JPH10212979A - Engine control method - Google Patents

Engine control method

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Publication number
JPH10212979A
JPH10212979A JP9018239A JP1823997A JPH10212979A JP H10212979 A JPH10212979 A JP H10212979A JP 9018239 A JP9018239 A JP 9018239A JP 1823997 A JP1823997 A JP 1823997A JP H10212979 A JPH10212979 A JP H10212979A
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JP
Japan
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exhaust
amount
combustion
engine
cylinder
Prior art date
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Pending
Application number
JP9018239A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinsuke Takahashi
信補 高橋
Toru Watanabe
徹 渡辺
Teruji Sekozawa
照治 瀬古沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP9018239A priority Critical patent/JPH10212979A/en
Publication of JPH10212979A publication Critical patent/JPH10212979A/en
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve controllability of an engine by estimating at least one of quantity of air flowing in a cylinder, exhaust gas recycling rate and oxygen over rate from a detection value of an intake air quantity according to the mathematical model of intake and exhaust system and a combustion reaction formula, and controlling the fuel injection quantity according to the results of estimation. SOLUTION: This engine control method includes an intake system state estimating part 21 for estimating the state related to an intake system such as an air flow, a recycling gas flow and so on, and a combustion system state estimating part 22 for estimating the state related to a combustion system of CO2 component in exhaust or the like. Further, it includes a state estimating part 24 for an exhaust system for estimating the state relates to the exhaust system such as oxygen content in an exhaust pipe or the like and a recycling system state estimating parat 23 for estimating a recycling flow or the like. The quantity of air flowing in a cylinder is estimated from a detection value of an intake air quantity according to the mathematical model of intake and exhaust system and a combustion reaction formula.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジンの
運転状態推定方法に係り、特に、排気ガス再循環がある
時の排気ガス再循環率、および、気筒内酸素過剰率を推
定してエンジンを制御するエンジン制御方法に関する。
また、自動車エンジンの燃焼状態判定方法に係り、特
に、希薄燃焼エンジン(リーンバーンエンジン)におい
て、エンジンが安定燃焼する運転領域(失火しない運転
状態)にあるか否かを判定してエンジンを制御するエン
ジン制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for estimating the operating state of an automobile engine, and more particularly, to an engine for estimating an exhaust gas recirculation rate and a cylinder excess oxygen rate when there is exhaust gas recirculation. The present invention relates to an engine control method for controlling.
In addition, the present invention relates to a method for determining a combustion state of an automobile engine, and particularly to a lean burn engine (lean burn engine) to determine whether or not the engine is in an operation range where stable combustion is performed (an operation state in which a misfire does not occur) and control the engine. It relates to an engine control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】EGR制御(排気ガス再循環制御)に関
する技術として、電子制御ガソリン噴射(山海堂出版)
ページ159からページ161記載されているように、
少量EGRを行う機械式制御装置や大量EGRを行う電
子制御式のものが知られている。電子式では、排気ガス
を再循環する通路に設けられたバルブを、エンジン回転
数やエンジン負荷に応じて、予めプログラムされたバル
ブ開口面積になるように制御する。これにより目標の排
気ガス再循環率を達成している。
2. Description of the Related Art As a technique related to EGR control (exhaust gas recirculation control), electronic control gasoline injection (Sankaido Publishing)
As described from page 159 to page 161,
A mechanical control device for performing a small amount of EGR and an electronic control type for performing a large amount of EGR are known. In the electronic system, a valve provided in a passage for recirculating exhaust gas is controlled to have a pre-programmed valve opening area according to the engine speed and the engine load. This achieves the target exhaust gas recirculation rate.

【0003】気筒内の酸素過剰率に関連する技術とし
て、特開昭61−155641号公報記載の技術が知られてい
る。この方法では、気筒に流入する空気量を推定する技
術が開示されている。推定空気量に基づいて燃焼噴射量
を決定すれば、所定空燃比、すなわち、所定空気過剰率
(排気ガス再循環が無い場合は、酸素過剰率に相当)が
実現されることになる。
[0003] As a technique related to the oxygen excess rate in a cylinder, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. S61-155561 is known. In this method, a technique for estimating the amount of air flowing into a cylinder is disclosed. If the combustion injection amount is determined based on the estimated air amount, a predetermined air-fuel ratio, that is, a predetermined excess air ratio (equivalent to an excess oxygen ratio when there is no exhaust gas recirculation) is realized.

【0004】また、エンジン運転状態とトルク変動に関
する関係が、新・自動車用ガソリンエンジン(山海堂出
版)ページ44から47に記載されている。希薄空燃比
でエンジンを運転させるリーンバーンエンジンでは、空
燃比が所定値を越えてくるとエンンジトルク変動は大き
くなり、さらに大きい空燃比では失火に至る。
Further, the relationship between the engine operating state and the torque fluctuation is described in pages 44 to 47 of a new automobile gasoline engine (Sankaido Shuppan). In a lean burn engine that operates the engine at a lean air-fuel ratio, the engine torque fluctuation increases when the air-fuel ratio exceeds a predetermined value, and a misfire occurs at a higher air-fuel ratio.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、回転
数やエンジン負荷の情報に基づいてエンジン定常運転の
排ガス再循環率は達成するものである。従って、定常状
態の排気ガス再循環率は把握(推定)出来ても過渡状態
の排気ガス再循環率は、精度よく把握(推定)出来ない
という問題がある。
In the above prior art, the exhaust gas recirculation rate in steady operation of the engine is achieved based on information on the number of revolutions and the engine load. Therefore, there is a problem that the exhaust gas recirculation rate in the transient state cannot be accurately grasped (estimated) even though the exhaust gas recirculation rate in the steady state can be grasped (estimated).

【0006】また、従来の気筒流入空気量推定技術によ
り排気ガス再循環が無い場合の気筒内酸素過剰率の把握
(推定)は、可能である。しかしながら、希薄燃焼状態
で排気ガス再循環がある場合には、再循環ガス中に少な
からず酸素が含まれることになる。従って、従来技術に
より推定される酸素過剰率は、再循環ガス中の酸素量分
だけ誤差を含むという問題がある。
Further, it is possible to grasp (estimate) the excess oxygen ratio in the cylinder when there is no exhaust gas recirculation by the conventional cylinder inflow air amount estimation technique. However, if there is exhaust gas recirculation in a lean burn state, the recirculated gas will contain a considerable amount of oxygen. Therefore, there is a problem that the oxygen excess rate estimated by the conventional technique includes an error by the amount of oxygen in the recirculated gas.

