JP6120533B2

JP6120533B2 - Ｅｇｒおよびｉｇｒを備えた内燃機関の気筒内の既燃ガス質量部分を調節する方法

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Publication number: JP6120533B2
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Description

本発明は、内燃機関（本明細書では「内燃機関」は「エンジン」及び「ガソリンエンジン」及び「熱機関」及び「燃焼機関」と実質的に同義であり、「エンジン」、「ガソリンエンジン」、「熱機関」、「燃焼機関」と表現することもある）の制御の分野に関し、特に、ＶＶＴ型（可変バルブタイミング）の可変タイミング手段と低圧排気ガス用の外部再循環回路（ＥＧＲ）とを備えたガソリンエンジンの空気システム制御の一部に関する。可変タイミングは、燃焼機関においていくつかのパラメータ、特に吸気弁および排気弁のタイミングと開弁時間とリフト量のうちの少なくとも１つを変化させるのを可能にする技術である。

注：本明細書、特許請求の範囲、要約書、および図面においては原出願における記号の一部が下記のように置き換えられている。

この種のエンジンでは、吸気弁を閉じたときに各気筒に存在する既燃ガス（本明細書では「既燃ガス」は「排気ガス」と同義であり、「排気ガス」と表現することもある）の量は、２つの方法、すなわちＶＶＴアクチュエータと呼ばれる可変タイミング手段である吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータを介した内部既燃ガス再循環（ＩＧＲ）ならびにＥＧＲ回路を介した外部再循環によって得られる。

実際、可変タイミングは、吸気弁および排気弁の開閉を制御することによって既燃ガスの内部再循環を実現するのを可能にする。排気ガスは、吸気弁と排気弁が同時に開くと排気配管から吸気配管に戻る。同時開弁の持続時間および振幅は、内部ガス再循環の場合、再循環されるガスの量を決定する。この場合、可変タイミング手段は、少なくとも１つの吸気弁が気筒内のピストン上死点に至る前に開くように制御されるのを可能にし、一方、少なくとも１つの排気弁は、このピストン上死点に至る直前に閉じるように制御される。次いで、両方の弁が同時に開き、排気ガスが再循環される。外部再循環と比べて内部ガス再循環の有利な点は、システムの反応が高速であり、再循環されたガスの分散が良好であることである。

これら２つの既燃ガス源は、非常に異なる応答時間を有する。すなわち、ＩＧＲは各弁の位相シフトによって制御され、非常に高速である。一方、ＥＧＲ制御は、排気ガス再循環回路が長いために排気ガス再循環回路内の既燃ガス滞留時間が長いので非常に低速である。（ＥＧＲ弁を介して）ＥＧＲの速度が遅いことを補償するように過渡条件の下で高速量を制御する（ＶＶＴアクチュエータを介してＩＧＲを制御する）のが適切であると考えられ、すなわち、過渡条件には高速応答時間が必要である。

過渡条件の代表的な例には、高負荷の下でアクセルを離すことがある。過渡状態の開始時には、ＥＧＲ率が高く、実際、高負荷の下では、エンジンノックの範囲を縮小させるようにＥＧＲ率が高くなる。過渡状態の終了時には、部分負荷の下でＥＧＲ率が零になり、一方、ＩＧＲ率が高くなり、すなわち、ＩＧＲ率は、部分負荷の下では、エンジンポンピングロスを減らすためのバルブオーバラップによって高くなる。しかし、過渡条件の下では、吸気配管全体にわたって既燃ガスが存在するので、各気筒に入るＥＧＲの量は零ではない。したがって、燃焼室内の既燃ガスの量（ＥＧＲとＩＧＲを加算した量）が過度に多くなり、したがって、エンジンフレームアウトが生じる可能性が高くなる。したがって、この過渡状態の場合の目標は、吸気配管に含まれる既燃ガスが無くなるまでＩＧＲの量をできるだけ制限することである。

図３は、従来技術によるＥＧＲおよびＩＧＲを備えたガソリンエンジンのエアループ（１０）についての設定値決定方式を示している。エンジンマップ（ＭＡＰ）は、エンジントルク設定値Ｔ_q ^spおよびエンジン速度測定値Ｎ_eから、吸込空気質量設定値ｍ_air ^sp、吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分（本明細書では「既燃ガス質量部分」は「既燃ガス部分」と同義であり、「既燃ガス部分」という省略表現を用いることもある）に対する設定値Ｘ_int ^sp、エンジントルク設定値Ｔ_q ^spに必要とされる定常状態を得るための吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの位置に対する設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spを定めるのを可能にする。次いで、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分の値Ｘ_intを使用して空気質量設定値ｍ_air ^spが吸込質量設定値ｍ_asp ^spに修正される。吸気マニフォルド内のこの既燃ガス部分は、任意の手段、特に推定方法または測定方法によって得られてもよい。気筒充填モデル（ＭＲ）（本明細書では「気筒充填モデル」は「充填モデル」と実質的に同義であり、「充填モデル」という省略表現を用いることもある）は、吸込質量設定値ｍ_asp ^spならびに排気弁（１３）および吸気弁（１２）の各アクチュエータ（８、９）の位置の測定値ＶＶＴ_exhおよびＶＶＴ_intから、吸気マニフォルド内の圧力設定値ｐ_int ^spを得るのを可能にする。

