JP6312049B2 - Engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、排気ガスを吸気通路に還流するEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を有するエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device, and more particularly, to an engine control device having an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device that recirculates exhaust gas to an intake passage.
従来から、エンジンの運転状態に基づき、特にエンジン回転数やエンジン負荷に基づき、EGR装置によるEGRガスの還流を制御する技術が知られている。例えば、特許文献1には、EGR装置を有するエンジンの制御装置に関して、エンジンの高回転高負荷域において、エンジン回転数が高くなるほどEGRガス量を増加させること、高回転高負荷域において、エンジン負荷が高くなるほどEGRガス量を増加させること、及び、低回転低負荷域においてEGRガスを導入すること、が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for controlling the recirculation of EGR gas by an EGR device based on the engine operating state, particularly based on the engine speed and the engine load is known. For example, in Patent Document 1, regarding an engine control device having an EGR device, an EGR gas amount is increased as the engine speed increases in an engine high rotation / high load region, and an engine load is increased in a high rotation / high load region. Increasing the amount of EGR gas as the value increases, and introducing EGR gas in a low rotation and low load range is disclosed.
特開2010−24974号公報JP 2010-24974 A
ところで、エンジンの運転状態に応じた目標EGR率(目標EGRガス量と同義である。以下同様とする。)を実現するためにEGRバルブ開度の制御が行われる。この場合、エンジンの運転状態と設定すべきEGRバルブ開度との関係を予め規定しておき、そのような関係に従って現在のエンジンの運転状態に対応するEGRバルブ開度に設定して、目標EGR率を実現しようとする方法が考えられる。しかしながら、この方法だと、EGR制御の制御性や外乱に対するロバスト性を確保できない場合がある。例えば、高地や過渡時などでは、エンジンの運転状態に応じて設定すべきEGRバルブ開度が、上記した予め規定しておいた関係より設定されるEGRバルブ開度からずれることで、目標EGR率を適切に実現できなくなる。   Incidentally, the EGR valve opening degree is controlled in order to realize a target EGR rate (synonymous with the target EGR gas amount; hereinafter the same shall apply) according to the operating state of the engine. In this case, the relationship between the engine operating state and the EGR valve opening to be set is defined in advance, and the EGR valve opening corresponding to the current engine operating state is set in accordance with such a relationship, and the target EGR is set. One way to achieve the rate is possible. However, with this method, controllability of EGR control and robustness against disturbance may not be ensured. For example, at high altitudes or during transitions, the EGR valve opening that should be set according to the operating state of the engine deviates from the EGR valve opening that is set according to the above-described relationship, so that the target EGR rate Cannot be realized properly.
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、EGRバルブ開度を適切に制御して目標EGR率を精度良く実現することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides an engine control apparatus that can accurately control the EGR valve opening and achieve the target EGR rate with high accuracy. For the purpose.
上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、排気通路内の排気ガスをEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR通路と、EGR通路を通過するEGRガス量を調整するEGRバルブと、を備え、少なくともエンジンの冷却水によってEGRガスが冷却されるEGR装置と、EGRバルブの上流側のガスの圧力であるEGRバルブ上流圧を検出する上流圧検出手段と、EGRバルブの下流側のガスの圧力であるEGRバルブ下流圧を検出する下流圧検出手段と、EGRバルブの上流側のガスの温度であるEGRバルブ上流温度を推定する上流温度推定手段と、エンジンの運転状態に基づいて、EGR装置によって還流させるEGRガスの目標EGR率を設定して、この目標EGR率に応じてEGRバルブを制御するEGR制御手段と、を有し、上流温度推定手段は、EGRガスがEGR通路を流れるときに、このEGR通路の壁面から少なくとも冷却水へと熱が伝わり、EGRガスの温度が低下する現象をモデル化した熱交換モデルを用いて、EGR通路によってEGRガスを取り出す部分での温度であるEGRガス取り出し部温度から、EGRバルブ上流温度を推定し、EGR制御手段は、EGRバルブ上流圧と、EGRバルブ下流圧と、EGRバルブ上流温度とに基づき、目標EGR率を実現するEGRバルブの目標開度を求め、この目標開度にEGRバルブを設定する制御を行熱交換モデルは、EGR通路を熱伝達係数に基づき複数に分割した経路のそれぞれについて規定される、ことを特徴とする。
このように構成された本発明では、検出したEGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧と、推定したEGRバルブ上流温度とに基づき、エンジンの運転状態に応じた目標EGR率を実現するEGRバルブの目標開度(目標EGRバルブ開度)を求めるので、EGRバルブ開度を適切に制御して目標EGR率を精度良く実現することができる。具体的には、本発明によれば、EGR率の制御性と外乱に対するロバスト性を向上させることができる。また、本発明によれば、EGR制御と他の制御との協調制御を適切に行うことができる。具体的には、目標EGR率に応じたEGRガス量を適切に把握できるので、このEGRガス量を考慮して吸気量制御や燃料噴射制御を精度良く行うことができる。
また、本発明によれば、温度推定手段は、EGRガスがEGR通路を流れるときに、このEGR通路の壁面から少なくとも冷却水へと熱が伝わり、EGRガスの温度が低下する現象をモデル化した熱交換モデル(EGR通路を熱伝達係数に基づき複数に分割した経路のそれぞれについて規定される)を用いて、EGR通路によってEGRガスを取り出す部分での温度であるEGRガス取り出し部温度から、EGRバルブ上流温度を推定する。これにより、EGRバルブ上流温度を精度良く求めることができる。
In order to achieve the above object, the present invention is an engine control device that adjusts an EGR passage that recirculates exhaust gas in an exhaust passage as EGR gas to an intake passage, and an EGR gas amount that passes through the EGR passage. An EGR valve that cools at least EGR gas with engine coolant, upstream pressure detecting means for detecting an upstream pressure of the EGR valve that is the pressure of the gas upstream of the EGR valve, and an EGR valve The downstream pressure detecting means for detecting the downstream pressure of the EGR valve that is the pressure of the downstream gas, the upstream temperature estimating means for estimating the upstream temperature of the EGR valve that is the temperature of the gas upstream of the EGR valve, and the operating state of the engine Based on the above, the target EGR rate of the EGR gas to be recirculated by the EGR device is set, and the EGR valve is controlled according to the target EGR rate. It has an EGR control means that, the upstream temperature estimating means, when the EGR gas flowing through the EGR passage, to at least the cooling water from the wall surface of the EGR passage heat is transferred, a phenomenon in which the temperature of EGR gas is reduced Using the modeled heat exchange model, the EGR valve upstream temperature is estimated from the EGR gas extraction part temperature, which is the temperature at the part where the EGR gas is extracted by the EGR passage, and the EGR control means uses the EGR valve upstream pressure, the EGR a valve downstream pressure, based on the EGR valve upstream temperature, determine the target opening of the EGR valve to achieve the target EGR rate, have row control to set the EGR valve to the target opening, the heat exchange model, EGR passage Is defined for each of a plurality of paths divided based on a heat transfer coefficient .
In the present invention configured as described above, the target of the EGR valve that realizes the target EGR rate corresponding to the operating state of the engine based on the detected EGR valve upstream pressure and EGR valve downstream pressure and the estimated EGR valve upstream temperature. Since the opening degree (target EGR valve opening degree) is obtained, the target EGR rate can be accurately realized by appropriately controlling the EGR valve opening degree. Specifically, according to the present invention, the controllability of the EGR rate and the robustness against disturbance can be improved. Further, according to the present invention, cooperative control between EGR control and other control can be appropriately performed. Specifically, since the EGR gas amount corresponding to the target EGR rate can be appropriately grasped, intake air amount control and fuel injection control can be performed with high accuracy in consideration of this EGR gas amount.
Further, according to the present invention, the temperature estimation means models a phenomenon in which when EGR gas flows through the EGR passage, heat is transferred from the wall surface of the EGR passage to at least the cooling water, and the temperature of the EGR gas is lowered. Using the heat exchange model (specified for each of the paths in which the EGR passage is divided into a plurality of parts based on the heat transfer coefficient), the EGR valve is determined from the EGR gas take-out portion temperature, which is the temperature at the portion where the EGR gas is taken out by the EGR passage. Estimate upstream temperature. Thereby, the EGR valve upstream temperature can be obtained with high accuracy.
本発明において、好ましくは、EGR制御手段は、EGRバルブ上流圧と、EGRバルブ下流圧と、EGRバルブ上流温度に応じたEGRバルブの上流側のガスの密度とに基づき、ベルヌーイの定理に従って、EGRバルブの目標開度を求める。
このように構成された本発明によれば、検出したEGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧と、推定したEGRバルブ上流温度に応じたEGRバルブの上流側のガスの密度とに基づき、ベルヌーイの定理に従って、目標EGR率を実現する目標EGRバルブ開度を精度良く求めることができる。
In the present invention, preferably, the EGR control means performs the EGR control according to Bernoulli's theorem based on the EGR valve upstream pressure, the EGR valve downstream pressure, and the gas density upstream of the EGR valve according to the EGR valve upstream temperature. Find the target opening of the valve.
According to the present invention thus configured, Bernoulli's theorem is based on the detected EGR valve upstream pressure and EGR valve downstream pressure, and the gas density upstream of the EGR valve according to the estimated EGR valve upstream temperature. Accordingly, the target EGR valve opening degree that achieves the target EGR rate can be obtained with high accuracy.
本発明において、好ましくは、EGR装置は、EGRバルブの上流側のEGR通路上にEGRクーラを備え、上流圧検出手段は、EGRクーラとEGRバルブとの間のEGRガスの圧力を、EGRバルブ上流圧として検出する。
このように構成された本発明によれば、EGRクーラとEGRバルブとの間のEGRガスの圧力(つまりEGRバルブの直上流側の圧力)をEGRバルブ上流圧として用いて目標EGRバルブ開度を求めるので、目標EGR率を実現する目標EGRバルブ開度をより精度良く求めることができる。
In the present invention, preferably, the EGR device includes an EGR cooler on an EGR passage on the upstream side of the EGR valve, and the upstream pressure detecting means detects the pressure of the EGR gas between the EGR cooler and the EGR valve upstream of the EGR valve. Detect as pressure.
According to the present invention configured as described above, the target EGR valve opening degree is set by using the pressure of the EGR gas between the EGR cooler and the EGR valve (that is, the pressure immediately upstream of the EGR valve) as the EGR valve upstream pressure. Therefore, the target EGR valve opening degree that achieves the target EGR rate can be determined more accurately.
本発明において、好ましくは、吸気通路上に設けられたコンプレッサと排気通路上に設けられたタービンとを備えるターボ過給機を更に備え、EGR装置のEGR通路は、ターボ過給機のタービンの上流側とターボ過給機のコンプレッサの下流側とに接続され、EGR制御手段は、ターボ過給機による過給域において、EGR装置によってEGRガスを吸気通路に還流させるようにEGRバルブを制御する。
このように構成された本発明によれば、ターボ過給機による過給域においてEGRガスを導入し、この過給域において上記のようにして求めた目標EGRバルブ開度を適用してEGR制御を行うので、過給域においてノッキング抑制や熱負荷軽減や燃料増量の低減などを適切に実現することができる。
In the present invention, preferably, the turbocharger is further provided with a compressor provided on the intake passage and a turbine provided on the exhaust passage, and the EGR passage of the EGR device is located upstream of the turbine of the turbocharger. The EGR control means controls the EGR valve so that the EGR gas is recirculated to the intake passage by the EGR device in the turbocharger supercharging region.