【0007】さらに、従来技術では、主に、空燃比に基
づいてエンジンが安定燃焼するか否か(失火しない領域
にあるかどうか)を判定している。しかし、排気ガス再
循環がある場合には、空燃比のほか再循環してくるガス
の量にも少なからず燃焼が影響をうけるため、空燃比の
みでは安定燃焼の判定が精度良く行えないという問題が
ある。また、希薄燃焼時には、再循環してくるガスに酸
素が含まれる。よって、排気ガス再循環がある場合に
は、空燃比よりむしろ、スロットルを通過して気筒に入
る酸素と再循環ガス中の酸素の和と燃料噴射量の比、す
なわち、酸素過剰率により燃焼判別を行うのが妥当と考
えられる。しかしながら、従来技術では、酸素過剰率と
必ずしも対応しない空燃比という量に基づいて燃料判別
を行っているため精度の高い判別は行えないという問題
がある。
Furthermore, in the prior art, it is mainly determined whether or not the engine performs stable combustion (whether or not the engine is in a misfire-free region) based on the air-fuel ratio. However, if there is exhaust gas recirculation, combustion is affected not only by the air-fuel ratio but also by the amount of recirculated gas, so that the determination of stable combustion cannot be made accurately with only the air-fuel ratio. There is. At the time of lean burn, oxygen is contained in the recirculated gas. Therefore, when there is exhaust gas recirculation, combustion determination is made based on the ratio of the sum of oxygen entering the cylinder through the throttle and oxygen in the recirculated gas and the fuel injection amount, that is, the excess oxygen ratio, rather than the air-fuel ratio. Is considered appropriate. However, in the related art, there is a problem that highly accurate determination cannot be performed because the fuel determination is performed based on the amount of the air-fuel ratio that does not necessarily correspond to the oxygen excess ratio.

【0008】本発明の目的は、定常、過渡を問わず排気
ガス再循環率を精度良く推定することにある。本発明の
他の目的は、気筒内の酸素と燃料の比である酸素過剰率
を推定することにある。本発明の更に他の目的は、排気
ガス再循環がある場合にも、エンジンが安定燃焼がする
領域を判定することにある。
An object of the present invention is to accurately estimate an exhaust gas recirculation rate regardless of whether it is stationary or transient. Another object of the present invention is to estimate an oxygen excess ratio, which is a ratio of oxygen and fuel in a cylinder. Still another object of the present invention is to determine a region where the engine performs stable combustion even when there is exhaust gas recirculation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
以下の構成とする。エンジンに吸入される空気量を検出
し、燃料噴射量及び排気管内の燃焼ガスを吸気管へ再循
環する通路に設けられたバルブの開度を制御するエンジ
ン制御方法において、上記検出された空気量から、吸、
排気系の数学モデルと燃焼反応式に基づいて気筒に流入
する空気量および、再循環ガス量の比である排気ガス再
循環率と燃料噴射量の比に相当する酸素過剰率のうち少
なくとも一方を推定し、推定の結果に基づいて、上記燃
料噴射量及び上記バルブの開度を制御することを特徴と
するエンジン制御方法である。
To achieve the above-mentioned object, the following arrangement is provided. An engine control method for detecting an amount of air taken into an engine and controlling a fuel injection amount and an opening degree of a valve provided in a passage for recirculating combustion gas in an exhaust pipe to an intake pipe. From, sucking,
Based on the mathematical model of the exhaust system and the combustion reaction formula, at least one of the amount of air flowing into the cylinder and the oxygen excess ratio corresponding to the ratio of the exhaust gas recirculation rate and the fuel injection amount, which is the ratio of the recirculated gas amount, An engine control method characterized by estimating and controlling the fuel injection amount and the opening degree of the valve based on a result of the estimation.

【0010】この構成により、吸、排気系のモデル、燃
焼系モデルに相当する化学反応式に基づいて、定常過渡
を問わず、気筒への流入空気量の他、再循環ガスの気筒
流入量を推定できる。これにより、過渡の排気ガス再循
環率を精度良く演算、推定できる。
With this configuration, based on the chemical reaction equations corresponding to the intake / exhaust system model and the combustion system model, the amount of air flowing into the cylinder and also the amount of recirculated gas flowing into the cylinder can be determined regardless of steady-state transient. Can be estimated. This makes it possible to accurately calculate and estimate the transient exhaust gas recirculation rate.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1から図12
に基づいて説明する。図1は、本発明のエンジンの運転
状態推定方法、並びに、燃焼状態判別制御方法を電子式
制御ユニットで実現する時の制御系の全体構成図であ
り、4気筒エンジンの場合を示している。本エンジン
は、燃料を直接気筒に供給する筒内噴射エンジンであ
る。制御ユニットは、CPU、RAM、ROM、タイ
マ、I/OLSIを備えている。
1 to 12 show an embodiment of the present invention.
It will be described based on. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a control system when an engine operating state estimating method and a combustion state determining control method of the present invention are realized by an electronic control unit, and shows a case of a four-cylinder engine. This engine is a direct injection engine that supplies fuel directly to a cylinder. The control unit includes a CPU, a RAM, a ROM, a timer, and an I / OLSI.

【0012】I/OLSIには、空気量センサ、スロッ
トルセンサ、水温センサ、酸素センサ、クランク角セン
サ、アクセル角センサ(アクセル踏み込み量検出)、吸
気温センサ、排気温センサ1、2からの信号が出力され
る。また、I/OLSIからは、各気筒に設置された燃
料噴射器、スロットルをその目標値に一致するように制
御するスロットル制御装置への目標開度信号、及び、排
気ガス再循環通路に設けられたバルブ(EGRバルブ)
を駆動するステップモータへのパルス信号が出力され
る。タイマは、CPUに対し所定の周期で割り込み信号
を発生し、CPUはこれに応じてROMに格納された制
御プログラムを実行するようになっている。
The I / OLSI receives signals from an air amount sensor, a throttle sensor, a water temperature sensor, an oxygen sensor, a crank angle sensor, an accelerator angle sensor (accelerator depression amount detection), an intake temperature sensor, and exhaust temperature sensors 1 and 2. Is output. In addition, the I / OLSI provides a fuel injector installed in each cylinder, a target opening signal to a throttle control device that controls the throttle to match its target value, and an exhaust gas recirculation passage. Valve (EGR valve)
A pulse signal is output to a step motor for driving. The timer generates an interrupt signal to the CPU at a predetermined cycle, and the CPU executes a control program stored in the ROM in response to the interrupt signal.