コントローラ（１５）は、圧力設定値ｐ_ｉｎｔ ^ｓｐ、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐ、ならびに定常状態の吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの位置ＶＶＴ_ｉｎｔ ^ｓｐおよびＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐを確保するように吸気圧力、ＥＧＲ、および各可変タイミング手段（８、９）を制御するのを可能にする。

Ｔ．リロイ、Ｊ．ショービン、Ｆ．レビア、Ａ．デュパシー、Ｇ．アリックス(T. Leroy, J. Chauvin, F. Le Beer, A. Duparchy and G.Alix)著、「二重独立可変バルブタイミングＳＩエンジン上での新しい空気のチャージと残留ガス部分のモデリング(Modeling Fresh Air Charge and Residual Gas Fraction on a Dual Independent Variable Valve Timing SI Engine)」、プロシーディングス・オブ・ＳＡＥコンフェレンス(Proceedings of SAE Conference)、2008年4月14日、論文番号 2008-01-0983

したがって、図３において説明する方法では、過渡条件の下での気筒内の既燃ガス部分を調節することはできない。

本発明によるエンジン制御方法は、過渡条件の下での気筒内の既燃ガス部分を最適化することによってＥＧＲとＩＧＲの組合せを有する気筒内の既燃ガス部分を調節するのを可能にする。本発明による方法は、気筒充填モデルに基づく既燃ガス流モデルを使用した吸気弁および排気弁のアクチュエータの制御に基づく方法である。この方法は、各気筒内の吸込質量および既燃ガス質量を推定する気筒充填モデルを使用することを除いて較正を必要としない。

本発明は、少なくとも１つの気筒と、前記気筒内の少なくとも１つの吸気弁と、前記気筒から既燃ガスを排出するための少なくとも１つの排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、前記内燃機関が、排気ガス再循環回路と可変タイミング手段とを備え、前記可変タイミング手段が、前記吸気弁の第１のアクチュエータと前記排気弁の第２のアクチュエータとから成る方法に関する。前記方法は、
定常状態において望ましい前記内燃機関のエンジントルク設定値Ｔ_q ^spを取得する工程と、
前記第１のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _intおよび前記第２のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _exhを定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ_q ^spに関係付ける、気筒充填モデル（ＭＲ）を有する既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）を適用することによって、これらのアクチュエータの位置設定値を求める工程と、
位置設定値ＶＶＴ _intおよびＶＶＴ _exhを前記可変タイミング手段に適用することによって前記気筒内の既燃ガス質量部分を制御する工程と、を含む。
既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）は、前記気筒の前記気筒充填モデル（ＭＲ）に関連する前記内燃機関の定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ _q ^sp の関数としてのエンジンマップ（ＭＡＰ）を用いて構築される。
前記既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）は、
ａ）定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の圧力に対する設定値である吸気圧力設定値ｐ _int ^sp 、定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分に対する設定値である既燃ガス質量部分設定値Ｘ _int ^sp 、ならびに定常状態において望ましい各可変タイミング手段の位置設定値ＶＶＴ _int ^sp およびＶＶＴ _exh ^sp を、定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ _q ^sp の関数として求める工程と、
ｂ）気筒充填モデル（ＭＲ）を適用することによって、定常状態において望ましい吸気圧力設定値ｐ _int ^sp 、定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ _int ^sp 、ならびに定常状態において望ましい各アクチュエータの位置設定値から、定常状態において望ましい気筒内の既燃ガス質量部分の設定値である既燃ガス質量部分設定値Ｘ _cyl ^sp を求める工程と、
ｃ）気筒充填モデル（ＭＲ）を反転させることによって、吸気マニフォルド内の推定された既燃ガス質量部分Ｘ _int 、定常状態において望ましい気筒内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ _cyl ^sp 、および吸気マニフォルド内の推定された圧力Ｐ _int から各アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _int およびＶＶＴ _exh を求める工程と、を実施することによって構成される。

有利なことに、前記気筒充填モデル（ＭＲ）は、気筒内の吸込空気質量および既燃ガス質量をエンジン速度Ｎ_e、吸気マニフォルド内の温度Ｔ_intおよび圧力Ｐ_int、ならびにアクチュエータの位置ＶＶＴ_exhおよびＶＶＴ_intの関数として推定する静的気筒充填モデルである。

前記気筒の前記充填モデル（ＭＲ）は以下のように書くことができる：

上式において、
Ｘ_cyl：気筒内の既燃ガス質量部分、
Ｐ_int：前記気筒の上流において前記内燃機関に組み込まれ、空気と既燃ガスの混合物が吸気から取り出される吸気マニフォルド内の圧力、
Ｘ_int：前記吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分、
ＶＶＴ_int：第１のアクチュエータの位置、および
ＶＶＴ_exh：第２のアクチュエータの位置である。

前記気筒充填モデル（ＭＲ）は次の方程式：

ここで：

および、次の方程式から得られる。

上式において、
Ｘ_cyl：気筒内の既燃ガス質量部分、
Ｐ_int：吸気マニフォルド内の圧力、
Ｘ_int：吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分、
ｍ_asp ^int：吸気弁を通して各気筒に吸い込まれる質量、
ｍ_asp ^exh：ＩＧＲからの吸込質量、
α₁、α₂、およびα₃：Ｐ_intおよびＮ_eの関数としての公知の気筒充填モデル較正パラメータ、
Ｖ_ivc：少なくとも１つの吸気弁のアクチュエータの位置ＶＶＴ_intの関数としてのｉｖｃ（吸気弁閉弁）時の気筒容積、
Ｖ_evc：第２のアクチュエータの位置ＶＶＴ_exhの関数としてのｅｖｃ（排気弁閉弁）時の気筒容積、
ＯＦ：吸気弁および排気弁の各アクチュエータの位置ＶＶＴ_intおよびＶＶＴ_exhの関数としての重なり因子である。