According to the present invention configured as described above, EGR gas is introduced in the supercharging region of the turbocharger, and the EGR control is performed by applying the target EGR valve opening obtained as described above in the supercharging region. Therefore, it is possible to appropriately achieve knocking suppression, thermal load reduction, and fuel increase reduction in the supercharging region.
本発明のエンジンの制御装置によれば、EGRバルブ開度を適切に制御して目標EGR率を精度良く実現することができる。   According to the engine control apparatus of the present invention, the target EGR rate can be accurately realized by appropriately controlling the EGR valve opening.
本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system to which an engine control device according to an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the control apparatus of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the engine control process by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による点火時期マップの一例を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically an example of the ignition timing map by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるEGR制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the EGR control process by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるEGR通路モデル及びEGRバルブモデルを模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically an EGR passage model and an EGR valve model by an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるEGR率マップに関して、同一のエンジン回転数で見たときのエンジン負荷とEGR率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine load and an EGR rate when it sees with the same engine speed regarding the EGR rate map by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブの動作の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of operation of an intake valve and an exhaust valve by an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブの動作タイミングを規定したマップである。3 is a map that defines the operation timing of an intake valve and an exhaust valve according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるEGR率マップに関して、同一のエンジン負荷で見たときのエンジン回転数とEGR率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine speed and an EGR rate when it sees with the same engine load regarding the EGR rate map by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるEGR率マップに規定された、エンジン回転数とEGR導入制限負荷との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine speed and EGR introduction | transduction limitation load prescribed | regulated by the EGR rate map by embodiment of this invention.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。   Hereinafter, an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<システム構成>
まず、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図1は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図2は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
<System configuration>
First, an engine system to which an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system to which an engine control device according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the engine control device according to the embodiment of the present invention. is there.
図1及び図2に示すように、エンジンシステム100は、主に、外部から導入された吸気(空気)が通過する吸気通路1と、この吸気通路1から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁13から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン10(具体的にはガソリンエンジン)と、このエンジン10内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路25と、エンジンシステム100に関する各種の状態を検出するセンサ40〜53と、エンジンシステム100全体を制御するPCM60と、を有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the engine system 100 mainly includes an intake passage 1 through which intake air (air) introduced from the outside passes, intake air supplied from the intake passage 1, and fuel injection to be described later. An engine 10 (specifically, a gasoline engine) that generates fuel for the vehicle by burning an air-fuel mixture supplied from the valve 13 and an exhaust passage 25 that discharges exhaust gas generated by combustion in the engine 10. And sensors 40 to 53 for detecting various states relating to the engine system 100, and a PCM 60 for controlling the entire engine system 100.
吸気通路1には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ3と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機4のコンプレッサ4aと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ5と、通過する吸気の量(吸入空気量)を調整するスロットルバルブ6と、エンジン10に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク7と、が設けられている。   In the intake passage 1, in order from the upstream side, the air cleaner 3 that purifies the intake air introduced from the outside, the compressor 4 a of the turbocharger 4 that boosts the intake air that passes through, and the outside air or cooling water cools the intake air. An intercooler 5, a throttle valve 6 that adjusts the amount of intake air (intake air amount) that passes through, and a surge tank 7 that temporarily stores intake air supplied to the engine 10 are provided.
また、吸気通路1には、コンプレッサ4aによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ4aの上流側に還流するためのエアバイパス通路8が設けられている。具体的には、エアバイパス通路8の一端は、コンプレッサ4aの下流側で且つスロットルバルブ6の上流側の吸気通路1に接続され、エアバイパス通路8の他端は、エアクリーナ3の下流側で且つコンプレッサ4aの上流側の吸気通路1に接続されている。   The intake passage 1 is provided with an air bypass passage 8 for returning a part of the intake air supercharged by the compressor 4a to the upstream side of the compressor 4a. Specifically, one end of the air bypass passage 8 is connected to the intake passage 1 downstream of the compressor 4a and upstream of the throttle valve 6, and the other end of the air bypass passage 8 is downstream of the air cleaner 3 and The intake passage 1 is connected to the upstream side of the compressor 4a.
このエアバイパス通路8には、エアバイパス通路8を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ9が設けられている。エアバイパスバルブ9は、エアバイパス通路8を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。   The air bypass passage 8 is provided with an air bypass valve 9 that adjusts the flow rate of intake air flowing through the air bypass passage 8 by an opening / closing operation. The air bypass valve 9 is a so-called on / off valve that can be switched between a closed state in which the air bypass passage 8 is completely closed and an open state in which the air bypass passage 8 is completely opened.
エンジン10は、主に、吸気通路1から供給された吸気を燃焼室11内に導入する吸気バルブ12と、燃焼室11に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁13と、燃焼室11内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ14と、燃焼室11内での混合気の燃焼により往復運動するピストン15と、ピストン15の往復運動により回転されるクランクシャフト16と、燃焼室11内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路25へ排出する排気バルブ17と、を有する。   The engine 10 mainly supplies an intake valve 12 for introducing the intake air supplied from the intake passage 1 into the combustion chamber 11, a fuel injection valve 13 for injecting fuel toward the combustion chamber 11, and a supply to the combustion chamber 11. Spark plug 14 for igniting the mixture of the intake air and fuel, a piston 15 reciprocating by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 11, a crankshaft 16 rotated by reciprocating motion of the piston 15, and combustion And an exhaust valve 17 that exhausts exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the chamber 11 to the exhaust passage 25.
また、エンジン10は、吸気バルブ12及び排気バルブ17のそれぞれの動作タイミング(つまり開閉時期)を、可変バルブ機構(Variable Valve Timing Mechanism)としての可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングを変化させることができる。   Further, the engine 10 can vary the operation timing (that is, opening / closing timing) of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 by a variable intake valve mechanism 18 and a variable exhaust valve mechanism 19 as variable valve mechanism (Variable Valve Timing Mechanism). It is configured. As the variable intake valve mechanism 18 and the variable exhaust valve mechanism 19, various known types can be applied. For example, the operation of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 is performed using a mechanism configured in an electromagnetic or hydraulic manner. Timing can be changed.
排気通路25には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によってコンプレッサ4aを駆動するターボ過給機4のタービン4bと、例えばNOx触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒35a、35bが設けられている。   The exhaust passage 25 is rotated by exhaust gas passing through in order from the upstream side, and the turbine 4b of the turbocharger 4 that drives the compressor 4a by this rotation, for example, a NOx catalyst, a three-way catalyst, an oxidation catalyst, Exhaust gas purification catalysts 35a and 35b having an exhaust gas purification function are provided.
また、排気通路25上には、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路1に還流させるEGR装置26が設けられている。EGR装置26は、一端がタービン4bの上流側の排気通路25に接続され、他端がコンプレッサ4aの下流側で且つスロットルバルブ11の下流側の吸気通路1に接続されたEGR通路27と、EGRガスを冷却するEGRクーラ28と、EGR通路27を流れるEGRガス量(流量)を制御するEGRバルブ29と、を有する。このEGR装置26は、いわゆる高圧EGR装置(HPL(High Pressure Loop)EGR装置)に相当する。   Further, an EGR device 26 is provided on the exhaust passage 25 to recirculate a part of the exhaust gas to the intake passage 1 as EGR gas. The EGR device 26 includes an EGR passage 27 having one end connected to the exhaust passage 25 upstream of the turbine 4b and the other end connected to the intake passage 1 downstream of the compressor 4a and downstream of the throttle valve 11; An EGR cooler 28 that cools the gas and an EGR valve 29 that controls the amount (flow rate) of EGR gas flowing through the EGR passage 27 are provided. The EGR device 26 corresponds to a so-called high pressure EGR device (HPL (High Pressure Loop) EGR device).
また、排気通路25には、排気ガスをターボ過給機4のタービン4bに通過させずに迂回させるタービンバイパス通路30が設けられている。このタービンバイパス通路30には、タービンバイパス通路30を流れる排気ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ(以下「WGバルブ」と称する)31が設けられている。   The exhaust passage 25 is provided with a turbine bypass passage 30 that bypasses the exhaust gas without passing it through the turbine 4 b of the turbocharger 4. The turbine bypass passage 30 is provided with a waste gate valve (hereinafter referred to as “WG valve”) 31 for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the turbine bypass passage 30.
また、排気通路25においては、EGR通路27の上流側の接続部分とタービンバイパス通路30の上流側の接続部分との間の通路が、第1通路25aと第2通路25bとに分岐されている。第1通路25aは第2通路25bよりも径が大きく、換言すると第2通路25bは第1通路25aよりも径が小さく、第1通路25aには開閉バルブ25cが設けられている。開閉バルブ25cが開いている場合には、排気ガスは基本的には第1通路25aに流れ、開閉バルブ25cが閉じている場合には、排気ガスは第2通路25bにのみ流れる。そのため、開閉バルブ25cが閉じている場合には、開閉バルブ25cが開いている場合よりも、排気ガスの流速が大きくなる。開閉バルブ25cは低回転数領域において閉じられ、流速が上昇された排気ガスをターボ過給機4のタービン4bに供給して、低回転数領域でもターボ過給機4による過給が行えるようになっている。   Further, in the exhaust passage 25, a passage between an upstream connection portion of the EGR passage 27 and an upstream connection portion of the turbine bypass passage 30 is branched into a first passage 25a and a second passage 25b. . The first passage 25a has a larger diameter than the second passage 25b. In other words, the second passage 25b has a smaller diameter than the first passage 25a, and an opening / closing valve 25c is provided in the first passage 25a. When the opening / closing valve 25c is open, the exhaust gas basically flows into the first passage 25a, and when the opening / closing valve 25c is closed, the exhaust gas flows only into the second passage 25b. Therefore, when the opening / closing valve 25c is closed, the flow rate of the exhaust gas becomes larger than when the opening / closing valve 25c is open. The on-off valve 25c is closed in the low rotation speed region, and the exhaust gas whose flow velocity is increased is supplied to the turbine 4b of the turbocharger 4 so that the turbocharger 4 can perform supercharging even in the low rotation speed region. It has become.