【0013】図2は、本発明のエンジンの運転状態推定
方法のブロック構成図である。空気流量や再循環ガス流
量など吸気系に関する状態を推定する吸気系状態推定
部、燃焼によって生成するCO2成分など燃焼系に関す
る状態を推定する燃焼系状態推定部、排気圧、排気管内
酸素濃度など排気系に関する状態を推定する排気系の状
態推定部、再循環流量などを推定する再循環系状態推定
部の4つの系からなっている。
FIG. 2 is a block diagram showing a method for estimating the operating state of an engine according to the present invention. Intake system state estimator that estimates the state of the intake system such as air flow rate and recirculated gas flow rate, combustion system state estimator that estimates the state of the combustion system such as CO2 component generated by combustion, and exhaust pressure and exhaust pipe oxygen concentration. The system is composed of four systems: an exhaust system state estimating unit for estimating the state of the system, and a recirculation system state estimating unit for estimating the recirculation flow rate.

【0014】これらの推定部への主要入力信号は、図2
に記載のように前述の空気量センサによって計測される
スロットル通過空気量Qat(kg/s)、クランク角
度センサによって検出されるエンジン回転数N(rp
m)、エンジン制御ユニット内のROMに格納された制
御プログラムにより逐次計算されている燃料噴射量Gf
(g/s)、及び、EGRバルブを駆動するステップモ
ータの実ステップ数である。
The main input signals to these estimators are shown in FIG.
As described above, the throttle passing air amount Qat (kg / s) measured by the above-described air amount sensor and the engine speed N (rp) detected by the crank angle sensor.
m), the fuel injection amount Gf sequentially calculated by the control program stored in the ROM in the engine control unit.
(G / s) and the actual number of steps of the step motor that drives the EGR valve.

【0015】また、運転状態を推定する系の出力は、気
筒に入る空気量と再循環流量の比であるEGR率(rE
GR)、及び、気筒内の酸素過剰率λo2である。
The output of the system for estimating the operation state is an EGR rate (rEr) which is a ratio of the amount of air entering the cylinder to the recirculation flow rate.
GR) and the excess oxygen ratio λo2 in the cylinder.

【0016】まず、吸気系状態推定部の処理の内容の詳
細を説明する。吸気系状態推定部では、以下の数学モデ
ルを組み合わせて吸気系に関する各種状態の推定を行っ
ている。
First, the details of the processing of the intake system state estimating unit will be described. The intake system state estimating unit estimates various states related to the intake system by combining the following mathematical models.

【0017】容積効率計算 吸気管内圧推定値Pman、及び、回転数Nをパラメー
タをパラメータにし、図10に示されるテーブルを検索
し、容積効率VOLNを計算する。
Volume Efficiency Calculation Using the estimated intake pipe internal pressure value Pman and the number of revolutions N as parameters, the table shown in FIG. 10 is searched to calculate the volume efficiency VOLN.

【0018】気筒流入量計算 数1から数5を用いて気筒に入る空気量Qaout、再
循環ガス量Qegroutを推定する。これら数式内に
おいて図1の構成では検出されない変数は、本吸気系推
定部、あるいは、他の推定部により推定されている状態
変数であり、計測せずとも利用可能なものである。以下
に示す、他のすべての数式についても同様である。
Calculation of Cylinder Inflow Amount of the air Qaout entering the cylinder and amount of recirculated gas Qegout are estimated using Equations 1 to 5. In these equations, variables that are not detected by the configuration of FIG. 1 are state variables estimated by the intake system estimating unit or other estimating units, and can be used without being measured. The same applies to all other mathematical expressions shown below.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】[0021]

【数3】 (Equation 3)

【0022】[0022]

【数4】 (Equation 4)

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】[0024]

【数6】 (Equation 6)

【0025】ここに、Mavg:吸気管内の気体の平均
分子量、aint:吸気管内の空気のモル数、xin
t:吸気管内のCO2のモル数、yint:吸気管内の
O2モル数、zint:吸気管内のN2モル数、Meg
r:吸気管内の再循環ガスの平均分子量、Mair:空
気の平均分子量、Qallout:気筒へのトータル質
量流量(kg/s)、Qaout:気筒流入空気量(k
g/s)、Qegrout:気筒への再循環ガスの流入
量(kg/s)、N:エンジン回転数(rpm)、Vd
d:エンジン排気量(m3)、Pman:吸気管内圧
(Pa),Pair:吸気管内の空気の分圧(Pa),
Pegr:吸気管内の再循環ガスの分圧(Pa)、R:
気体定数(8.31J/mol・K)、Tm:吸気管内
気体温度(K)、Ta:吸気温度(K)、Texh1:
EGRバルブ位置排気温度(K)、rEGR:目標EG
R率(%)である。
Here, Mavg: average molecular weight of gas in the intake pipe, aint: mole number of air in the intake pipe, xin
t: the number of moles of CO2 in the intake pipe, yint: the number of moles of O2 in the intake pipe, zint: the number of moles of N2 in the intake pipe, Meg
r: average molecular weight of recirculated gas in the intake pipe, Mair: average molecular weight of air, Qallout: total mass flow rate into the cylinder (kg / s), Qaout: airflow into the cylinder (k)
g / s), Qegout: inflow of recirculated gas into cylinder (kg / s), N: engine speed (rpm), Vd
d: engine displacement (m3), Pman: intake pipe internal pressure (Pa), Pair: partial pressure of air in the intake pipe (Pa),
Pegr: partial pressure (Pa) of the recirculated gas in the intake pipe, R:
Gas constant (8.31 J / mol · K), Tm: gas temperature in intake pipe (K), Ta: intake temperature (K), Texh1:
EGR valve position exhaust temperature (K), rEGR: target EG
The R rate (%).

【0026】単位時間モル数移動量計算 数6から数8を用いて、吸気管から燃焼室に単位時間に
移動する再循環ガス中の成分CO2,O2,N2を計算
する。
Calculation of Molar Movement per Unit Time Using Equations 6 to 8, the components CO2, O2, and N2 in the recirculated gas moving per unit time from the intake pipe to the combustion chamber are calculated.