有利なことに、定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の吸気圧力設定値ｐ_int ^sp、定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ_int ^sp、ならびに定常状態において望ましい各可変タイミング手段の位置設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spは、
ｉ）定常状態において望ましい前記気筒内の空気質量設定値ｍ_air ^sp、定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ_int ^sp、ならびに定常状態において望ましい吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spを、エンジン速度Ｎ_eおよび定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ_q ^spに依存する前記内燃機関の各マップ（ＭＡＰ）から求める工程と、
ｉｉ）吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分の推定または測定による、吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分Ｘ_intおよび定常状態において望ましい前記気筒内の空気質量ｍ _airの推定値または測定値から、定常状態において望ましい前記気筒内の吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spを求める工程と、
ｉｉｉ）逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）によって定常状態において望ましい前記気筒内の吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spならびに吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの推定された位置ＶＶＴ_intおよびＶＶＴ_exhから定常状態において望ましい吸気圧力設定値ｐ_int ^spを求める工程と、を実施することによって得られる。

好ましくは、前記各アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈの決定は、
ｉ）第２のアクチュエータの位置ＶＶＴ_ｅｘｈを定常状態におけるその設定値ＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐに設定する工程と、
ｉｉ）次式のように前記逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を適用することによって、第２のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ_ｅｘｈから第１のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔを求める工程と、

ｉｉｉ）第１のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になった場合に、前記逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を使用して、次式のように第１のアクチュエータの位置ＶＶＴ _intから第２のアクチュエータの位置設定値を求め、

第１のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になっていない場合に、第２のアクチュエータの位置を定常状態におけるその設定値ＶＶＴ_exh ^spとして求める（ＶＶＴ _exh＝ＶＶＴ_exh ^sp）工程と、を実施することによって行われる。

さらに、本発明は、少なくとも１つの気筒と、前記気筒内の少なくとも１つの吸気弁と、前記気筒から既燃ガスを排出するための少なくとも１つの排気弁とを有する内燃機関であって、前記内燃機関は排気ガス再循環回路と可変タイミング手段とを備え、前記可変タイミング手段は少なくとも１つの吸気弁の第１のアクチュエータと少なくとも１つの排気弁の第２のアクチュエータとから成る、内燃機関に関する。前記内燃機関は、前述した制御方法を適用することを目的とした、内燃機関用の制御手段を有する。

本発明は、上述のような内燃機関を有する車両にも関する。

ＥＧＲ回路と可変タイミング手段とを備えるエンジンの実施形態を示す図である。図１のエンジンの一部を示し、気筒の周囲の変数を示す図である。従来の技術において使用されるような定常条件の下でのエアループ設定値を求める方式を示す図である。本発明によるエアループ設定値を求める方式を示す図である。空気質量設定値マップを示す図である。第１のアクチュエータの位置に関する設定値マップを示す図である（０は、重なりＡＯＡ＝−１０°を伴う吸気開弁リードに相当し、４０は、重なりＡＯＡ＝３０°を伴う吸気開弁リードに相当する）。第２のアクチュエータの位置に関する設定値マップを示す図である（０は、排気閉弁遅延ＲＦＥ＝−２９°に相当し、４０は、ＲＦＥ＝１１°に相当する）。

本発明による方法の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、非制限的な例による各実施形態についての以下の記述を読んだときに明らかになろう。

図１は、既燃ガス再循環回路ＥＧＲと可変タイミング手段とを備えるガソリンエンジン（１）の実施形態を示している。この実施形態では、このエンジンは低圧ＥＧＲ回路である。燃焼機関（１）の少なくとも１つの気筒（２）には、吸気マニフォルド（３）から空気および既燃ガスが供給される。吸気回路は、冷却器（４）とターボチャージャ（７）の圧縮器とを備えている。排気配管は、排気マニフォルドと、ターボチャージャ（７）のタービンと、既燃ガスの一部を吸気回路に噴射するバイパス配管とから成っている。対象となる既燃ガス再循環回路は、ターボチャジャ（７）のタービンの下流に配置された触媒（１１）の出口の所でエンジン排気から既燃ガスを取り出し、ターボチャージャ（７）の圧縮機の上流において気筒（２）の吸気に既燃ガスを再噴射する。この回路のこの部分は特に、冷却器（４’）とＥＲＧ弁（６）と呼ばれる被制御弁とを備えている。さらに、図１に示されているようなエンジンは、ＥＧＲ回路を通じて噴射された既燃ガスの量を判定する検出器（５）を、ここではＥＧＲ弁の近傍に備えている。この検出器は、流量計または圧力検出器であってもよく、直接噴射装置も備えている。上述の最後の３つの部材は、図１の実施形態に存在し、通常は（容量が小さくされた）小型のエンジンに存在するが、それらの存在は、本発明による方法に直接関与しない。