エンジンシステム100には、当該エンジンシステム100に関する各種の状態を検出するセンサ40〜53が設けられている。これらセンサ40〜53は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ40は、アクセルペダルの開度(ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する)であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ41は、エアクリーナ3とコンプレッサ4aとの間の吸気通路1を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。温度センサ42は、エアクリーナ3とコンプレッサ4aとの間の吸気通路1を通過する吸気の温度を検出する。圧力センサ43は、過給圧を検出する。スロットル開度センサ44は、スロットルバルブ6の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ45は、下流圧検出手段として機能し、エンジン10に供給される吸気の圧力であるインマニ圧力(EGRバルブ下流圧に相当する)を検出する。クランク角センサ46は、クランクシャフト16におけるクランク角を検出する。吸気側カム角センサ47は、吸気カムシャフトのカム角を検出する。排気側カム角センサ48は、排気カムシャフトのカム角を検出する。圧力センサ49は、上流圧検出手段として機能し、EGRバルブ29の上流側のガスの圧力、具体的にはEGRクーラ28とEGRバルブ29との間のEGRガスの圧力(EGRバルブ上流圧)を検出する。WG開度センサ50は、WGバルブ31の開度を検出する。O2センサ51は、排気ガス中の酸素濃度を検出する。排気温度センサ52は、排気温度を検出する。車速センサ53は、車両の速度(車速)を検出する。これらの各種センサ40〜53は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号S140〜S153をPCM60に出力する。 The engine system 100 is provided with sensors 40 to 53 that detect various states relating to the engine system 100. The sensors 40 to 53 are specifically as follows. The accelerator opening sensor 40 detects an accelerator opening that is an accelerator pedal opening (corresponding to an amount by which the driver has depressed the accelerator pedal). The air flow sensor 41 detects an intake air amount corresponding to the flow rate of the intake air passing through the intake passage 1 between the air cleaner 3 and the compressor 4a. The temperature sensor 42 detects the temperature of intake air passing through the intake passage 1 between the air cleaner 3 and the compressor 4a. The pressure sensor 43 detects the supercharging pressure. The throttle opening sensor 44 detects the throttle opening that is the opening of the throttle valve 6. The pressure sensor 45 functions as a downstream pressure detection unit, and detects an intake manifold pressure (corresponding to an EGR valve downstream pressure) that is a pressure of intake air supplied to the engine 10. The crank angle sensor 46 detects the crank angle in the crankshaft 16. The intake side cam angle sensor 47 detects the cam angle of the intake camshaft. The exhaust side cam angle sensor 48 detects the cam angle of the exhaust camshaft. The pressure sensor 49 functions as upstream pressure detection means, and measures the pressure of the gas upstream of the EGR valve 29, specifically, the pressure of the EGR gas between the EGR cooler 28 and the EGR valve 29 (EGR valve upstream pressure). To detect. The WG opening degree sensor 50 detects the opening degree of the WG valve 31. The O 2 sensor 51 detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The exhaust temperature sensor 52 detects the exhaust temperature. The vehicle speed sensor 53 detects the speed of the vehicle (vehicle speed). Each of these various sensors 40 to 53 outputs detection signals S140 to S153 corresponding to the detected parameters to the PCM 60, respectively.
PCM60は、上述した各種センサ40〜53から入力された検出信号S140〜S153に基づいて、エンジンシステム100内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図2に示すように、PCM60は、スロットルバルブ6に制御信号S106を供給して、スロットルバルブ6の開閉時期やスロットル開度を制御し、エアバイパスバルブ9に制御信号S109を供給して、エアバイパスバルブ9の開閉を制御し、WGバルブ31に制御信号S131を供給して、WGバルブ31の開度を制御し、燃料噴射弁13に制御信号S113を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ14に制御信号S114を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19のそれぞれに制御信号S118、S119を供給して、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングを制御し、EGRバルブ29に制御信号S129を供給して、EGRバルブ29の開度を制御する(以下では当該制御を適宜「EGR制御」と呼ぶ)。   The PCM 60 controls the components in the engine system 100 based on the detection signals S140 to S153 input from the various sensors 40 to 53 described above. Specifically, as shown in FIG. 2, the PCM 60 supplies a control signal S106 to the throttle valve 6, controls the opening / closing timing and throttle opening of the throttle valve 6, and sends a control signal S109 to the air bypass valve 9. To supply the control signal S131 to the WG valve 31, to control the opening of the WG valve 31, to supply the control signal S113 to the fuel injection valve 13, The injection amount and the fuel injection timing are controlled, the control signal S114 is supplied to the spark plug 14, the ignition timing is controlled, and the control signals S118 and S119 are supplied to the variable intake valve mechanism 18 and the variable exhaust valve mechanism 19, respectively. Then, the operation timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 is controlled, and the control signal S129 is supplied to the EGR valve 29, so that the EGR valve Controlling the 9 opening (the suitably controlled will hereinafter be referred to as "EGR control").
これらのPCM60の各構成要素は、CPU、当該CPU上で解釈実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのROMやRAMの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。   Each component of the PCM 60 includes a CPU, various programs that are interpreted and executed on the CPU (including a basic control program such as an OS and an application program that is activated on the OS to realize a specific function), a program, It is configured by a computer having an internal memory such as a ROM or RAM for storing various data.
なお、詳細は後述するが、PCM60は、本発明における「上流温度推定手段」及び「EGR制御手段」として機能する。   Although details will be described later, the PCM 60 functions as the “upstream temperature estimating means” and the “EGR control means” in the present invention.
<エンジン制御処理>
次に、図3を参照して、本発明の実施形態によるエンジン制御処理について説明する。図3は、本発明の実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。このフローは、車両のイグニッションがオンにされ、PCM60に電源が投入された場合に起動され、所定の周期で繰り返し実行される。
<Engine control processing>
Next, an engine control process according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an engine control process according to the embodiment of the present invention. This flow is activated when the ignition of the vehicle is turned on and the PCM 60 is powered on, and is repeatedly executed at a predetermined cycle.
エンジン制御処理が開始されると、ステップS101において、PCM60は、車両における各種情報を取得する。具体的には、PCM60は、アクセル開度センサ40によって検出されたアクセル開度や、車速センサ53によって検出された車速や、クランク角センサ46によって検出されたクランク角に対応するエンジン回転数や、車両の変速機に現在設定されているギヤ段などを取得する。   When the engine control process is started, in step S101, the PCM 60 acquires various types of information on the vehicle. Specifically, the PCM 60 determines the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 40, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 53, the engine speed corresponding to the crank angle detected by the crank angle sensor 46, Gets the gear currently set for the transmission of the vehicle.
次いで、ステップS102では、PCM60は、ステップS101において取得された車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、PCM60は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ(予め作成されてメモリなどに記憶されている)の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して、アクセル開度センサ40によって検出されたアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。   Next, in step S102, the PCM 60 sets a target acceleration based on the driving state of the vehicle acquired in step S101. Specifically, the PCM 60 determines the acceleration corresponding to the current vehicle speed and gear stage from acceleration characteristic maps (created in advance and stored in a memory or the like) defined for various vehicle speeds and various gear stages. A characteristic map is selected, and a target acceleration corresponding to the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 40 is determined with reference to the selected acceleration characteristic map.
次いで、ステップS103では、PCM60は、ステップS102で決定した目標加速度を実現するためのエンジン10の目標トルクを決定する。この場合、PCM60は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン10が出力可能なトルクの範囲内で目標トルクを決定する。   Next, in step S103, the PCM 60 determines a target torque of the engine 10 for realizing the target acceleration determined in step S102. In this case, the PCM 60 determines a target torque within a torque range that the engine 10 can output based on the current vehicle speed, gear stage, road surface gradient, road surface μ, and the like.
次いで、ステップS104では、PCM60は、ステップS101で取得した現在のエンジン回転数及びステップS103で決定した目標トルクを含むエンジン10の運転状態に応じて、点火プラグ14による目標点火時期を設定する。例えば、PCM60は、目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火時期マップ(点火進角マップ)の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つMBT近傍で目標図示トルクが得られる点火時期マップを選択し、選択した点火時期マップを参照して、目標図示トルクに対応する目標点火時期を設定する。また、PCM60は、ノッキングが生じている場合には、このように設定した目標点火時期を遅角側に補正する。   Next, in step S104, the PCM 60 sets a target ignition timing by the spark plug 14 according to the operating state of the engine 10 including the current engine speed acquired in step S101 and the target torque determined in step S103. For example, the PCM 60 calculates a target indicated torque by adding a loss torque due to friction loss or pumping loss to the target torque, and an ignition timing that defines the relationship between the ignition timing and the indicated torque for various charging efficiencies and various engine speeds. From the map (ignition advance map), an ignition timing map that corresponds to the current engine speed and obtains the target indicated torque in the vicinity of the MBT is selected, and the target indicated torque is obtained by referring to the selected ignition timing map. Set the corresponding target ignition timing. Further, when knocking occurs, the PCM 60 corrects the target ignition timing set in this way to the retard side.
ここで、図4を参照して、本発明の実施形態による点火時期マップの一例について説明する。図4は、ノッキング抑制を主目的として規定された、本発明の実施形態による点火時期マップを模式的に示した図である。図4では、横軸にエンジン負荷を示し、縦軸にノッキング抑制の観点から規定された点火時期を示している。エンジン負荷が高くなるほど、ノッキングが生じやすくなるので、図4に示す点火時期マップは、エンジン負荷が高くなるほど、点火時期が遅角側に設定されるように規定されている。   Here, with reference to FIG. 4, an example of the ignition timing map according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing an ignition timing map according to the embodiment of the present invention, which is defined mainly for the purpose of suppressing knocking. In FIG. 4, the horizontal axis represents the engine load, and the vertical axis represents the ignition timing defined from the viewpoint of suppressing knocking. As the engine load increases, knocking is more likely to occur. Therefore, the ignition timing map shown in FIG. 4 is defined such that the ignition timing is set to the retard side as the engine load increases.
図3に戻って説明を再開する。ステップS105では、PCM60は、ステップS103で決定した目標トルクをエンジン10に出力させるための目標充填効率を設定する。具体的には、PCM60は、上記した目標図示トルクを出力するために必要な要求平均有効圧力を求めると共に、この要求平均有効圧力に相当する熱量(要求熱量)を求め、上記した目標点火時期に設定された条件での熱効率(基準熱効率)と、エンジン10の実際の運転条件による熱効率(実熱効率)との大小関係に応じて、基準熱効率及び実熱効率のいずれかと要求熱量とに基づき目標充填効率を求める。なお、PCM60は、要求平均有効圧力などに応じて、こうして求めた目標充填効率を適宜制限してもよい。   Returning to FIG. 3, the description will be resumed. In step S105, the PCM 60 sets a target charging efficiency for causing the engine 10 to output the target torque determined in step S103. Specifically, the PCM 60 obtains the required average effective pressure necessary to output the above-described target indicated torque, obtains the amount of heat corresponding to the required average effective pressure (requested heat amount), and sets the target ignition timing to the above-described target ignition timing. Depending on the magnitude relationship between the thermal efficiency under the set conditions (reference thermal efficiency) and the thermal efficiency (actual thermal efficiency) under the actual operating conditions of the engine 10, the target charging efficiency is based on either the reference thermal efficiency or the actual thermal efficiency and the required amount of heat. Ask for. Note that the PCM 60 may appropriately limit the target filling efficiency thus obtained in accordance with the required average effective pressure and the like.