【0027】[0027]

【数7】 (Equation 7)

【0028】[0028]

【数8】 (Equation 8)

【0029】[0029]

【数9】 (Equation 9)

【0030】ここに、ICCO2:単位時間に吸気管か
ら燃焼室に移動するCO2モル数(mol/s)、IC
O2:単位時間に吸気管から燃焼室に移動するO2モル
数(mol/s)、ICN2:単位時間に吸気管から燃
焼室に移動するN2モル数(mol/s)、xint:
吸気管内の再循環ガス中のCO2モル数(mol)、y
int:吸気管内の再循環ガス中のO2モル数(mo
l)、zint:吸気管内の再循環ガス中のN2モル数
(mol)である。
Here, ICCO2: the number of moles of CO2 (mol / s) moving from the intake pipe to the combustion chamber per unit time, IC
O2: Number of moles of O2 (mol / s) moving from the intake pipe to the combustion chamber per unit time, ICN2: Number of moles of N2 (mol / s) moving from the intake pipe to the combustion chamber per unit time, xint:
CO2 mole number (mol) in the recirculated gas in the intake pipe, y
int: O2 mole number (mo) in the recirculated gas in the intake pipe
1), zint: N2 mole number (mol) in the recirculated gas in the intake pipe.

【0031】吸気管内の空気分圧Pair 次の式に基づいて空気分圧を更新する。The air partial pressure Pair in the intake pipe is updated based on the following equation.

【0032】[0032]

【数10】 (Equation 10)

【0033】ここに、dt:圧力更新の時間刻み、V
m:吸気管容積(m3)である。
Here, dt: time step of pressure update, V
m: Intake pipe volume (m3).

【0034】空気モル数aint 次の式に基づいて空気モル数を計算する。Air mole number aint The air mole number is calculated based on the following equation.

【0035】[0035]

【数11】 [Equation 11]

【0036】ここに、Vm:吸気管容積(m3)であ
る。
Here, Vm: intake pipe volume (m3).

【0037】吸気管内の再循環ガス中のCO2、O2、
N2モル数を次の式に基づいて更新する。
CO2 and O2 in the recirculated gas in the intake pipe
The N2 mole number is updated based on the following equation.

【0038】[0038]

【数12】 (Equation 12)

【0039】[0039]

【数13】 (Equation 13)

【0040】[0040]

【数14】 [Equation 14]

【0041】再循環ガス分圧Pegr 次の式に基づいて再循環ガス分圧を計算する。Recirculated gas partial pressure Pegr The recirculated gas partial pressure is calculated based on the following equation.

【0042】[0042]

【数15】 (Equation 15)

【0043】吸気管内圧 次の式に基づいて吸気管内圧を計算する。Intake pipe pressure is calculated based on the following equation.

【0044】[0044]

【数16】 (Equation 16)

【0045】以上が、吸気系状態推定部で用いる数学モ
デルであり、数1から数10の演算を周期的に繰り返す
ことで各状態を推定が可能になる。
The above is the mathematical model used in the intake system state estimating unit. Each state can be estimated by periodically repeating the operations of Equations 1 to 10.

【0046】次に、燃焼系状態推定部の処理の詳細につ
いて説明する。以下の数学モデルにより燃焼系に関する
各状態を推定している。
Next, details of the processing of the combustion system state estimating unit will be described. Each state related to the combustion system is estimated by the following mathematical model.

【0047】単位時間に気筒に流入する燃料モル数mα
(mol/s) 燃料噴射量GF(g/s)から次の式に基づいて計算す
る。
The number of moles of fuel flowing into the cylinder per unit time mα
(Mol / s) It is calculated from the fuel injection amount GF (g / s) based on the following equation.

【0048】[0048]

【数17】 [Equation 17]

【0049】ここに、m,n:燃料組成に関する定数で
m=7、n=13である。
Here, m and n are constants relating to the fuel composition, where m = 7 and n = 13.

【0050】単位時間に気筒に流入する酸素モル数AI
(mol/s) 次の式に基づいて酸素モル数AIを計算する。
Number of moles of oxygen flowing into the cylinder per unit time AI
(Mol / s) The mole number of oxygen AI is calculated based on the following equation.

【0051】[0051]

【数18】 (Equation 18)

【0052】ここに、gamma:空気中の酸素に対す
る窒素の比で3.76である。
Here, gamma: the ratio of nitrogen to oxygen in the air is 3.76.

【0053】行程ごとに気筒に流入する燃料モル数mα
s、酸素モル数AIs、再循環ガス各成分モル数(IC
CO2s、ICO2s、ICN2s)、空気量Qaou
ts、燃料量Gfs 4気筒エンジンを想定しているので、吸気行程を含む上
死点から下死点までの半回転の時間でモル、及び、質量
流量を積分し、行程ごとに気筒に流入する各成分のモル
数、質量を計算する。積分によって得られた値は、どの
気筒が吸気行程にあるのかに対応させて気筒毎に管理す
る。
The number of moles of fuel mα flowing into the cylinder for each stroke
s, number of moles of oxygen AIs, number of moles of each component of recirculated gas (IC
CO2s, ICO2s, ICN2s), Air amount Qau
ts, fuel amount Gfs Since a four-cylinder engine is assumed, the mole and the mass flow rate are integrated in the half-rotation time from the top dead center to the bottom dead center including the intake stroke, and flow into the cylinder for each stroke. Calculate the number of moles and mass of each component. The value obtained by the integration is managed for each cylinder in association with which cylinder is in the intake stroke.

【0054】[0054]

【数19】 [Equation 19]

【0055】[0055]

【数20】 (Equation 20)

【0056】[0056]

【数21】 (Equation 21)

【0057】[0057]

【数22】 (Equation 22)

【0058】[0058]

【数23】 (Equation 23)

【0059】[0059]

【数24】 (Equation 24)

【0060】[0060]

【数25】 (Equation 25)

【0061】[0061]

【数26】 (Equation 26)

【0062】ここに、mαm:気筒に噴射される燃料量
(mol/行程)、AIm:気筒に流入する空気中酸素
量(mol/行程)、ICCO2m:気筒に流入する再
循環ガス中CO2量、ICO2m:気筒に流入する再循
環ガス中CO2量、ICN2m:気筒に流入する再循環
ガス中CO2量、Qaoutm:気筒流入空気量(kg
/行程)、Gfm:気筒内燃料量(kg/行程)、Qe
groutm:気筒に流入する再循環ガス量(kg/行
程)である。
Here, mαm: the amount of fuel injected into the cylinder (mol / stroke), AIm: the amount of oxygen in the air flowing into the cylinder (mol / stroke), ICCO2m: the amount of CO2 in the recirculated gas flowing into the cylinder, ICO2m: the amount of CO2 in the recirculated gas flowing into the cylinder, ICN2m: the amount of CO2 in the recirculated gas flowing into the cylinder, Qaoutm: the amount of air flowing into the cylinder (kg)
/ Stroke), Gfm: fuel amount in cylinder (kg / stroke), Qe
grout: The amount of recirculated gas flowing into the cylinder (kg / stroke).

