールド３内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するステップと、
−ステップ１と２に従って、吸気マニフォールドの位置の混合気内に存在している燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）を予測するステップと、
−ＢＧＲ（ｔ）とＢＧＲ^ｓｐとの差を最小化できるように、ＥＧＲ弁６の開口設定値Ｏ^ｓｐを計算するステップと、
−ＥＧＲ弁６をＥＧＲ弁６の開口設定値の関数として制御するステップと、である。

一実施形態によれば、ＥＧＲ弁６の開口設定値Ｏ^ｓｐは、比例積分形式のコントローラを使用して計算される。開口設定値Ｏ^ｓｐの弁への適用は、手動、油圧、空圧、電気、電子、または機械制御によって行うことができる。

このエンジン制御方法において、ＢＧＲ予測方法は、燃焼の円滑な進行が保証されるようにする気体の組成の制御に対して極めて重要である。

本発明は、少なくとも１つのシリンダ２と、吸気マニフォールド３と、ＥＧＲ弁６を有している燃焼気体再循環回路とを有する燃焼エンジン１にも関する。燃焼エンジンにはＥＧＲ弁６の位置に圧力検出器５が備わっているか、または吸気ラインの開始位置でエアフローメータ５’が備わっている。エンジンは、本発明の制御方法を適用するのに適している制御手段（コントローラ、ソフトウェア）も有している。

１ 燃焼エンジン
２ シリンダ
３ 吸気マニフォールド
４、４’ クーラー（交換器）
５ 圧力検出器
５’ エアフローメータ
６ ＥＧＲ弁
７ ターボチャージャー
１２ 混合空間

Claims (8)

1. 少なくとも１つのシリンダ（２）と、１つのターボチャージャーと、吸気マニフォールド（３）を有する吸気回路と、ＥＧＲ弁（６）を有する燃焼気体再循環回路と、を有する燃焼エンジン（１）の燃焼を制御する方法であって、
   新鮮な空気と燃焼気体が混合する混合空間Ｖ_bpの上流で、気体、新鮮な空気、または燃焼気体の流量に対する計測を実施するステップと、
   前記計測値と前記混合空間内の混合動力学のモデルとから前記混合空間内に存在している燃焼気体の質量分率ＢＧＲ_bpを予測するステップと、
   前記混合空間から前記吸気マニフォールドまでの搬送遅延τを予測するステップと、
   前記混合空間内に存在している前記燃焼気体の質量分率の予測値と前記搬送遅延の予測値とから前記吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）を実時間で予測するステップと、
   前記吸気マニフォールド内の前記燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）から燃焼を制御するステップと、を含み、
   前記混合空間は、前記ＥＧＲ弁から前記ターボチャージャーの圧縮器までの容積に対応し、
   前記搬送遅延τは、各吸気回路区間内の熱動力学状態が均一になるように定められている複数の吸気回路区間にわたって層流の法則を反復して解くことによって計算されることを特徴とする方法。
2. 前記混合空間内の前記混合動力学の前記モデルは、大気圧と、前記ＥＧＲ弁の上流の温度と、前記空間Ｖ_bpと、前記ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量Ｄ_gb（ｔ）と、前記吸気回路の入口での新鮮な空気の質量流量Ｄ_air（ｔ）との関数である、請求項１に記載の方法。
3. 熱動力学条件が大気条件に相当している第１の区間、気体の搬送中に圧力と温度が上昇する第２の区間、および温度が低下しており前記吸気回路の残りの区間からなる第３の区間の３つの区間が定められている、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記計測値は、吸気ライン入口での前記新鮮な空気の質量流量の計測値である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記計測値は、前記ＥＧＲ弁の位置の圧力差ΔＰの計測値であって、前記空間内の前記燃焼気体質量分率ＢＧＲ_bpは、前記圧力差ΔＰと前記ＥＧＲ弁の位置で適用される正確な圧力低下の関係とから予測される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 燃焼の制御は、比例項を前記吸気マニフォールド内の前記燃焼気体質量分率ＢＧＲ（ｔ）に加算することによる点火進角制御によって達成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記燃焼の制御は、ＢＧＲ（ｔ）と前記吸気マニフォールド（３）内の燃焼気体分率の設定値ＢＧＲ^spとの差を最小にするように前記ＥＧＲ弁の制御によって前記シリンダ内に含まれている空気質量を制御することで達成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つのシリンダ（２）と、吸気マニフォールド（３）と、ＥＧＲ弁（６）を有する燃焼気体再循環回路と、を有し、前記ＥＧＲ弁（６）の位置に圧力検出器（５）が設けられるか、または吸気ラインの開始位置にエアフローメータ（５’）が設けられた燃焼エンジン（１）であって、請求項１から７のいずれか１項に記載の制御方法を適用するのに適している制御手段も有することを特徴とする、エンジン。

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