次いで、ステップS106では、PCM60は、ステップS105で設定した目標充填効率に相当する空気がエンジン10に導入されるように、エアフローセンサ41が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ6の開度と、可変吸気バルブ機構18を介した吸気バルブ12の開閉時期とを決定する。   Next, in step S106, the PCM 60 considers the air amount detected by the air flow sensor 41 so that the air corresponding to the target charging efficiency set in step S105 is introduced into the engine 10, and the opening degree of the throttle valve 6 is determined. And the opening / closing timing of the intake valve 12 via the variable intake valve mechanism 18 is determined.
次に、ステップS107では、PCM60は、ステップS106で決定したスロットル開度及び吸気バルブ12の開閉時期に基づき、スロットルバルブ6及び可変吸気バルブ機構18を制御するとともに、エンジン10の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ41により検出された空気量等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁13を制御する。   Next, in step S107, the PCM 60 controls the throttle valve 6 and the variable intake valve mechanism 18 based on the throttle opening determined in step S106 and the opening / closing timing of the intake valve 12, and also according to the operating state of the engine 10 and the like. The fuel injection valve 13 is controlled based on the target equivalence ratio determined in this way and the actual air amount estimated based on the air amount detected by the airflow sensor 41.
また、ステップS106〜S107の処理と並行して、ステップS108において、PCM60は、ターボ過給機4による目標過給圧を取得する。例えば、エンジン回転数やエンジン負荷や目標トルクなどに対して設定すべき目標過給圧が対応付けられたマップが予めメモリ等に記憶されており、PCM60は、そのマップを参照して、現時点でのエンジン回転数やエンジン負荷や目標トルクなどに対応する目標過給圧を取得する。このような目標過給圧のマップでは、少なくともエンジン10の高負荷域において、ターボ過給機4による過給が実施されるように目標過給圧が規定されている。   In parallel with the processing in steps S106 to S107, in step S108, the PCM 60 acquires the target supercharging pressure by the turbocharger 4. For example, a map in which a target boost pressure to be set with respect to the engine speed, engine load, target torque, and the like is stored in advance in a memory or the like, and the PCM 60 refers to the map at the present time. The target boost pressure corresponding to the engine speed, engine load, target torque, etc. is acquired. In such a target supercharging pressure map, the target supercharging pressure is defined so that supercharging by the turbocharger 4 is performed at least in the high load region of the engine 10.
次いで、ステップS109において、PCM60は、ステップS108において取得した目標過給圧を実現するための、WGバルブ31の開度を決定する。   Next, in step S109, the PCM 60 determines the opening degree of the WG valve 31 for realizing the target boost pressure acquired in step S108.
次いで、ステップS110において、PCM60は、ステップS109において設定した開度に基づき、WGバルブ31のアクチュエータを制御する。この場合、PCM10は、ステップS109において設定した開度に応じてWGバルブ31のアクチュエータを制御すると共に、圧力センサ43により検出される過給圧を、ステップS108において取得した目標過給圧に近づけるようにアクチュエータをフィードバック制御する。   Next, in step S110, the PCM 60 controls the actuator of the WG valve 31 based on the opening set in step S109. In this case, the PCM 10 controls the actuator of the WG valve 31 in accordance with the opening set in step S109, and brings the boost pressure detected by the pressure sensor 43 closer to the target boost pressure acquired in step S108. The actuator is feedback controlled.
また、ステップS106〜S107及びステップS108〜S110の処理と並行して、ステップS111において、PCM60は、ステップS104において設定した目標点火時期にて点火が行われるように、点火プラグ14を制御する。   In parallel with the processing of steps S106 to S107 and steps S108 to S110, in step S111, the PCM 60 controls the spark plug 14 so that ignition is performed at the target ignition timing set in step S104.
<EGR制御処理>
次に、図5を参照して、本発明の実施形態において、EGR装置26によるEGRガスの還流を制御する処理(EGR制御処理)について説明する。このEGR制御処理では、エンジン10の運転状態に応じた目標EGR率(一義的に目標EGRガス量に対応する)を実現すべく、EGRバルブ29の開度を制御するものである。図5は、本発明の実施形態によるEGR制御処理を示すフローチャートである。このEGR制御処理は、PCM60によって所定の周期で繰り返し実行され、また、図3に示したエンジン制御処理と並行して実行される。なお、上記したEGR率は、エンジン10の気筒に導入される全ガス量(新気及びEGRガスを含む)に対するEGRガス量の割合である。
<EGR control processing>
Next, with reference to FIG. 5, processing (EGR control processing) for controlling the recirculation of EGR gas by the EGR device 26 in the embodiment of the present invention will be described. In this EGR control process, the opening degree of the EGR valve 29 is controlled in order to achieve a target EGR rate (uniquely corresponding to the target EGR gas amount) according to the operating state of the engine 10. FIG. 5 is a flowchart showing an EGR control process according to the embodiment of the present invention. This EGR control process is repeatedly executed by the PCM 60 at a predetermined cycle, and is executed in parallel with the engine control process shown in FIG. The EGR rate described above is the ratio of the EGR gas amount to the total gas amount (including fresh air and EGR gas) introduced into the cylinders of the engine 10.
まず、ステップS201では、PCM60は、車両における各種情報を取得する。具体的には、PCM60は、クランク角センサ46によって検出されたクランク角に対応するエンジン回転数や、エアフローセンサ41によって検出された吸入空気量に対応するエンジン負荷などを取得する。また、PCM60は、当該フローを前回実行したときに求められたEGRガス量も取得する。   First, in step S201, the PCM 60 acquires various information on the vehicle. Specifically, the PCM 60 acquires the engine speed corresponding to the crank angle detected by the crank angle sensor 46, the engine load corresponding to the intake air amount detected by the air flow sensor 41, and the like. The PCM 60 also acquires the EGR gas amount obtained when the flow is executed last time.
次いで、ステップS202では、PCM60は、ステップS201で取得したエンジン回転数及びエンジン負荷に応じた目標EGR率を設定する。具体的には、PCM60は、エンジン回転数及びエンジン負荷に対して設定すべきEGR率が事前に規定されたマップ(EGR率マップ)を参照して、ステップS201で取得したエンジン回転数及びエンジン負荷に対応するEGR率を目標EGR率として設定する。なお、EGR率マップについては、後のセクションで詳述する。   Next, in step S202, the PCM 60 sets a target EGR rate according to the engine speed and engine load acquired in step S201. Specifically, the PCM 60 refers to a map (EGR rate map) in which the EGR rate to be set for the engine speed and the engine load is defined in advance (the engine speed and the engine load acquired in step S201). Is set as the target EGR rate. The EGR rate map will be described in detail in a later section.
次いで、ステップS203では、PCM60は、ステップS202で設定した目標EGR率及び目標充填量(図3のステップS105で設定された目標充填効率に対応する)に基づき、目標EGRガス量(流量)を算出する。具体的には、PCM60は、目標EGR率と目標充填量とを乗算することで目標EGRガス量を求める。   Next, in step S203, the PCM 60 calculates a target EGR gas amount (flow rate) based on the target EGR rate and target filling amount set in step S202 (corresponding to the target filling efficiency set in step S105 in FIG. 3). To do. Specifically, the PCM 60 calculates the target EGR gas amount by multiplying the target EGR rate and the target filling amount.
次いで、ステップS204では、PCM60は、圧力センサ45によって検出された、EGRバルブ29の下流側のガスの圧力であるEGRバルブ下流圧(インマニ圧力に相当する)と、圧力センサ49によって検出された、EGRバルブ29の上流側のガスの圧力であるEGRバルブ上流圧とを取得する。   Next, in step S204, the PCM 60 detects the EGR valve downstream pressure (corresponding to the intake manifold pressure) detected by the pressure sensor 45 and the pressure of the gas on the downstream side of the EGR valve 29, and the pressure sensor 49. The EGR valve upstream pressure that is the pressure of the gas upstream of the EGR valve 29 is acquired.
次いで、ステップS205では、PCM60は、EGR通路27上での圧力損失、熱交換及び輸送遅れをモデル化したEGR通路モデルを用いて、EGRバルブ29の上流側のガスの温度である、詳しくはEGRクーラ28の下流側で且つEGRバルブ29の直上流部におけるEGRガスの温度である、EGRバルブ上流温度を算出する。このEGR通路モデルについては、後の図6を参照して詳述する。   Next, in step S205, the PCM 60 uses the EGR passage model that models the pressure loss, heat exchange, and transport delay on the EGR passage 27 to determine the temperature of the gas upstream of the EGR valve 29. The EGR valve upstream temperature, which is the temperature of the EGR gas at the downstream side of the cooler 28 and immediately upstream of the EGR valve 29, is calculated. The EGR passage model will be described in detail with reference to FIG. 6 later.
次いで、ステップS206では、PCM60は、EGRバルブ下流圧、EGRバルブ上流圧及びEGRバルブ開度などに基づきEGRガス量(流量)を予測するためのモデルであって、圧縮性流体のベルヌーイの式に従って規定されたEGRバルブモデルを用いて、ステップS204で取得したEGRバルブ下流圧及びEGRバルブ上流圧と、ステップS205で算出したEGRバルブ上流温度とに基づき、ステップS203で算出した目標EGRガス量を実現する目標EGRバルブ開度を算出する。このEGR通路モデルについても、後の図6を参照して詳述する。   Next, in step S206, the PCM 60 is a model for predicting the EGR gas amount (flow rate) based on the EGR valve downstream pressure, the EGR valve upstream pressure, the EGR valve opening degree, and the like, according to the Bernoulli equation of the compressive fluid. Using the specified EGR valve model, the target EGR gas amount calculated in step S203 is realized based on the EGR valve downstream pressure and EGR valve upstream pressure acquired in step S204 and the EGR valve upstream temperature calculated in step S205. The target EGR valve opening to be calculated is calculated. This EGR passage model will also be described in detail with reference to FIG. 6 later.
次いで、ステップS207では、PCM60は、ステップS206で算出した目標EGRバルブ開度に設定するようにEGRバルブ29を制御する。   Next, in step S207, the PCM 60 controls the EGR valve 29 so as to set the target EGR valve opening calculated in step S206.
次に、図6を参照して、上述したEGR通路モデル及びEGRバルブモデルについて具体的に説明する。図6は、本発明の実施形態によるEGR通路モデル及びEGRバルブモデルを模式的に示すブロック図である。   Next, the EGR passage model and the EGR valve model described above will be specifically described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram schematically showing an EGR passage model and an EGR valve model according to the embodiment of the present invention.