【0063】EGR率 次の式に基づいてEGR率(%)を演算する。EGR Rate The EGR rate (%) is calculated based on the following equation.

【0064】[0064]

【数27】 [Equation 27]

【0065】酸素過剰率λo2 気筒内の酸素過剰率を気筒内酸素質量/排ガス再循環な
し、ストイキの状態の気筒内酸素量と定義し、次の式に
基づいて酸素過剰率を計算する。
Excess oxygen ratio λo2 The excess oxygen ratio in the cylinder is defined as the amount of oxygen in the cylinder / the amount of oxygen in the cylinder in a stoichiometric state without recirculation of exhaust gas, and the excess oxygen ratio is calculated based on the following equation.

【0066】[0066]

【数28】 [Equation 28]

【0067】燃焼によって生成するCO2,O2,N
2,H2Oのモル数 ここでは、希薄燃焼を仮定している。また、燃焼によっ
て生成したガスの一部(圧縮比11の逆数の値)が気筒
残留すると仮定している。以上の仮定もとで、各気筒に
おいて燃焼によって生成するガス成分は、数29から数
32を用いて次のように計算される。
CO2, O2, N generated by combustion
2, mole number of H2O Here, lean combustion is assumed. It is also assumed that a part of the gas generated by the combustion (a reciprocal value of the compression ratio 11) remains in the cylinder. Under the above assumptions, the gas component generated by combustion in each cylinder is calculated as follows using Equations 29 to 32.

【0068】[0068]

【数29】 (Equation 29)

【0069】[0069]

【数30】 [Equation 30]

【0070】[0070]

【数31】 (Equation 31)

【0071】[0071]

【数32】 (Equation 32)

【0072】ここに、xoi:生成CO2モル数(mo
l),yoi:生成O2モル数(mol)、zoi:生
成N2モル数(mol)、uoi:生成H2Oモル数
(mol)、RCO2i:前回の燃焼における残留CO
2成分(mol)、RO2i:前回の燃焼における残留
CO2成分(mol)、RN2i:前回の燃焼における
残留CO2成分(mol)、RH2Oi:前回の燃焼に
おける残留CO2成分(mol)である。なお、i(1
=1,2,3,4)は気筒番号を表わす。
Here, xoi: generated CO2 mole number (mo
l), yoi: generated O2 mole number (mol), zoi: generated N2 mole number (mol), uoi: generated H2O mole number (mol), RCO2i: residual CO in previous combustion
Two components (mol), RO2i: residual CO2 component (mol) in previous combustion, RN2i: residual CO2 component (mol) in previous combustion, RH2Oi: residual CO2 component (mol) in previous combustion. Note that i (1
= 1, 2, 3, 4) represent cylinder numbers.

【0073】燃焼ガス残留量 生成ガスの一部(圧縮比分の1:1/11)は、気筒に
残留すると仮定する。従って、新たな気筒内残留ガス成
分は、次の式により計算されることになる。
Combustion Gas Residual It is assumed that a part of the produced gas (a compression ratio of 1: 1/11) remains in the cylinder. Therefore, a new cylinder residual gas component is calculated by the following equation.

【0074】[0074]

【数33】 [Equation 33]

【0075】[0075]

【数34】 (Equation 34)

【0076】[0076]

【数35】 (Equation 35)

【0077】[0077]

【数36】 [Equation 36]

【0078】燃焼ガス排出量(mol/行程) 生成ガスの10/11が排気管に排出されるので、排気
行程における各ガス成分の排出量は次のようになる。
Combustion gas emission (mol / stroke) Since 10/11 of the produced gas is exhausted to the exhaust pipe, the emission of each gas component in the exhaust stroke is as follows.

【0079】[0079]

【数37】 (37)

【0080】[0080]

【数38】 (38)

【0081】[0081]

【数39】 [Equation 39]

【0082】[0082]

【数40】 (Equation 40)

【0083】ここに、CO2i:CO2成分排出量、O
2i:O2成分排出量、N2i:N2成分排出量、i:
気筒番号(i=1、2、3、4)である。
Here, CO2i: CO2 component emission amount, O2
2i: O2 component emission, N2i: N2 component emission, i:
The cylinder number (i = 1, 2, 3, 4).

【0084】燃焼ガスモル数移動量(mol/s) 各気筒において排気行程を含む下死点から上死点までの
半回転の間の燃焼ガスが均一に排出されると考え、排気
行程における燃焼ガスの単位時間のモル数排出量(移動
量)は次のようになる。
Movement amount of combustion gas mole number (mol / s) In each cylinder, it is considered that the combustion gas during the half rotation from the bottom dead center to the top dead center including the exhaust stroke is uniformly discharged. The amount of moles discharged per unit time (moving amount) is as follows.

【0085】[0085]

【数41】 [Equation 41]

【0086】[0086]

【数42】 (Equation 42)

【0087】[0087]

【数43】 [Equation 43]

【0088】ここに、CECO2:単位時間に燃焼室か
ら排気管に移動するCO2モル数(mol/s)、CE
O2:単位時間に燃焼室から排気管に移動するO2モル
数(mol/s)、CEN2:単位時間に燃焼室から排
気管に移動するN2モル数(mol/s)、N:エンジ
ン回転数(rpm)である。
Here, CECO2: CO2 mole number (mol / s) moving from the combustion chamber to the exhaust pipe per unit time, CE
O2: number of moles of O2 (mol / s) moving from the combustion chamber to the exhaust pipe per unit time, CEN2: number of moles of N2 (mol / s) moving from the combustion chamber to the exhaust pipe per unit time, N: engine speed ( rpm).

【0089】以上が燃焼系状態推定部で用される数学モ
デルである。吸気系と同様に数17から数43の演算を
周期的に繰り返すことで各状態を推定が可能になる。
The above is the mathematical model used in the combustion system state estimator. As in the case of the intake system, it is possible to estimate each state by periodically repeating the calculations of Formulas 17 to 43.

【0090】次に、再循環系状態推定部の処理の詳細に
ついて説明する。ここでは、状態推定に次の数学モデル
が利用される。
Next, the processing of the recirculation system state estimating section will be described in detail. Here, the following mathematical model is used for state estimation.