さらに、前記エンジンは、吸気弁（１２）および排気弁（１３）用の２つのアクチュエータ（一部が示されている）（８、９）から成る可変タイミング手段を備えている。アクチュエータ（８、９）は、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の開閉を駆動するように制御されてもよく、したがって、各気筒内の既燃ガス部分を調節することが可能である。これらのアクチュエータは、各弁の動作を可能にするカムシャフトに結合された羽根型移相器として構成されてもよい。

本発明による制御方法は、燃焼機関（１）の気筒（２）内の既燃ガス部分を調節するのを可能にする。この制御方法は、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の制御に基づく方法である。本発明による方法は、
前記エンジンのトルク設定値Ｔ_ｑ ^ｓｐを取得する工程と、
少なくとも１つの吸気弁（１２）の前記第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよび少なくとも１つの排気弁（１３）の前記第２のアクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _ｅｘｈをエンジントルク設定値Ｔ_ｑ ^ｓｐに関係付ける、気筒充填モデル（ＭＲ）を有する前記既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）を適用することによって、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値を求める工程と、
位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈを前記各可変タイミング手段に適用することによって前記気筒内の既燃ガス部分を調節する工程と、を含む。

表記
この説明では、語「上流」および「下流」は、ガスエアループ（１０）の流れの方向に対して定義されている。さらに、以下の表記が使用される。

エンジンパラメータ
Ｐ_int、Ｔ_int：吸気マニフォルド（３）内の圧力および温度。これら２つの量は測定される。
ＶＶＴ_int：吸気弁（１２）の第１のアクチュエータ（８）の位置。この位置は、基準位置に対する、度単位の位相シフトに相当する。
ＶＶＴ_exh：排気弁（１３）の第２のアクチュエータ（９）の位置。この位置は、基準位置に対する、度単位の位相シフトに相当する。
Ｔ_q：エンジントルク。
Ｎ_e：エンジン速度（測定値）。

既燃ガス循環モデルの変数
Ｘ_ｉｎｔ：吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス部分。この既燃ガスは外部排気ガス再循環回路（ＥＧＲ）から得られる。
Ｘ_ｃｙｌ：気筒内の既燃ガス部分。この既燃ガスは、ＥＧＲ回路および可変タイミングによる内部循環（ＩＧＲ）から得られる。
ｍ_ａｓｐ ^ｉｎｔ：吸気弁（１２）を通じて各気筒に吸い込まれた質量。この質量は、新しい空気と既燃ガスとから構成される（ＥＧＲ弁が開いている場合）。
ｍ_ａｓｐ ^ｅｘｈ：ＩＧＲから得られる吸込質量。この質量は、エンジンの動作が化学量論的な動作であるため既燃ガスのみから構成される。
ｍ_ａｉｒ：気筒に吸い込まれた空気質量、ｍ_ａｉｒ＝ｍ_ａｓｐ ^ｉｎｔ＋ｍ_ａｓｐ ^ｅｘｈ。
α_１、α_２、およびα_３：Ｐ_ｉｎｔおよびＮ_ｅの関数としての充填モデルの公知の較正パラメータ。これらのパラメータは、エンジンテストベンチ上での実験によって決定される。
Ｖ_ｉｖｃ：第１のアクチュエータ（８）の位置ＶＶＴ_ｉｎｔの関数としてのｉｖｃ（吸気弁閉弁）時の気筒容積。
Ｖ_ｅｖｃ：第２のアクチュエータ（９）の位置ＶＶＴ_ｅｘｈの関数としてのｅｖｃ（排気弁閉弁）時の気筒容積。
ＯＦ：吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置ＶＶＴ_ｉｎｔおよびＶＶＴ_ｅｘｈの関数としての重なり因子。
Ａ_ｉｎｔおよびＡ_ｅｘｈ：吸気弁（１２）および排気弁（１３）の流路面積。
θ：クランク角度（１４）。
θ_ｉｖｏ：第１のアクチュエータ（８）の位置ＶＶＴ_ｉｎｔの関数としてのｉｖｏ（吸気弁（１２）の開弁）時のクランク角度（１４）。
θ_ｅｖｃ：第２のアクチュエータ（９）の位置ＶＶＴ_ｅｘｈの関数としてのｅｖｃ（排気弁（１３）の閉弁）時のクランク角度（１４）。
θ_ｉｖ＝θ_ｅｖ：各弁（１２；１３）が同じ流路面積を有するクランク角度（１４）。

既燃ガス流モデルの定数
ｒ：ここで対象となるすべてのガス（空気および排気ガス）について同じであり、値２８８Ｊ／ｋｇ／Ｋを有する特定の理想気体定数。

これらの表記は、指数＿ｓｐを含むとき、対象とされる量に関連する、定常状態において望ましい設定値を表す。本発明による方法によって得られた吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値は、ＶＶＴｉｎｔおよびＶＶＴｅｘｈによって示され、ＶＶＴｉｎｔｓｐおよびＶＶＴｅｘｈｓｐによって示される吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値は、定常条件の下で到達すべき各アクチュエータ（８、９）の位置設定値を示す。

さらに、過渡状態と呼ばれるものは、エンジンの２つの定常状態間のエンジンの動作モードである。過渡状態は、あるトルクから別のトルクに切り替わるとき、たとえば高負荷の下でアクセルを離したときのエンジンの挙動である。