図6に示すように、まず、PCM60は、EGR通路27上での圧力損失モデル、熱交換モデル及び輸送遅れモデルを含むEGR通路モデルを用いて、EGRバルブ上流温度を算出する。特に、PCM60は、EGR通路モデルとして熱交換モデルを用いて、EGR通路27によってEGRガスを取り出す部分での温度(EGRガス取り出し部温度)から、EGRバルブ上流温度を算出する。この熱交換モデルは、EGR通路27をEGRガスが流れると、EGR通路27の壁面から外部(冷却水や空気)に熱が伝わり、EGRガスの温度が低下する現象をモデル化したものである。また、この熱交換モデルは、熱伝達の形態の違い(熱伝達係数の違いなど)の観点からEGR通路27を複数に分割した経路のそれぞれについて規定される。PCM60は、このような熱交換モデルを用いて、EGRガス取り出し部温度や外気温や冷却水温度などに基づき、EGRバルブ上流温度を算出する。例えば、熱交換モデルは、以下の式(1)のように表される。   As shown in FIG. 6, first, the PCM 60 calculates the EGR valve upstream temperature using an EGR passage model including a pressure loss model, a heat exchange model, and a transport delay model on the EGR passage 27. In particular, the PCM 60 calculates the EGR valve upstream temperature from the temperature at the portion where the EGR gas is extracted by the EGR passage 27 (EGR gas extraction portion temperature) using the heat exchange model as the EGR passage model. This heat exchange model models a phenomenon in which when EGR gas flows through the EGR passage 27, heat is transferred from the wall surface of the EGR passage 27 to the outside (cooling water or air), and the temperature of the EGR gas decreases. In addition, this heat exchange model is defined for each of the paths obtained by dividing the EGR passage 27 into a plurality of parts from the viewpoint of a difference in heat transfer form (difference in heat transfer coefficient, etc.). Using such a heat exchange model, the PCM 60 calculates the EGR valve upstream temperature based on the EGR gas extraction part temperature, the outside air temperature, the cooling water temperature, and the like. For example, the heat exchange model is expressed as the following formula (1).
式(1)において、「Th1」はEGRガス取り出し部温度であり、「Th2」はEGRバルブ上流温度であり、「Tc」はEGR通路27を通過するEGRガスと熱交換する流体の温度(外気温や冷却水温度など)であり、「AU」は熱伝達係数であり(事前にキャリブレーションなどにより求められる)、「Gh」はEGRガス量(流量)であり、「ch」はEGRガスの比熱である。なお、EGRガス取り出し部温度には、例えば所定のモデルによって推定された排気温度が適用される。 In Equation (1), “T h1 ” is the EGR gas take-out temperature, “T h2 ” is the EGR valve upstream temperature, and “T c ” is the fluid that exchanges heat with the EGR gas passing through the EGR passage 27. Temperature (outside air temperature, cooling water temperature, etc.), “AU” is a heat transfer coefficient (obtained by calibration or the like in advance), “G h ” is an EGR gas amount (flow rate), and “c h "Is the specific heat of EGR gas. For example, an exhaust gas temperature estimated by a predetermined model is applied to the EGR gas extraction unit temperature.
次いで、PCM60は、圧縮性流体のベルヌーイの式に従って規定されたEGRバルブモデルを用いて、検出されたEGRバルブ下流圧及びEGRバルブ上流圧と、上記のEGR通路モデルから算出したEGRバルブ上流温度とに基づき、目標EGRガス量を実現する目標EGRバルブ開度を算出する。例えば、EGRバルブモデルは、以下の式(2)のように表される。   Next, the PCM 60 uses the EGR valve model defined in accordance with Bernoulli's equation for the compressible fluid, and detects the detected EGR valve downstream pressure and EGR valve upstream pressure, and the EGR valve upstream temperature calculated from the EGR passage model. Based on the above, the target EGR valve opening degree for realizing the target EGR gas amount is calculated. For example, the EGR valve model is expressed as the following equation (2).



「Pup」はEGRバルブ上流圧であり、「Pdown」はEGRバルブ下流圧であり、「ρup」はEGRバルブ29の上流側のEGRガスの密度であり、この密度はEGRバルブ上流温度に応じた値となり、CdAはEGR通路27の流量係数と通路面積とを乗算した値であり、EGRバルブ開度に応じた値となる。また、式(2)中の関数「Ψ」は、式(3)のように表される。式(3)中の「κ」は比熱比(物性値)である。なお、式(2)中の密度ρupは、例えば、気体の状態方程式を用いて、検出されたEGRバルブ上流圧Pup及び推定したEGRバルブ上流温度から求めればよい。



“P up ” is the EGR valve upstream pressure, “P down ” is the EGR valve downstream pressure, “ρ up ” is the density of the EGR gas upstream of the EGR valve 29, and this density is the EGR valve upstream temperature. CdA is a value obtained by multiplying the flow coefficient of the EGR passage 27 by the passage area, and is a value according to the EGR valve opening. In addition, the function “Ψ” in Expression (2) is expressed as Expression (3). “Κ” in the formula (3) is a specific heat ratio (physical property value). In addition, the density ρ up in the equation (2) may be obtained from the detected EGR valve upstream pressure P up and the estimated EGR valve upstream temperature, for example, using a gas equation of state.
PCM60は、検出されたEGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧と、EGR通路モデル(熱交換モデル)により求められたEGRバルブ上流温度に応じたEGRガスの密度と、EGR率マップより設定された目標EGR率に応じた目標EGRガス量と、を式(2)に代入して「CdA」を求め、この「CdA」から設定すべき目標EGRバルブ開度を算出する。   The PCM 60 uses the detected EGR valve upstream pressure and EGR valve downstream pressure, the density of EGR gas according to the EGR valve upstream temperature determined by the EGR passage model (heat exchange model), and the target set from the EGR rate map. The target EGR gas amount corresponding to the EGR rate is substituted into the equation (2) to obtain “CdA”, and the target EGR valve opening to be set is calculated from this “CdA”.
以上述べたように、本実施形態では、物理量としてのEGRガス量をベースにしてEGR制御を行っている。つまり、本実施形態では、EGRガス量とEGRバルブ開度との関係を示す物理モデル(EGRバルブモデル)を用いて、EGRバルブ29をフィードフォワード制御している。このような本実施形態によれば、エンジン10の運転状態と設定すべきEGRバルブ開度との関係を予め規定しておき、そのような関係に従って現在のエンジン10の運転状態に対応するEGRバルブ開度に制御する比較例の方法と比較して、EGR率(EGRガス量)の制御性と外乱に対するロバスト性を向上させることができる。例えば、高地や過渡時などにおいて、比較例の方法では、エンジン10の運転状態と設定すべきEGRバルブ開度との関係を規定したときのEGRバルブ上流圧やEGRバルブ下流圧やEGRバルブ上流温度がずれることで、目標EGR率を適切に実現できなくなるが、本実施形態によれば、EGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧を検出すると共にEGRバルブ上流温度を推定してEGRバルブ開度を制御するので、目標EGR率を適切に実現することができる。また、本実施形態によれば、EGR制御と他の制御との協調制御を適切に行うことができる。具体的には、EGRガス量を適切に把握できるので、このEGRガス量を考慮して吸気量制御や燃料噴射制御を精度良く行うことができる。   As described above, in this embodiment, EGR control is performed based on the amount of EGR gas as a physical quantity. That is, in the present embodiment, the EGR valve 29 is feedforward controlled using a physical model (EGR valve model) indicating the relationship between the EGR gas amount and the EGR valve opening. According to this embodiment, the relationship between the operating state of the engine 10 and the EGR valve opening to be set is defined in advance, and the EGR valve corresponding to the current operating state of the engine 10 according to such a relationship. Compared with the method of the comparative example that controls the opening degree, the controllability of the EGR rate (EGR gas amount) and the robustness against disturbance can be improved. For example, in the case of high altitude or during a transition, in the comparative method, the EGR valve upstream pressure, EGR valve downstream pressure, EGR valve upstream temperature when the relationship between the operating state of the engine 10 and the EGR valve opening to be set is specified. However, according to the present embodiment, the EGR valve upstream pressure and the EGR valve downstream pressure are detected and the EGR valve upstream temperature is estimated to control the EGR valve opening degree. Therefore, the target EGR rate can be appropriately realized. Further, according to the present embodiment, cooperative control between EGR control and other controls can be appropriately performed. Specifically, since the EGR gas amount can be appropriately grasped, the intake air amount control and the fuel injection control can be accurately performed in consideration of the EGR gas amount.
<EGR率マップ>
次に、本発明の実施形態によるEGR率マップについて説明する。このEGR率マップは、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて設定すべきEGR率が対応付けられたマップであり、図5のEGR制御処理におけるステップS202において、目標EGR率を設定するときに参照されるものである。以下では、EGR率マップに規定された、エンジン回転数及びエンジン負荷とEGR率との関係の典型的な傾向について説明する。
<EGR rate map>
Next, the EGR rate map according to the embodiment of the present invention will be described. This EGR rate map is a map in which the EGR rate to be set according to the engine speed and the engine load is associated, and is referred to when setting the target EGR rate in step S202 in the EGR control process of FIG. Is. Below, the typical tendency of the relationship between the engine speed and the engine load and the EGR rate defined in the EGR rate map will be described.
まず、図7を参照して、本発明の実施形態によるEGR率マップに規定された、エンジン負荷とEGR率との関係について説明する。図7は、EGR率マップに関して、同一のエンジン回転数で見たときのエンジン負荷(横軸)とEGR率(縦軸)との関係を示すグラフである。   First, with reference to FIG. 7, the relationship between the engine load and the EGR rate defined in the EGR rate map according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the engine load (horizontal axis) and the EGR rate (vertical axis) when viewed at the same engine speed with respect to the EGR rate map.
図7に示すように、本実施形態では、高負荷域R11(第1領域)と、この高負荷域R11よりも低負荷側の中負荷域R12(第2領域)とにおいて、EGR率が0よりも大きな値に設定され、EGR装置26によってEGRガスを導入するようにEGR率マップが規定されている。また、同一のエンジン回転数で見たときに、高負荷域R11では中負荷域R12よりもEGR率が小さくなるようにEGR率マップが規定されている。この高負荷域R11は、ターボ過給機4による過給域に含まれる。他方で、中負荷域R12よりも低負荷側の低負荷域R13(第3領域)では、EGR率がほぼ0に設定され、EGR装置26によってEGRガスを導入しないようにEGR率マップが規定されている。   As shown in FIG. 7, in this embodiment, the EGR rate is 0 in the high load region R11 (first region) and the medium load region R12 (second region) on the lower load side than the high load region R11. The EGR rate map is defined so that EGR gas is introduced by the EGR device 26. Further, the EGR rate map is defined so that the EGR rate is smaller in the high load range R11 than in the medium load range R12 when viewed at the same engine speed. The high load region R11 is included in the supercharging region by the turbocharger 4. On the other hand, in the low load region R13 (third region) on the lower load side than the medium load region R12, the EGR rate is set to almost zero, and the EGR rate map is defined by the EGR device 26 so as not to introduce the EGR gas. ing.