【0091】現在のEGRバルブの開口面積 制御ユニット内のEGR制御系が有する現在のステップ
モータステップ数の情報stepをパラメータに図11
のテーブルを検索して現在のEGRバルブ開口面積Ae
grを計算する。
The current EGR valve opening area The current step motor step number information step possessed by the EGR control system in the control unit is used as a parameter in FIG.
To find the current EGR valve opening area Ae
Calculate gr.

【0092】酸素濃度 排気管集合部の酸素濃度を次の式に基づいて計算する。Oxygen Concentration The oxygen concentration in the exhaust pipe collecting section is calculated based on the following equation.

【0093】[0093]

【数44】 [Equation 44]

【0094】ここに、DO2:排気管集合部酸素濃度
(%)、xex:排気管内CO2モル数、yex:排気
管内O2モル数、zex:排気管内N2モル数である。
なお、xex,yex,zexは、排気系状態推定部に
より推定される。
Here, DO2 is the oxygen concentration (%) of the exhaust pipe collecting section, xex is the number of moles of CO2 in the exhaust pipe, yex is the number of O2 moles in the exhaust pipe, and zex is the number of N2 moles in the exhaust pipe.
Note that xex, yex, and zex are estimated by the exhaust system state estimation unit.

【0095】EGRバルブ位置酸素濃度DOegr EGRバルブ位置酸素濃度は、集合部濃度に対し無駄時
間+一次遅れの関係にあると仮定し、次式に基づいて計
算する。
EGR valve position oxygen concentration DOegr The EGR valve position oxygen concentration is calculated based on the following equation, assuming that there is a dead time + first-order lag relationship with the concentration of the collecting portion.

【0096】[0096]

【数45】 [Equation 45]

【0097】ここに、DOegr:EGRバルブ位置酸
素濃度(%)、Ttr:無駄時間(s)、Tc:時定数
(s)。ここでは、Ttr=0.15、Tc=0.3に
固定。なお、これらの変数は、精度を高めるため空気流
量や回転数などの関数としてしてもよい。
Here, DOegr: oxygen concentration (%) of the EGR valve position, Ttr: dead time (s), Tc: time constant (s). Here, Ttr is fixed at 0.15 and Tc is fixed at 0.3. Note that these variables may be functions of the air flow rate, the rotation speed, and the like in order to increase the accuracy.

【0098】修正酸素モル数yexc 数36で計算されたEGRバルブ位置の酸素濃度に基づ
いて、排気管内の修正酸素モル数yexcを次の式に基
づいて計算する。
Based on the oxygen concentration at the EGR valve position calculated by the corrected oxygen mole number yexc (36), the corrected oxygen mole number yexc in the exhaust pipe is calculated based on the following equation.

【0099】[0099]

【数46】 [Equation 46]

【0100】EGRバルブ位置の気体の平均分子量Me
xh1 次の式に基づいて気体の平均分子量を計算する。
The average molecular weight Me of the gas at the position of the EGR valve
xh1 Calculate the average molecular weight of the gas based on the following equation.

【0101】[0101]

【数47】 [Equation 47]

【0102】吸気管への再循環ガス流入量Qegrin 次の式に基づいて再循環ガス流入量を計算する。The amount of recirculated gas flowing into the intake pipe Qegrin The amount of recirculated gas flowing is calculated based on the following equation.

【0103】[0103]

【数48】 [Equation 48]

【0104】ここに、GCDegr:EGRバルブの流
路抵抗係数、Pexh:排気管内圧(Pa)、k:比熱
比(ここでは、1.4に近似)、Texh1:EGRバ
ルブ位置の再循環ガスの温度(K)。但し、関数fは、
次の式を満足するものである。
Here, GCDegr: flow path resistance coefficient of the EGR valve, Pexh: exhaust pipe internal pressure (Pa), k: specific heat ratio (approximately 1.4 here), Texh1: recirculated gas at the position of the EGR valve Temperature (K). Where the function f is
It satisfies the following equation.

【0105】[0105]

【数49】 [Equation 49]

【0106】[0106]

【数50】 [Equation 50]

【0107】排気管から吸気管へ移動する再循環ガスC
O2、O2、N2成分のモル数 次の式に基づいてモル数を計算する。
Recirculated gas C moving from the exhaust pipe to the intake pipe
The number of moles of O2, O2, and N2 components The number of moles is calculated based on the following equation.

【0108】[0108]

【数51】 (Equation 51)

【0109】[0109]

【数52】 (Equation 52)

【0110】[0110]

【数53】 (Equation 53)

【0111】以上が、再循環系状態推定部の状態推定の
ための数学モデルである。
The above is the mathematical model for the state estimation of the recirculation system state estimation unit.

【0112】最後に、排気系状態推定部の処理の詳細に
ついて説明する。この状態推定部では、排気系に関する
数学モデルに基づいて排気圧力などの状態を推定する。
Finally, the details of the processing of the exhaust system state estimating unit will be described. The state estimating unit estimates a state such as an exhaust pressure based on a mathematical model relating to the exhaust system.

【0113】排気管集合部の平均分子量 次式に基づいて平均分子量を推定する。Average Molecular Weight of Exhaust Pipe Assembly The average molecular weight is estimated based on the following equation.

【0114】[0114]

【数54】 (Equation 54)

【0115】ここに、Mexh:平均分子量(kg)で
ある。
Here, Mexh: average molecular weight (kg).

【0116】燃焼ガスの大気への流出量 次式に基づいて流出量を計算する。Outflow of combustion gas into the atmosphere The outflow is calculated based on the following equation.

【0117】[0117]

【数55】 [Equation 55]

【0118】ここに、Qout2:燃焼ガスの大気への
流出量(kg/s)、Pexh:排気圧力(Pa)、P
a:大気圧(Pa)、Mexh:排気管集合部の平均分
子量(kg)、Texh:排気管集合部の気体温度
(K)、Kout:流路抵抗係数である。
Here, Qout2: the amount of combustion gas flowing out into the atmosphere (kg / s), Pexh: the exhaust pressure (Pa), P
a: Atmospheric pressure (Pa), Mexh: Average molecular weight (kg) of the exhaust pipe assembly, Texh: Gas temperature (K) of the exhaust pipe assembly, Kout: Flow resistance coefficient.