工程１）−トルク設定値の取得
本発明による方法は、熱機関に適用されるトルク設定値の関数としての気筒内の既燃ガス部分を調節するのを可能にする。このトルク設定値を選択する必要があり、このトルク設定値は、トルク要求を熱機関に与えることによって直接的または間接的に得られる。トルク設定値は、エンジン制御によって得ることができ、車両のアクセルペダルの踏込みによって決まり、すなわち、このトルク設定値は、運転者の要求を象徴的に表すものである。

工程２）−設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈの決定
本発明による方法は、ＩＧＲを制御し、それによって気筒内の既燃ガス部分を調節するのを可能にする、吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈを求めることに基づく方法である。この方法は、排気ガス流モデル（ＭＥＧＢ）を使用することに基づく方法である。排気ガス流モデル（ＭＥＧＢ）と呼ばれるものは、ＥＧＲ回路内の既燃ガス流を可変タイミング手段によって特徴付けるのを可能にするモデルである。このモデルは、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値をエンジントルク設定値Ｔ_ｑ ^ｓｐに関係付ける。このモデルは、エンジン速度Ｎ_ｅに依存するものであってもよい。このモデルは、一方では、エンジンの各マップ（ＭＡＰ）（図５〜図７）を前記エンジンのトルク設定値Ｔ_ｑ ^ｓｐの関数として実現することにより、他方では、これらのマップに関連付けられた前記気筒の充填モデル（ＭＲ）によって構成される。このモデル（ＭＥＧＢ）は、各過渡状態の間ＩＧＲを制御するのを可能にする。

好ましくは、充填モデル（ＭＲ）と呼ばれるものは、気筒内の吸込空気質量および既燃ガス質量を、エンジン速度Ｎ_ｅ、吸気マニフォルド（３）内の温度Ｔ_ｉｎｔおよび圧力Ｐ_ｉｎｔ、ならびに各アクチュエータ（８、９）の位置ＶＶＴ_ｉｎｔおよびＶＶＴ_ｅｘｈの関数として推定する静的気筒充填モデルである。充填モデル（ＭＲ）は、気筒内の既燃ガス部分を知るのを可能にし、したがって、過渡条件の下での気筒内の既燃ガス制御のためにＥＧＲおよびＩＧＲを制御するのを可能にする。そのようなモデルは、たとえば非特許文献１に記載されている。

空気質量ｍ_ａｓｐ ^ｉｎｔおよび既燃ガス質量ｍ_ａｓｐ ^ｅｘｈを次式のように定義する。

重なり因子ＯＦは以下の関係式によって決定される。

次いで、次式のように定義される関数ｆおよびｇを導入する。

数式を明確にするために、エンジン速度および吸気温度を数式から除去する。実際、これら２つの値が測定され、それらの影響は、方程式の他の要素の影響よりも小さい。以下の方程式が得られる。

気筒内の既燃ガス部分は、総質量に対して許容される各既燃ガス質量の和に等しい。すなわち、次式が成立する。

この式において、分子では、吸気からの既燃ガス質量Ｘ_ｉｎｔｍ_ａｓｐ ^ｉｎｔ（ＥＧＲ回路から既燃ガスが得られないときには零に等しい）と排気からの既燃ガス質量ｍ_ａｓｐ ^ｅｘｈが加算される（この場合、走行条件が化学量論的な条件であるため、既燃ガスのみが存在する）。最終的に、次式のように書かれる気筒内の既燃ガス部分の推定値が得られる。

気筒内の既燃ガス部分の制御を同じく過渡条件の下で実現されるように行う必要がある。したがって、本発明による制御方法の第１の工程は、必要な定常状態が得られるように気筒内の既燃ガス部分を求めることにある。

図２は、熱機関（１）の気筒（２）およびその近傍を周囲の変数を示すことによって表している。Ｘ_ｉｎｔおよびＰ_ｉｎｔは、吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス質量部分および圧力の値である。単一の吸気弁（１２）および単一の排気弁（１３）が示されているが、公知のように、各気筒にいずれかの種類の複数の弁を備えてもよい。さらに、各弁（１２、１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置がＶＶＴ_ｉｎｔまたはＶＶＴ_ｅｘｈによって示されている。

図４に示されているような本発明による方法は、（マップによって得られる）定常状態の吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値を、吸気工程においてガス組成物の速度が遅いことを補償するように修正することにある。したがって、次式のように方程式（１）のモデル（ＭＲ）の逆数を算出し、吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータに必要な位置（ここでは、吸気弁アクチュエータと排気弁アクチュエータの両方について同様にＶＶＴによって示される）を求める。

この式において、Φは、次式のように関数φの逆関数である。

この式において、ｘは気筒内の既燃ガス部分の任意の値に相当する。ｘが、方程式（２）において使用される吸気組成Ｘ_ｉｎｔの推定値であり、設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐではないことに留意することが重要である。したがって、実施される方法は、過渡条件の下での吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各高速アクチュエータ（８、９）の設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈを、従来技術を示す図３に対して修正する。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記既燃ガス流モデルは、
ａ）吸気マニフォルド内の圧力に対する設定値ｐ_ｉｎｔ ^ｓｐ、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分に対する設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐ、ならびに定常状態において望ましい各可変タイミング手段の位置に対する設定値ＶＶＴ_ｉｎｔ ^ｓｐおよびＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐを求める工程と、
ｂ）前記気筒充填モデル（ＭＲ）を適用することによって、吸気圧力設定値ｐ_ｉｎｔ ^ｓｐ、吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス部分設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐ、ならびに定常状態において望ましい吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ_ｉｎｔ ^ｓｐおよびＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐから前記気筒内の既燃ガス部分の設定値Ｘ_ｃｙｌ ^ｓｐを求める工程と、
ｃ）前記気筒充填モデル（ＭＲ）の逆モデルを生成することによって、吸気マニフォルド（３）内の推定された既燃ガス部分Ｘ_ｉｎｔ、気筒（２）内の既燃ガス部分設定値Ｘ_ｃｙｌ ^ｓｐ、および吸気マニフォルド（３）内の測定された圧力Ｐ_ｉｎｔから吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈを求める工程と、を実施することによって構成される。