図7に示すようにEGR率マップを規定している理由は以下の通りである。基本的には、EGRガスを導入すると、吸気圧(インマニ圧力)が上昇すると共に排気圧が下降するので、ポンピングロスを低減することができ、燃費を改善することができる。また、高負荷域においてEGRガスを導入すると、冷却されたEGRガスによってエンジン10の圧縮混合気の温度を低下させることができ、ノッキングを抑制することができる。更に、高負荷域においてEGRガスを導入すると、冷却されたEGRガスによって燃焼温度を低下させて、エンジン10の温度(特にエンジン10のボア間(気筒間の部材)の温度)を低下させることができる。加えて、高負荷域においてEGRガスを導入すると、排気温度が低下するので、エンジン10における熱害を抑制するための燃料噴射量の増量を低減することができる。   The reason why the EGR rate map is defined as shown in FIG. 7 is as follows. Basically, when EGR gas is introduced, the intake pressure (intake manifold pressure) increases and the exhaust pressure decreases, so that the pumping loss can be reduced and the fuel consumption can be improved. In addition, when EGR gas is introduced in a high load region, the temperature of the compressed air-fuel mixture of the engine 10 can be lowered by the cooled EGR gas, and knocking can be suppressed. Further, when EGR gas is introduced in a high load region, the combustion temperature is lowered by the cooled EGR gas, and the temperature of the engine 10 (particularly, the temperature between the bores of the engine 10 (members between the cylinders)) may be lowered. it can. In addition, when the EGR gas is introduced in the high load region, the exhaust gas temperature is lowered, so that an increase in the fuel injection amount for suppressing heat damage in the engine 10 can be reduced.
このようなことから、高負荷域においてEGRガスを導入することが望ましいと言える。しかしながら、エンジン負荷が高くなるとノッキングを抑制するために点火時期を遅角させていくが(図4参照)、そのように燃焼が不安定になりやすい高負荷域において多量のEGRガスを導入すると、燃焼が一層不安定になりやすく、トルク変動が生じてしまう。加えて、高負荷高回転域においては空燃比をリッチにするため、燃焼が更に不安定になりやすい。したがって、本実施形態では、高負荷域R11においてEGRガスを導入するが、高負荷域R11において導入するEGRガス量をある程度制限するようにしている、具体的には高負荷域R11では中負荷域R12よりもEGR率を小さくしている(図7参照)。   Therefore, it can be said that it is desirable to introduce EGR gas in a high load range. However, when the engine load increases, the ignition timing is retarded to suppress knocking (see FIG. 4). However, when a large amount of EGR gas is introduced in a high load region where combustion is likely to become unstable, Combustion is more likely to become unstable, resulting in torque fluctuations. In addition, since the air-fuel ratio is made rich in the high-load high-rotation region, combustion tends to become more unstable. Therefore, in this embodiment, EGR gas is introduced in the high load range R11, but the amount of EGR gas introduced in the high load range R11 is limited to some extent. Specifically, in the high load range R11, the medium load range is set. The EGR rate is made smaller than R12 (see FIG. 7).
これにより、高負荷域R11においてEGRガスの導入を適切に確保して、エンジン10の温度(ボア間温度など)の低下や熱害抑制のための燃料増量の低減などを適切に実現しつつ、高負荷域R11でのEGRガス量をある程度抑えることにより(具体的には高負荷域R11でのEGR率を中負荷域R12よりも小さくする)、EGRガス導入によって引き起こされるエンジン出力の低下や燃焼安定性の悪化を適切に抑制することができる。更に、中負荷域R12において比較的多量のEGRガスを導入することで、ポンピングロスを確実に低減して、燃費を効果的に改善することが可能となる。加えて、そのようなEGRガスの導入によりノッキングを抑制することができ、その結果、ノッキング抑制のための点火時期の遅角を緩和することができる、つまり、EGRガスを導入しない場合よりも点火時期を進角させることができる。これによっても燃費を改善することが可能となる。   As a result, while appropriately introducing the EGR gas in the high load region R11, appropriately reducing the temperature of the engine 10 (such as the temperature between the bores) and reducing the amount of fuel to suppress thermal damage, By suppressing the amount of EGR gas in the high load region R11 to some extent (specifically, making the EGR rate in the high load region R11 smaller than that in the medium load region R12), the engine output is reduced or burned due to the introduction of EGR gas. Deterioration of stability can be appropriately suppressed. Further, by introducing a relatively large amount of EGR gas in the medium load region R12, it is possible to reliably reduce the pumping loss and effectively improve the fuel consumption. In addition, knocking can be suppressed by introducing such EGR gas, and as a result, the retard of the ignition timing for suppressing knocking can be mitigated, that is, ignition can be performed more than when EGR gas is not introduced. The time can be advanced. This also makes it possible to improve fuel efficiency.
他方で、本実施形態では、ターボ過給機4による過給域においても、上記したようなEGRガスを導入するメリットの観点から、具体的にはノッキング抑制や熱負荷軽減や燃料増量の低減などの効果を得るべく、EGRガスを導入するようにする。本実施形態では、少なくとも高負荷域においてターボ過給機4による過給を実施するようにしており、ターボ過給機4による過給域に上記した高負荷域R11が含まれるので、過給域においてはEGR率マップに従ってEGRガスが導入されることとなる。ここで、本実施形態では、このような過給域としての高負荷域R11においてEGRガスを適切に導入できるようにEGR装置26を構成している。具体的には、本実施形態では、過給域において多量のEGRガスを導入できるように、EGR装置26のEGR通路27などを比較的大きなサイズに構成している。そのようにEGR装置26を構成した場合、低負荷域R13においてEGRガスを導入させようとすると適切なEGR制御を行うことが困難となる、つまりEGR率の制御性を確保することが困難となる。具体的には、運転状態の変化によりEGR率が大きく変化して、燃焼が不安定になったり、エミッションが悪化したりする。   On the other hand, in the present embodiment, in the turbocharger 4 turbocharger as well, from the viewpoint of the merits of introducing the EGR gas as described above, specifically, knocking suppression, thermal load reduction, fuel increase reduction, etc. In order to obtain the above effect, EGR gas is introduced. In the present embodiment, supercharging by the turbocharger 4 is performed at least in the high load region, and the supercharge region by the turbocharger 4 includes the above-described high load region R11. In this case, EGR gas is introduced according to the EGR rate map. Here, in the present embodiment, the EGR device 26 is configured so that the EGR gas can be appropriately introduced in such a high load region R11 as the supercharging region. Specifically, in this embodiment, the EGR passage 27 of the EGR device 26 and the like are configured to have a relatively large size so that a large amount of EGR gas can be introduced in the supercharging region. When the EGR device 26 is configured in such a manner, it is difficult to perform appropriate EGR control when it is attempted to introduce EGR gas in the low load region R13, that is, it is difficult to ensure controllability of the EGR rate. . Specifically, the EGR rate changes greatly due to a change in the operating state, and the combustion becomes unstable or the emission deteriorates.
したがって、本実施形態では、低負荷域R13においてEGRガスを導入しないようにした(図7参照)。この場合、低負荷域R13においてEGRガスを導入しないと、ポンピングロスを低減できなくなる。そのため、本実施形態では、低負荷域R13において、EGRガスを導入しない代わりに、エンジンの吸気バルブ12及び排気バルブ17の開閉時期を制御することで、ポンピングロスを低減するようにする。   Therefore, in this embodiment, EGR gas is not introduced in the low load region R13 (see FIG. 7). In this case, the pumping loss cannot be reduced unless EGR gas is introduced in the low load region R13. Therefore, in this embodiment, in the low load region R13, the pumping loss is reduced by controlling the opening / closing timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 of the engine instead of introducing the EGR gas.
図8及び図9を参照して、本発明の実施形態において行われる、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングの制御について具体的に説明する。図8は、横軸にクランク角を示し、縦軸にバルブリフト量を示しており、クランク角に応じた排気バルブ17の動作(グラフG11参照)と、クランク角に応じた吸気バルブ12の動作(グラフG12参照)とを重ねて示している。図9では、エンジン負荷に応じて吸気バルブ12の動作タイミングを規定したマップを(a)に示し、エンジン負荷に応じて排気バルブ17の動作タイミングを規定したマップを(b)に示している。   With reference to FIG. 8 and FIG. 9, the control of the operation timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 performed in the embodiment of the present invention will be specifically described. FIG. 8 shows the crank angle on the horizontal axis and the valve lift on the vertical axis. The operation of the exhaust valve 17 according to the crank angle (see graph G11) and the operation of the intake valve 12 according to the crank angle. (See graph G12). In FIG. 9, a map defining the operation timing of the intake valve 12 according to the engine load is shown in (a), and a map defining the operation timing of the exhaust valve 17 according to the engine load is shown in (b).
吸気バルブ12は、図9(a)に示すマップの動作タイミングに従って、可変吸気バルブ機構18を介して動作され、排気バルブ17は、図9(b)に示すマップの動作タイミングに従って、可変排気バルブ機構19を介して動作される。ここで、吸気バルブ12及び排気バルブ17は、それぞれ、可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19によって、開弁時間(開弁期間の長さ)が固定された状態にて、開弁時期及び閉弁時期の両方が連動して変化される。つまり、動作タイミングが遅角側に設定されると、開弁時期及び閉弁時期の両方が遅角側に設定され、一方で、動作タイミングが進角側に設定されると、開弁時期及び閉弁時期の両方が進角側に設定されることとなる。   The intake valve 12 is operated via the variable intake valve mechanism 18 according to the operation timing of the map shown in FIG. 9A, and the exhaust valve 17 is the variable exhaust valve according to the operation timing of the map shown in FIG. 9B. It is operated via the mechanism 19. Here, the intake valve 12 and the exhaust valve 17 are respectively opened in a state in which the valve opening time (the length of the valve opening period) is fixed by the variable intake valve mechanism 18 and the variable exhaust valve mechanism 19. Both valve closing times are changed in conjunction. That is, when the operation timing is set to the retarded angle side, both the valve opening timing and the valve closing timing are set to the retarded angle side, while when the operation timing is set to the advance angle side, the valve opening timing and Both valve closing timings are set to the advance side.
図9(a)及び(b)に示すように、本実施形態では、低負荷域において、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングを遅角側に設定している。これにより、低負荷域において、排気バルブ17の閉弁時期が遅角されると共に(図8中の矢印A11参照)、吸気バルブ12の閉弁時期が遅角される(図8中の矢印A12参照)。本実施形態では、PCM60は、スロットルバルブ6を開き側に制御しつつ、このように吸気バルブ12の閉弁時期を遅角させる。これにより、スロットルバルブ6が開き側にあることでインマニ圧力が確保されてポンピングロスを低減することができると共に、この状態において吸気バルブ12の閉弁時期を遅角側で調整することで吸気の充填量を適切に制御することができる。また、排気バルブ17の閉弁時期を遅角することで、吸気行程において排気バルブ17と吸気バルブ12とのバルブオーバーラップ期間が生じてエンジン10の気筒に内部EGRガスが導入されるため、上記したように外部EGRガスを導入する場合と同様に、ポンピングロスを適切に低減することができる。なお、目標充填量を実現しつつ、ポンピングロスが適切に抑制されるように、吸気バルブ12を介した新気量と排気バルブ17を介した内部EGR量とのバランスなどを考慮して、スロットルバルブ6の開度、吸気バルブ12の閉弁時期及び排気バルブ17の閉弁時期のそれぞれを設定するのがよい。   As shown in FIGS. 9A and 9B, in this embodiment, the operation timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 17 is set to the retard side in the low load region. Thereby, in the low load region, the closing timing of the exhaust valve 17 is retarded (see arrow A11 in FIG. 8), and the closing timing of the intake valve 12 is retarded (arrow A12 in FIG. 8). reference). In the present embodiment, the PCM 60 retards the closing timing of the intake valve 12 in this way while controlling the throttle valve 6 to the open side. As a result, the intake manifold pressure can be ensured by the throttle valve 6 being on the open side, and the pumping loss can be reduced. In this state, the closing timing of the intake valve 12 can be adjusted on the retard side to reduce the intake air pressure. The filling amount can be appropriately controlled. Further, by delaying the closing timing of the exhaust valve 17, a valve overlap period between the exhaust valve 17 and the intake valve 12 occurs in the intake stroke, and the internal EGR gas is introduced into the cylinder of the engine 10. As described above, the pumping loss can be appropriately reduced as in the case of introducing the external EGR gas. In addition, in order to appropriately suppress the pumping loss while realizing the target filling amount, the throttle is adjusted in consideration of the balance between the fresh air amount via the intake valve 12 and the internal EGR amount via the exhaust valve 17. The opening degree of the valve 6, the closing timing of the intake valve 12, and the closing timing of the exhaust valve 17 are preferably set.