【0119】燃焼ガスの大気へのモル流出量 排気管内の燃焼ガスのCO2、O2、N2成分の大気へ
の流出量を次の式に基づいて計算する。
The molar outflow of the combustion gas into the atmosphere The outflow of the CO2, O2, and N2 components of the combustion gas in the exhaust pipe to the atmosphere is calculated based on the following equation.

【0120】[0120]

【数56】 [Equation 56]

【0121】[0121]

【数57】 [Equation 57]

【0122】[0122]

【数58】 [Equation 58]

【0123】ここに、EACO2:排気管内のCO2ガ
スの大気へのモル流出量(mol/s)、EAO2:排
気管内のO2ガスの大気へのモル流出量(mol/
s)、EAN2:排気管内のN2ガスの大気へのモル流
出量(mol/s)である。
Here, EACO2: molar outflow of CO2 gas in the exhaust pipe to the atmosphere (mol / s), EAO2: molar outflow of O2 gas in the exhaust pipe to the atmosphere (mol / s)
s), EAN2: molar outflow (mol / s) of N2 gas into the atmosphere in the exhaust pipe.

【0124】排気管内の燃焼ガス中のCO2、O2、N
2の各成分のモル数 次の式に基づいて排気管内のCO2、O2、N2のモル
数を更新する。
CO2, O2, N in the combustion gas in the exhaust pipe
The number of moles of each component of 2 The number of moles of CO2, O2, N2 in the exhaust pipe is updated based on the following equation.

【0125】[0125]

【数59】 [Equation 59]

【0126】[0126]

【数60】 [Equation 60]

【0127】[0127]

【数61】 [Equation 61]

【0128】ここに、xex:排気管内のCO2モル数
(mol)、yex:排気管内のO2モル数(mo
l)、zex:排気管内のN2モル数(mol)、d
t:時間刻みである。
Here, xex: CO2 mole number (mol) in the exhaust pipe, yex: O2 mole number (mo) in the exhaust pipe
l), zex: N2 mole number (mol) in exhaust pipe, d
t: Time increment.

【0129】排気管内圧力 次の理想気体の状態方程式に基づいて排気管内圧力を計
算する。
Exhaust Pipe Pressure The exhaust pipe pressure is calculated based on the following equation of state of ideal gas.

【0130】[0130]

【数62】 (Equation 62)

【0131】ここに、Texh:排気管内の集合部の気
体温度(K)、Vexh:排気管容積(m3)、R:気
体定数(J/mol・K)である。
Here, Texh: gas temperature (K) of the collecting portion in the exhaust pipe, Vexh: exhaust pipe volume (m3), R: gas constant (J / mol · K).

【0132】以上が排気系状態推定部の数学モデルであ
り、数54から数62による計算を所定周期でくり返し
行うことで数式内の各変数を推定が可能になる。以上
が、図2のブロック図で表わされるエンジンの運転状態
推定方法の処理の内容である。
The above is the mathematical model of the exhaust system state estimating unit. By repeatedly performing the calculations of Equations 54 to 62 at predetermined intervals, each variable in the equation can be estimated. The above is the content of the processing of the engine operating state estimation method represented by the block diagram of FIG.

【0133】これらの状態推定処理は、図1のエンジン
制御ユニットでは、ROMに格納された制御プログラム
により実行されるようになっている。図3から図7に基
づいてこのプログラムの処理について説明する。
In the engine control unit shown in FIG. 1, these state estimation processes are executed by a control program stored in the ROM. The processing of this program will be described with reference to FIGS.

【0134】図3は、状態推定のためのメインプログラ
ムのフローチャートであり、所定の周期で実行されるよ
うになっている。まず、ステップ301では、回転数、
各圧力(排気圧、吸気管内の空気の分圧、再循環ガスの
分圧)などの変数の初期設定を行う。例えば、回転数7
00rpm、排気圧102MPa、空気の分圧10MP
a、再循環ガスの分圧0Paなどに設定する。
FIG. 3 is a flowchart of a main program for estimating a state, which is executed at a predetermined cycle. First, in step 301, the rotation speed,
Initialize variables such as pressures (exhaust pressure, partial pressure of air in the intake pipe, partial pressure of recirculated gas). For example, rotation speed 7
00rpm, exhaust pressure 102MPa, partial pressure of air 10MP
a, the partial pressure of the recirculated gas is set to 0 Pa or the like.

【0135】次に、ステップ302で、吸気系状態推定
処理(図2のブロック21の処理に相当)を行うサブル
ーチンをコールし、その処理を実行する。さらに、ステ
ップ303から305でも、それぞれ、燃焼系状態推定
処理(図2のブロック22の処理に相当)、再循環系状
態推定処理(図2のブロック23の処理に相当)、排気
系状態推定処理(図2のぷロック24の処理に相当)を
行うサブルーチンをコールし、それぞれの処理を実行
し、次のプログラム実行要求があるまで待機する。
Next, at step 302, a subroutine for performing the intake system state estimation processing (corresponding to the processing of block 21 in FIG. 2) is called, and the processing is executed. Further, also in steps 303 to 305, the combustion system state estimation processing (corresponding to the processing in block 22 in FIG. 2), the recirculation system state estimation processing (corresponding to the processing in block 23 in FIG. 2), and the exhaust system state estimation processing, respectively. A subroutine for performing (corresponding to the processing of #lock 24 in FIG. 2) is called, the respective processings are executed, and the process stands by until there is a next program execution request.

【0136】図4から図7は、それぞれ吸気系、燃焼
系、再循環系、排気系の状態状態を行うサブルーチンの
フローチャートである。図4では、まず、ステップ40
1で、図10のテーブルを回転数と推定吸気管内圧をパ
ラメータにして検索し、容積効率VOLNを求める。以
後ステップ402からステップ412までの処理は、前
述した数1から数16による状態変数の計算を順次行う
もので、最新の計算値は、図1の制御ユニット内のRA
Mに格納されるようになっている。以上の全ての処理が
終了した後メインプログラムに戻る。
FIG. 4 to FIG. 7 are flowcharts of subroutines for performing state states of the intake system, the combustion system, the recirculation system, and the exhaust system, respectively. In FIG. 4, first, step 40
In step 1, the table of FIG. 10 is searched using the rotation speed and the estimated intake pipe internal pressure as parameters to obtain the volumetric efficiency VOLN. Thereafter, the processing from step 402 to step 412 is for sequentially calculating the state variables according to the above-described equations 1 to 16, and the latest calculated value is the RA in the control unit in FIG.
M. After all the above processes are completed, the process returns to the main program.