したがって、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈは、最初に充填モデル（ＭＲ）を適用し、次に逆充填モデル（ＩＭＲ）を適用することによって得られる。逆充填モデル（ＩＭＲ）が設定値ｐ_ｉｎｔ ^ｓｐおよび設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐではなくこれらの値の推定値と測定値の少なくとも一方に依存することに留意されたい。この充填モデル（ＭＲ）を使用すると、気筒内の既燃ガス質量部分の設定値Ｘ_ｃｙｌ ^ｓｐを求め、それによって最適なＩＧＲ制御を行うことができる。さらに、充填モデル（ＭＲ）とその逆充填モデル（ＩＭＲ）を組み合わせると、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈを定常状態において望ましい吸気弁（１２）および排気弁（１２）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ_ｉｎｔ ^ｓｐおよびＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐに収束させることができる。したがって、過渡状態の終了時に次式が得られる。

実際、過渡状態の終了時には、吸気マニフォルド内の圧力Ｐ_ｉｎｔがその設定値ｐ_ｉｎｔ ^ｓｐに達し、同様に、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分Ｘ_ｉｎｔがその設定値Ｘ_ｉｎｔ ^ｓｐに達する。その場合、このモデルとその逆モデルは、各値が同じになる。

従来、上記の工程ａ）において説明したように、吸気マニフォルド内の圧力に対する設定値ｐ_int ^sp、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分に対する設定値Ｘ_int ^sp、ならびに定常状態において望ましい可変タイミング手段の位置に対する設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spの決定は、
ｉ）前記気筒内の空気質量設定値ｍ_air ^sp、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分設定値Ｘ_int ^sp、ならびに定常状態において望ましい吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spを、エンジン速度Ｎ_eおよびエンジントルク設定値Ｔ_q ^spに依存する、図５〜図７に示されているような前記エンジンの各マップ（ＭＡＰ）から求める工程と、
ｉｉ）吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス部分を推定する方法または吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス部分を測定する方法によって、吸気マニフォルド内の既燃ガス部分Ｘ_intの推定値および前記気筒内の空気質量ｍ_air ^spの推定値から前記気筒内の吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spを求める工程と、
ｉｉｉ）前記逆気筒（２）充填モデル（ＩＭＲ）によって、前記気筒内の吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spならびに吸気弁アクチュエータおよび排気弁アクチュエータ（８、９）の推定された位置ＶＶＴ_intおよびＶＶＴ_exhから吸気圧力設定値ｐ_int ^spを求める工程と、を実施することによって実現される。

有利なことに、上述の工程ｃ）の、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の前記アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈの決定は、
ｉ）第２のアクチュエータ（９）の位置ＶＶＴ_ｅｘｈを定常状態におけるその設定値ＶＶＴ_ｅｘｈ ^ｓｐに設定する工程と、
ｉｉ）次式のように、逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を適用することによって第２のアクチュエータ（９）の位置設定値ＶＶＴ_ｅｘｈから第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔを求める工程と、

ｉｉｉ）第２のアクチュエータ（９）の位置設定値ＶＶＴ _exhを求め、すなわち、第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になった場合には、前記逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を使用して、次式のように第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _intから第２のアクチュエータ（９）の位置設定値を求め、

第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になっていない場合には、第２のアクチュエータ（９）の位置設定値を定常状態におけるその設定値ＶＶＴ_exh ^spとして求める（ＶＶＴ _exh＝ＶＶＴ_exh ^sp）工程と、を実施することによって行われる。

上述の工程ｉ）〜工程ｉｉｉ）では、吸気量と排気量を逆にしてもよく、最初にＶＶＴ_ｉｎｔを設定し、次にＶＶＴ _ｅｘｈを算出し、ＶＶＴ _ｉｎｔを推定することが可能である。

第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _intの飽和状態は、アクチュエータに関連付けられた機械的制約、すなわちアクチュエータによって許容される位相シフトの最大値によって定義される。

工程３）−既燃ガス部分の調節
次に、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）をそれらの設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈに制御することによって、気筒内の既燃ガス部分Ｘ_ｃｙｌが調節される。したがって、応答がより高速であるＩＧＲを制御し、定常状態でも制御することによって、気筒内の既燃ガスの割合が各過渡状態に対して最適化される。すなわち、定常状態に達した後、吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _ｉｎｔおよびＶＶＴ _ｅｘｈは、各エンジンマップ（ＭＡＰ）から与えられる値に調整される。