次に、図10を参照して、本発明の実施形態によるEGR率マップに規定された、エンジン回転数とEGR率との関係について説明する。具体的には、図10は、EGR率マップに関して、同一のエンジン負荷で見たときのエンジン回転数(横軸)とEGR率(縦軸)との関係を示すグラフである。   Next, with reference to FIG. 10, the relationship between the engine speed and the EGR rate defined in the EGR rate map according to the embodiment of the present invention will be described. Specifically, FIG. 10 is a graph showing the relationship between the engine speed (horizontal axis) and the EGR rate (vertical axis) when viewed at the same engine load with respect to the EGR rate map.
図10に示すように、本実施形態では、同一のエンジン負荷で見たときに、エンジン回転数が大きくなるほど、EGR率を大きくするようにEGR率マップが規定されている。また、本実施形態では、エンジン回転数が所定値N1以上の領域では、エンジン回転数によらずにEGR率がほぼ一定になるようにEGR率マップが規定されている。   As shown in FIG. 10, in this embodiment, when viewed at the same engine load, the EGR rate map is defined so that the EGR rate increases as the engine speed increases. In the present embodiment, the EGR rate map is defined so that the EGR rate is substantially constant regardless of the engine speed in the region where the engine speed is equal to or greater than the predetermined value N1.
図10に示すようにEGR率マップを規定している理由は以下の通りである。エンジン10の低回転域では、排気ガス量が少ないため排気圧が低くなるので、エミッションなどの観点から、EGRガス量を少なくするのが望ましい。一方で、エンジン回転数が高くなると、排気ガス量が多くなり排気圧が高くなるので、EGRガス量を増加させることができる。したがって、本実施形態では、エンジン回転数が大きくなるほど、EGR率を大きくしている(図10参照)。こうすることで、高回転域では、EGRガスの導入による燃費改善効果や熱負荷軽減効果を向上させることができ、一方で、低回転域では、EGR率を小さくするので、EGRガスの導入によって引き起こされるエミッションの悪化などを抑制することができる。   The reason why the EGR rate map is defined as shown in FIG. 10 is as follows. In the low speed range of the engine 10, since the exhaust gas amount is small and the exhaust pressure is low, it is desirable to reduce the EGR gas amount from the viewpoint of emissions and the like. On the other hand, when the engine speed increases, the amount of exhaust gas increases and the exhaust pressure increases, so that the amount of EGR gas can be increased. Therefore, in this embodiment, the EGR rate is increased as the engine speed increases (see FIG. 10). By doing so, the fuel efficiency improvement effect and the thermal load reduction effect by the introduction of EGR gas can be improved in the high rotation region, while the EGR rate is reduced in the low rotation region. Deterioration of the emission caused can be suppressed.
他方で、エンジン回転数が所定値N1以上の高回転域では、運転状態の変化によりEGR率が大きく変化するため、EGR率の制御性が低下する傾向にある。具体的には、EGR制御における制御値と実際の値とのずれが生じ、空燃比が変動してエミッションが悪化したり、燃焼が不安定になったりする。したがって、本実施形態では、エンジン回転数が所定値N1以上の領域では、エンジン回転数によらずにEGR率をほぼ一定にしている(図10参照)。こうすることで、エンジン回転数が所定値N1以上の領域において、EGRガスの導入による燃費改善効果や熱負荷軽減効果を確保しつつ、EGR率の制御性を確保してエミッションや燃焼安定性の悪化を適切に抑制することができる。   On the other hand, in the high engine speed range where the engine speed is equal to or greater than the predetermined value N1, the controllability of the EGR rate tends to decrease because the EGR rate changes greatly due to changes in the operating state. Specifically, a deviation between the control value in the EGR control and the actual value occurs, the air-fuel ratio fluctuates, the emission deteriorates, and the combustion becomes unstable. Therefore, in the present embodiment, in the region where the engine speed is equal to or greater than the predetermined value N1, the EGR rate is made substantially constant regardless of the engine speed (see FIG. 10). In this way, in the region where the engine speed is greater than or equal to the predetermined value N1, the control of the EGR rate is ensured to ensure the emission and combustion stability while ensuring the fuel efficiency improvement effect and the thermal load reduction effect by introducing the EGR gas. Deterioration can be appropriately suppressed.
なお、図10に示すように、低回転域では、具体的にはアイドル回転数付近の低回転域では、EGR率がほぼ0に設定されている。このような回転域は使用頻度が低いため、EGRガスを導入するメリットを得るよりもEGRガスを導入するデメリット(エミッションや燃焼安定性の悪化)を回避すべく、EGRガスを導入しないようにしている。   As shown in FIG. 10, in the low rotation range, specifically, in the low rotation range near the idle rotation number, the EGR rate is set to almost zero. Since such a rotation region is less frequently used, avoid introducing the EGR gas in order to avoid the disadvantages of introducing the EGR gas (deterioration of emission and combustion stability) rather than obtaining the advantage of introducing the EGR gas. Yes.
次に、図11を参照して、本発明の実施形態によるEGR率マップに規定された、EGRガスの導入を制限するためのエンジン負荷(EGR導入制限負荷)について説明する。本実施形態では、EGR率マップ上にエンジン回転数に応じたEGR導入制限負荷を規定し、エンジン負荷が当該EGR導入制限負荷以上である領域においてEGRガスの導入を制限するようにしている。図11は、EGR率マップに規定された、エンジン回転数(横軸)とEGR導入制限負荷(縦軸)との関係を示すグラフである。   Next, an engine load (EGR introduction restriction load) for restricting the introduction of EGR gas, which is defined in the EGR rate map according to the embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an EGR introduction restriction load corresponding to the engine speed is defined on the EGR rate map, and the introduction of EGR gas is restricted in a region where the engine load is equal to or greater than the EGR introduction restriction load. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the engine speed (horizontal axis) and the EGR introduction restriction load (vertical axis) defined in the EGR rate map.
図11に示すように、本実施形態では、エンジン負荷がEGR導入制限負荷以上の領域ではEGRガスを導入しないようにし(この場合「EGR率=0」に設定される)、エンジン負荷がEGR導入制限負荷未満の領域においてEGRガスを導入するように(この場合EGR率が0よりも大きな値に設定される)、EGR率マップが規定されている。また、本実施形態では、エンジン回転数が大きくなるほど、EGR導入制限負荷が大きくなるように、EGR率マップが規定されている。そのため、エンジン回転数が大きくなると、EGRガスの導入の制限が緩和されて、EGRガスが導入される負荷域が広くなっていく。   As shown in FIG. 11, in the present embodiment, EGR gas is not introduced in an area where the engine load is equal to or greater than the EGR introduction restriction load (in this case, “EGR rate = 0” is set), and the engine load is EGR introduction. An EGR rate map is defined so that EGR gas is introduced in a region below the limit load (in this case, the EGR rate is set to a value larger than 0). In the present embodiment, the EGR rate map is defined so that the EGR introduction restriction load increases as the engine speed increases. Therefore, when the engine speed increases, the restriction on the introduction of EGR gas is relaxed, and the load range into which EGR gas is introduced becomes wider.
図11に示すようにEGR率マップを規定している理由は以下の通りである。特にターボ過給機4による過給を行う低回転高負荷域では、排気圧がインマニ圧よりも相対的に低い状態となって、EGRガスを導入するとEGRガスが逆流してしまう場合がある。そのため、低回転域では、エンジン負荷に対して制限を課した上でEGRガスを導入することが望ましい、つまりエンジン負荷がある負荷未満である領域(具体的には過給域でない領域)でのみEGRガスを導入することが望ましい。一方で、エンジン回転数が高くなると、排気ガス量が多くなり排気圧が高くなるため、上記のようなEGRガスの逆流が生じにくくなるので、EGRガスを導入するときにエンジン負荷に対して課す制限を緩和するのが望ましい、つまりEGRガスを導入するエンジン負荷の領域を広げることが望ましい。したがって、本実施形態では、エンジン回転数が大きくなるほど、EGR導入制限負荷を大きくしている。このようなEGR導入制限負荷を用いることで、低回転域では、EGR導入制限負荷によってEGRガスの導入を制限して、EGRガスの逆流や、EGRガスの導入に起因するエミッションの悪化などを抑制することができ、高回転域では、そのようなEGRガスの導入の制限を緩和して、過給域(高負荷域)でも適切にEGRガスを導入することができ、燃費改善効果や熱負荷軽減効果を得ることができる。   The reason why the EGR rate map is defined as shown in FIG. 11 is as follows. In particular, in a low-rotation and high-load region where supercharging by the turbocharger 4 is performed, the exhaust pressure may be relatively lower than the intake manifold pressure, and when EGR gas is introduced, the EGR gas may flow backward. For this reason, it is desirable to introduce EGR gas after imposing restrictions on the engine load in the low engine speed range, that is, only in a region where the engine load is less than a certain load (specifically, a region that is not a supercharging region). It is desirable to introduce EGR gas. On the other hand, when the engine speed increases, the amount of exhaust gas increases and the exhaust pressure increases, so that the backflow of EGR gas as described above is less likely to occur. Therefore, when EGR gas is introduced, it is imposed on the engine load. It is desirable to relax the restriction, that is, to widen the area of the engine load that introduces EGR gas. Therefore, in this embodiment, the EGR introduction restriction load is increased as the engine speed increases. By using such EGR introduction restriction load, the introduction of EGR gas is restricted by the EGR introduction restriction load in the low rotation range, and the backflow of EGR gas and the deterioration of emission caused by the introduction of EGR gas are suppressed. In the high rotation range, the restriction on the introduction of such EGR gas can be relaxed, and the EGR gas can be introduced appropriately even in the supercharging range (high load range). A reduction effect can be obtained.
<作用効果>
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。
<Effect>
Next, functions and effects of the engine control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
本実施形態によれば、検出したEGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧と、推定したEGRバルブ上流温度とに基づき、エンジンの運転状態に応じた目標EGR率を実現する目標EGRバルブ開度を求めるので、EGRバルブ開度を適切に制御して目標EGR率を精度良く実現することができる。具体的には、本実施形態によれば、EGR率(EGRガス量)の制御性と外乱に対するロバスト性を向上させることができる。また、本実施形態によれば、EGR制御と他の制御との協調制御を適切に行うことができる。具体的には、EGRガス量を適切に把握できるので、このEGRガス量を考慮して吸気量制御や燃料噴射制御を精度良く行うことができる。   According to this embodiment, based on the detected EGR valve upstream pressure and EGR valve downstream pressure and the estimated EGR valve upstream temperature, the target EGR valve opening degree that achieves the target EGR rate according to the operating state of the engine is obtained. Therefore, the target EGR rate can be accurately realized by appropriately controlling the EGR valve opening. Specifically, according to the present embodiment, the controllability of the EGR rate (EGR gas amount) and the robustness against disturbance can be improved. Further, according to the present embodiment, cooperative control between EGR control and other controls can be appropriately performed. Specifically, since the EGR gas amount can be appropriately grasped, the intake air amount control and the fuel injection control can be accurately performed in consideration of the EGR gas amount.
特に、本実施形態によれば、検出したEGRバルブ上流圧及びEGRバルブ下流圧と、推定したEGRバルブ上流温度に応じたEGRバルブ29の上流側のガスの密度とに基づき、ベルヌーイの定理に従って、目標EGR率を実現する目標EGRバルブ開度を精度良く求めることができる。   In particular, according to this embodiment, based on the detected EGR valve upstream pressure and EGR valve downstream pressure and the gas density upstream of the EGR valve 29 according to the estimated EGR valve upstream temperature, according to Bernoulli's theorem, The target EGR valve opening degree that achieves the target EGR rate can be obtained with high accuracy.
また、本実施形態によれば、EGRガスがEGRバルブ29に到達するまでの間に行った熱交換によるEGRガスの温度低下に基づいて、EGRバルブ上流温度を精度良く求めることができる。   Further, according to the present embodiment, the EGR valve upstream temperature can be accurately obtained based on the temperature drop of the EGR gas due to the heat exchange performed until the EGR gas reaches the EGR valve 29.
また、本実施形態によれば、EGRクーラ28とEGRバルブ29との間のEGRガスの圧力(つまりEGRバルブ29の直上流側の圧力)をEGRバルブ上流圧として用いて目標EGRバルブ開度を求めるので、目標EGR率を実現する目標EGRバルブ開度をより精度良く求めることができる。   Further, according to the present embodiment, the target EGR valve opening degree is set by using the pressure of the EGR gas between the EGR cooler 28 and the EGR valve 29 (that is, the pressure immediately upstream of the EGR valve 29) as the EGR valve upstream pressure. Therefore, the target EGR valve opening degree that achieves the target EGR rate can be determined more accurately.
また、本実施形態では、過給域においてEGRガスを導入し、この過給域において上記のようにして求めた目標EGRバルブ開度を適用してEGR制御を行うので、過給域においてノッキング抑制や熱負荷軽減や燃料増量の低減などを適切に実現することができる。   In the present embodiment, EGR gas is introduced in the supercharging region, and EGR control is performed by applying the target EGR valve opening obtained as described above in the supercharging region, so that knocking suppression is suppressed in the supercharging region. In addition, it is possible to appropriately realize reduction of heat load and reduction of fuel increase.
<変形例>
上記した実施形態では、低負荷域R13においてEGR率をほぼ0に設定してEGRガスを導入しないようにしたが(図7参照)、低負荷域R13においてEGR率を0に設定せずに少量のEGRガス(高負荷域R11及び中負荷域R12よりも小さな流量のEGRガス)を導入してもよい。
<Modification>
In the above-described embodiment, the EGR rate is set to approximately 0 in the low load region R13 so that EGR gas is not introduced (see FIG. 7), but the EGR rate is not set to 0 in the low load region R13 and a small amount. EGR gas (EGR gas having a smaller flow rate than the high load region R11 and the medium load region R12) may be introduced.
また、上記した実施形態では、エンジン回転数が所定値N1以上の領域では、エンジン回転数によらずにEGR率をほぼ一定に設定していたが(図10参照)、エンジン回転数に応じてEGR率を大きくしてもよい。その場合、エンジン回転数が所定値N1以上の領域では、エンジン回転数が所定値N1未満の領域よりも、エンジン回転数に応じたEGR率の変化度合い(エンジン回転数の上昇に応じたEGR率の増加率)が小さくなるように、EGR率マップを規定すればよい。   In the above-described embodiment, the EGR rate is set to be almost constant regardless of the engine speed in the region where the engine speed is equal to or greater than the predetermined value N1 (see FIG. 10). The EGR rate may be increased. In this case, in the region where the engine speed is equal to or greater than the predetermined value N1, the degree of change in the EGR rate according to the engine speed (EGR rate according to the increase in the engine speed) is greater than in the region where the engine speed is less than the predetermined value N1. The EGR rate map may be defined so that the increase rate of the
また、上記した実施形態では、エンジン回転数に基づきEGR導入制限負荷を設定していたが、エンジン回転数以外のパラメータに基づき、具体的には排気ガス量を表すパラメータに基づき、EGR導入制限負荷を設定してもよい。   In the embodiment described above, the EGR introduction restriction load is set based on the engine speed. However, based on parameters other than the engine speed, specifically, based on a parameter representing the exhaust gas amount, the EGR introduction restriction load is set. May be set.
1 吸気通路
4 ターボ過給機
4a コンプレッサ
4b タービン
6 スロットルバルブ
10 エンジン
12 吸気バルブ
13 燃料噴射弁
14 点火プラグ
17 排気バルブ
25 排気通路
26 EGR装置
27 EGR通路
28 EGRクーラ
29 EGRバルブ
45、49 圧力センサ
60 PCM
100 エンジンシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intake passage 4 Turbocharger 4a Compressor 4b Turbine 6 Throttle valve 10 Engine 12 Intake valve 13 Fuel injection valve 14 Spark plug 17 Exhaust valve 25 Exhaust passage 26 EGR device 27 EGR passage 28 EGR cooler 29 EGR valve 45, 49 Pressure sensor 60 PCM
100 engine system

Claims (4)

  1. エンジンの制御装置であって、
    排気通路内の排気ガスをEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR通路と、EGR通路を通過するEGRガス量を調整するEGRバルブと、を備え、少なくともエンジンの冷却水によってEGRガスが冷却されるEGR装置と、
    EGRバルブの上流側のガスの圧力であるEGRバルブ上流圧を検出する上流圧検出手段と、
    EGRバルブの下流側のガスの圧力であるEGRバルブ下流圧を検出する下流圧検出手段と、
    EGRバルブの上流側のガスの温度であるEGRバルブ上流温度を推定する上流温度推定手段と、
    エンジンの運転状態に基づいて、EGR装置によって還流させるEGRガスの目標EGR率を設定して、この目標EGR率に応じてEGRバルブを制御するEGR制御手段と、を有し、
    上記上流温度推定手段は、EGRガスがEGR通路を流れるときに、このEGR通路の壁面から少なくとも上記冷却水へと熱が伝わり、EGRガスの温度が低下する現象をモデル化した熱交換モデルを用いて、EGR通路によってEGRガスを取り出す部分での温度であるEGRガス取り出し部温度から、上記EGRバルブ上流温度を推定し、
    上記EGR制御手段は、上記EGRバルブ上流圧と、上記EGRバルブ下流圧と、上記EGRバルブ上流温度とに基づき、上記目標EGR率を実現するEGRバルブの目標開度を求め、この目標開度にEGRバルブを設定する制御を行
    上記熱交換モデルは、EGR通路を熱伝達係数に基づき複数に分割した経路のそれぞれについて規定される、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
    An engine control device,
    An EGR passage that recirculates exhaust gas in the exhaust passage as EGR gas to the intake passage, and an EGR valve that adjusts the amount of EGR gas that passes through the EGR passage, and at least the EGR gas is cooled by engine cooling water Equipment,
    An upstream pressure detecting means for detecting an upstream pressure of the EGR valve, which is a gas pressure upstream of the EGR valve;
    A downstream pressure detecting means for detecting an EGR valve downstream pressure which is a gas pressure downstream of the EGR valve;
    Upstream temperature estimation means for estimating an EGR valve upstream temperature, which is the temperature of the gas upstream of the EGR valve;
    EGR control means for setting a target EGR rate of EGR gas to be recirculated by the EGR device based on the operating state of the engine and controlling the EGR valve according to the target EGR rate,
    The upstream temperature estimation means uses a heat exchange model that models a phenomenon in which when EGR gas flows through the EGR passage, heat is transferred from the wall surface of the EGR passage to at least the cooling water, and the temperature of the EGR gas decreases. Then, the EGR valve upstream temperature is estimated from the EGR gas extraction part temperature, which is the temperature at the part where the EGR gas is extracted by the EGR passage,
    The EGR control means obtains a target opening of the EGR valve that achieves the target EGR rate based on the EGR valve upstream pressure, the EGR valve downstream pressure, and the EGR valve upstream temperature, and sets the target opening to the target opening. have line control to set the EGR valve,
    The engine control device according to claim 1, wherein the heat exchange model is defined for each of a plurality of paths obtained by dividing the EGR passage based on a heat transfer coefficient .
  2. 上記EGR制御手段は、上記EGRバルブ上流圧と、上記EGRバルブ下流圧と、上記EGRバルブ上流温度に応じたEGRバルブの上流側のガスの密度とに基づき、ベルヌーイの定理に従って、EGRバルブの目標開度を求める、請求項1に記載のエンジンの制御装置。   The EGR control means, based on the EGR valve upstream pressure, the EGR valve downstream pressure, and the gas density upstream of the EGR valve according to the EGR valve upstream temperature, in accordance with Bernoulli's theorem, The engine control device according to claim 1, wherein the opening is obtained.
  3. 上記EGR装置は、EGRバルブの上流側のEGR通路上にEGRクーラを備え、
    上記上流圧検出手段は、EGRクーラとEGRバルブとの間のEGRガスの圧力を、上記EGRバルブ上流圧として検出する、請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。
    The EGR device includes an EGR cooler on the EGR passage upstream of the EGR valve,
    The engine control apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the upstream pressure detection means detects the pressure of the EGR gas between the EGR cooler and the EGR valve as the EGR valve upstream pressure.
  4. 吸気通路上に設けられたコンプレッサと排気通路上に設けられたタービンとを備えるターボ過給機を更に備え、
    上記EGR装置のEGR通路は、ターボ過給機のタービンの上流側とターボ過給機のコンプレッサの下流側とに接続され、
    上記EGR制御手段は、ターボ過給機による過給域において、EGR装置によってEGRガスを吸気通路に還流させるようにEGRバルブを制御する、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
    A turbocharger further comprising a compressor provided on the intake passage and a turbine provided on the exhaust passage;
    The EGR passage of the EGR device is connected to the upstream side of the turbine of the turbocharger and the downstream side of the compressor of the turbocharger,
    The engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the EGR control means controls an EGR valve so that EGR gas is recirculated to an intake passage by an EGR device in a supercharging region by a turbocharger. Control device.
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