したがって、本発明による制御方法は、
ＥＧＲシステムとＶＶＴ型（可変バルブタイミング）手段とを備えたガソリンエンジンの気筒内のガスの組成を調節するのを可能にし、
吸気工程におけるガスの組成の推定値を考慮して既燃ガス部分過渡応答を改善するのを可能にし、
既燃ガス部分過渡応答を改善し、それによって運転性を向上させるのを可能にする。（ＥＧＲ回路が長いために）吸気工程においてガス組成物が低速であることは、既燃ガス部分に関する要請を満たすために各バルブアクチュエータの位置設定値を修正することによって補償される。

さらに、本発明は、少なくとも１つの気筒（２）と、前記気筒内の少なくとも１つの吸気弁（１２）と、前記気筒（２）から既燃ガスを排出できるようにする少なくとも１つの排気弁（１３）とを有する内燃機関（１）に関する。前記内燃機関は、既燃ガス再循環回路と可変タイミング手段とを備える。前記可変タイミング手段は、少なくとも１つの吸気弁（１２）の第１のアクチュエータ（８）と少なくとも１つの排気弁（１３）の第２のアクチュエータ（９）とから成る。前記内燃機関（１）は、本発明による制御方法を適用するのに適しており、かつ本発明による制御方法を適用することを目的とした、前記内燃機関を制御する手段を有する。

１ガソリンエンジン
２気筒
３吸気マニフォルド
４、４’ 冷却器
５検出器
７ターボチャージャ
８、９アクチュエータ
１０エアループ
１２吸気弁
１３排気弁
ＩＭＲ逆気筒充填モデル
ＭＡＰマップ
ＭＥＧＢ排気ガス流モデル
ＭＲ気筒充填モデル
Ｘ_ｃｙｌ気筒内の既燃ガス部分
Ｐ_ｉｎｔ吸気マニフォルド内の圧力
Ｘ_ｉｎｔ吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分
ＶＶＴ_ｉｎｔ第１のアクチュエータの位置
ＶＶＴ_ｅｘｈ第２のアクチュエータの位置

Claims

少なくとも１つの気筒（２）と、前記気筒（２）内の少なくとも１つの吸気弁（１２）と、前記気筒（２）から既燃ガスを排出するための少なくとも１つの排気弁（１３）と、を有する内燃機関（１）を制御する方法であって、
前記内燃機関は排気ガス再循環回路と可変タイミング手段とを備え、前記可変タイミング手段は前記吸気弁の第１のアクチュエータ（８）と前記排気弁の第２のアクチュエータ（９）とから成る方法において、
定常状態において望ましい前記内燃機関のエンジントルク設定値Ｔ_q ^spを取得する工程と、
前記第１のアクチュエータ（８）の位置設定値ＶＶＴ _intおよび前記第２のアクチュエータ（９）の位置設定値ＶＶＴ _exhを前記定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ_q ^spに関係付ける、気筒充填モデル（ＭＲ）を有する既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）を適用することによって、前記各アクチュエータの前記位置設定値を求める工程と、
前記位置設定値ＶＶＴ _intおよびＶＶＴ _exhを前記可変タイミング手段（８、９）に適用することによって前記気筒内の既燃ガス質量部分を制御する工程と、を含み、
前記既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）は、前記気筒の前記気筒充填モデル（ＭＲ）に関連する前記内燃機関（１）の前記定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ _q ^sp の関数としてのエンジンマップ（ＭＡＰ）を用いて構築され、
前記既燃ガス流モデル（ＭＥＧＢ）は、
ａ）定常状態において望ましい前記吸気マニフォルド内の前記圧力に対する設定値である吸気圧力設定値ｐ _int ^sp 、定常状態において望ましい前記吸気マニフォルド（３）内の前記既燃ガス質量部分に対する設定値である既燃ガス質量部分設定値Ｘ _int ^sp 、ならびに定常状態において望ましい前記各可変タイミング手段の位置設定値ＶＶＴ _int ^sp およびＶＶＴ _exh ^sp を、前記定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ _q ^sp の関数として求める工程と、
ｂ）前記気筒充填モデル（ＭＲ）を適用することによって、前記定常状態において望ましい吸気圧力設定値ｐ _int ^sp 、前記定常状態において望ましい吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ _int ^sp 、ならびに前記定常状態において望ましい前記各アクチュエータ（８、９）の位置設定値から、定常状態において望ましい前記気筒内の前記既燃ガス質量部分の設定値である既燃ガス質量部分設定値Ｘ _cyl ^sp を求める工程と、
ｃ）前記気筒充填モデル（ＭＲ）を反転させることによって、前記吸気マニフォルド（３）内の推定された既燃ガス質量部分Ｘ _int 、前記定常状態において望ましい気筒（２）内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ _cyl ^sp 、および吸気マニフォルド（３）内の推定された圧力Ｐ _int から前記各アクチュエータ（８、９）の位置設定値ＶＶＴ _int およびＶＶＴ _exh を求める工程と、
を実施することによって構成されることを特徴とする方法。
前記気筒充填モデル（ＭＲ）は、前記気筒内の吸込空気質量および既燃ガス質量をエンジン速度Ｎ_e、吸気マニフォルド（３）内の温度Ｔ_intおよび圧力Ｐ_int、ならびに前記各アクチュエータ（８、９）の位置ＶＶＴ_exhおよびＶＶＴ_intの関数として推定する静的気筒充填モデルである、請求項１に記載の方法。
前記気筒の前記気筒充填モデル（ＭＲ）は次式のように書かれ、
上式において、
Ｘ_cyl：気筒（２）内の既燃ガス質量部分、
Ｐ_int：前記気筒（２）の上流において前記内燃機関に組み込まれ、吸気から空気と既燃ガスの混合物が回収される吸気マニフォルド（３）内の圧力、
Ｘ_int：前記吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス質量部分、
ＶＶＴ_int：第１のアクチュエータ（８）の位置、および
ＶＶＴ_exh：第２のアクチュエータ（９）の位置である、請求項１または２に記載の方法。
前記気筒充填モデル（ＭＲ）は次の方程式、
および次の方程式、
から得られ、ここで
であり、
Ｘ_cyl：気筒（２）内の既燃ガス質量部分、
Ｐ_int：吸気マニフォルド（３）内の圧力、
Ｘ_int：吸気マニフォルド（３）内の既燃ガス質量部分、
ｍ_asp ^int：吸気弁（１２）を通して各気筒に吸い込まれる質量、
ｍ_asp ^exh：ＩＧＲからの吸込質量、
α₁、α₂、およびα₃：Ｐ_intおよびＮ_eの関数としての公知の気筒充填モデル較正パラメータ、
Ｖ_ivc：少なくとも１つの吸気弁のアクチュエータ（８）の位置ＶＶＴ_intの関数としてのｉｖｃ（吸気弁閉弁）時の気筒容積、
Ｖ_evc：第２のアクチュエータ（９）の位置ＶＶＴ_exhの関数としてのｅｖｃ（排気弁閉弁）時の気筒容積、
ＯＦ：吸気弁（１２）および排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の位置ＶＶＴ_intおよびＶＶＴ_exhの関数としての重なり因子である、請求項３に記載の方法。
前記定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の前記吸気圧力設定値ｐ_int ^sp、前記定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の前記既燃ガス質量部分設定値Ｘ_int ^sp、ならびに前記定常状態において望ましい前記各可変タイミング手段の位置設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spは、
ｉ）定常状態において望ましい前記気筒内の空気質量設定値ｍ_air ^sp、前記定常状態において望ましい吸気マニフォルド内の既燃ガス質量部分設定値Ｘ_int ^sp、ならびに前記定常状態において望ましい前記吸気弁アクチュエータおよび前記排気弁アクチュエータの位置設定値ＶＶＴ_int ^spおよびＶＶＴ_exh ^spを、エンジン速度Ｎ_eおよび前記定常状態において望ましいエンジントルク設定値Ｔ_q ^spに依存する前記内燃機関の各マップ（ＭＡＰ）から求める工程と、
ｉｉ）前記吸気マニフォルド（３）内の前記既燃ガス質量部分の、推定または測定による、前記吸気マニフォルド内の前記既燃ガス質量部分Ｘ_intおよび前記気筒内の空気質量ｍ _airの推定値または測定値から、定常状態において望ましい前記気筒内の吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spを求める工程と、
ｉｉｉ）逆気筒（２）充填モデル（ＩＭＲ）によって定常状態において望ましい前記気筒内の前記吸込空気質量設定値ｍ_asp ^spならびに前記吸気弁（１２）および前記排気弁（１３）の各アクチュエータ（８、９）の推定された位置ＶＶＴ_intおよびＶＶＴ_exhから定常状態において望ましい吸気圧力設定値ｐ_int ^spを求める工程と、を実施することによって得られる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
前記各アクチュエータ（８、９）の前記位置設定値ＶＶＴ _intおよびＶＶＴ _exhの決定は、
ｉ）第２のアクチュエータ（９）の前記位置ＶＶＴ_exhを前記定常状態において望ましい設定値ＶＶＴ_exh ^spに設定する工程と、
ｉｉ）次式のように前記逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を適用することによって、第２のアクチュエータ（９）の前記位置設定値ＶＶＴ_exhから第１のアクチュエータ（８）の前記位置設定値ＶＶＴ _intを求める段階と、
ｉｉｉ）第１のアクチュエータ（８）の前記位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になった場合には、前記逆気筒充填モデル（ＩＭＲ）を使用して、次式のように第１のアクチュエータ（８）の前記位置設定値ＶＶＴ _intから前記第２のアクチュエータの前記位置設定値ＶＶＴ _exhを求め、
第１のアクチュエータの前記位置設定値ＶＶＴ _intが最大値になっていない場合には、第２のアクチュエータ（９）の前記位置を前記定常状態において望ましい設定値ＶＶＴ_exh ^spとして求める（ＶＶＴ _exh＝ＶＶＴ_exh ^sp）工程と、を実施することによって行われる、請求項４または５に記載の方法。
少なくとも１つの気筒（２）と、前記気筒内の少なくとも１つの吸気弁（１２）と、前記気筒（２）から既燃ガスを排出するための少なくとも１つの排気弁（１３）とを有し、排気ガス再循環回路と可変タイミング手段とを備え、前記可変タイミング手段が、少なくとも１つの吸気弁（１２）の第１のアクチュエータ（８）と少なくとも１つの排気弁（１３）の第２のアクチュエータ（９）とから成る内燃機関であって、前記内燃機関は、請求項１から６のいずれか１項に記載の制御方法を適用することを目的とした、前記内燃機関用の制御手段を有することを特徴とする内燃機関。
請求項７に記載の内燃機関を有する車両。