【0137】図5は、燃焼系状態推定処理を行うサブル
ーチンのフローチャートである。ステップ501、50
2では、それぞれ、数17と数18に基づいて気筒に流
入する燃料モル数と酸素モル数を計算する。ステップ5
03では、このサブルーチンがコールされるごとに以下
の加算演算を行うことにより、単位時間に気筒に流入す
る燃料モル数mα、酸素モル数AI、再循環ガス中の各
成分のモル数(ICCO2,ICO2,ICN2)、気
筒流入空気量Qout、燃料噴射量Gfの半回転の時間
の積分計算を行う。
FIG. 5 is a flowchart of a subroutine for performing a combustion system state estimation process. Step 501, 50
In step 2, the number of moles of fuel and the number of moles of oxygen flowing into the cylinder are calculated based on equations 17 and 18, respectively. Step 5
In 03, the following addition operation is performed each time this subroutine is called, whereby the number of moles of fuel mα, the number of moles of oxygen AI, and the number of moles of each component in the recirculated gas (ICCO2, ICO2, ICN2), the cylinder inflow air amount Qout, and the fuel injection amount Gf for the half-revolution time integral calculation.

【0138】[0138]

【数63】 [Equation 63]

【0139】[0139]

【数64】 [Equation 64]

【0140】[0140]

【数65】 [Equation 65]

【0141】[0141]

【数66】 [Equation 66]

【0142】[0142]

【数67】 [Equation 67]

【0143】[0143]

【数68】 [Equation 68]

【0144】[0144]

【数69】 [Equation 69]

【0145】[0145]

【数70】 [Equation 70]

【0146】ステップ504では、エンジンのある気筒
が下死点を通過した直後の状態にあるかどうかを判定す
る。一旦この判定を受けた後は、別の気筒が約半回転後
に下死点を通過するまで、下死点通過直後の状態にある
とは判定されない。
In step 504, it is determined whether or not the cylinder having the engine is in a state immediately after passing through the bottom dead center. Once this determination is received, it is not determined that the cylinder is in a state immediately after passing through the bottom dead center until another cylinder passes through the bottom dead center after about half a rotation.

【0147】下死点通過直後の変数mαm、AIm、I
CCO2m、ICO2m、ICN2m、Qaoutm、
GFm、Qegroutmは、それぞれ、変数mα、A
I、ICCO2、ICO2、ICN2、Qaout、G
F、Qegroutの半回転の時間積分値になる。すな
わち、それぞれの変数は、吸気行程中に気筒に流入する
燃料モル数、酸素モル数、再循環ガス中のCO2、O
2、N2成分のモル数、気筒流入空気量、燃料噴射量、
再循環ガス量の値を示す。
Variables mαm, AIm, I just after passing through bottom dead center
CCO2m, ICO2m, ICN2m, Qaoutm,
GFm and Qegrout are variables mα and A, respectively.
I, ICCO2, ICO2, ICN2, Qaout, G
F, which is a time integral value of a half rotation of Qegrout. That is, the respective variables are the number of moles of fuel and the number of moles of oxygen flowing into the cylinder during the intake stroke, the CO2 and O2 in the recirculated gas.
2, the number of moles of the N2 component, the amount of air flowing into the cylinder, the amount of fuel
Shows the value of the amount of recirculated gas.

【0148】ステップ505、506では、数27、数
28に基づいて現在のEGR率、酸素過剰率を計算す
る。ステップ507では、吸気が終了した、あるいは、
終了する直前の気筒が何番気筒であるかを判定する。ス
テップ508では、判定気筒で燃焼行程後に生じるCO
2,O2,N2,H2Oの各成分のモル数を数29から
数32に基づいて計算する。
In steps 505 and 506, the current EGR rate and oxygen excess rate are calculated based on equations (27) and (28). In step 507, the inhalation ends or
The number of the cylinder immediately before the end is determined. In step 508, the CO generated after the combustion stroke in the determination cylinder
The number of moles of each component of 2, O2, N2, and H2O is calculated based on Equations 29 to 32.

【0149】ステップ509では、数33から数40に
基づいて上記判定気筒が排気行程になった時に排出され
る各成分のモル数、及び、気筒に残留する各成分のモル
数を予め計算し記憶する。
In step 509, based on equations 33 to 40, the number of moles of each component discharged when the determination cylinder enters the exhaust stroke and the number of moles of each component remaining in the cylinder are calculated and stored in advance. I do.

【0150】ステップ510では、排気行程に入った最
新の気筒を判定する。ステップ511では、数41から
数43を用いて排気管に排出される現時点のCO2,O
2,N2の単位時間モル移動量(モル流量)を、上記排
気行程に入ったと判定された気筒に対して、過去にステ
ップ509で予め計算し、記憶している各成分の排出モ
ル数に基づいて計算する。
In step 510, the latest cylinder that has entered the exhaust stroke is determined. In step 511, the current CO2, O2 discharged to the exhaust pipe using equations 41 to 43 is used.
2. The unit time molar transfer amount (molar flow rate) of N2 is previously calculated in step 509 for the cylinder determined to have entered the exhaust stroke, and is based on the stored mole number of each component. To calculate.

【0151】ステップ512では、変数mαm、AI
m、ICCO2m、ICO2m、ICN2m、Qaou
tm、GFm、Qegroutmを初期化する。(0を
代入)以上で、燃焼系状態推定のためのサブルーチンの
処理が終了しメインプログラムに処理を戻す。
In step 512, the variables mαm, AI
m, ICCO2m, ICO2m, ICN2m, Qau
Initialize tm, GFm and Qegrotm. (Substituting 0) With the above, the processing of the subroutine for estimating the combustion system state ends, and the processing returns to the main program.

【0152】次に、図6に基づいて再循環系状態推定サ
ブルーチンの処理の内容を説明する。ステップ601で
は、図11のテーブルを検索してEGRバルブの開口面
積を計算する。ステップ602からステップ606で
は、数44から数53に基づいて順次再循環系の状態変
数を推定し、最新値をRAMに記憶する。
Next, the contents of the recirculation system state estimation subroutine will be described with reference to FIG. In step 601, the table of FIG. 11 is searched to calculate the opening area of the EGR valve. In steps 602 to 606, state variables of the recirculation system are sequentially estimated based on equations 44 to 53, and the latest values are stored in the RAM.

【0153】最後に、図7に基づいて排気系状態推定サ
ブルーチンの処理の内容を説明する。ステップ701か
ら705のステップでは、数54から数62に基づいて
排気系状態変数を順次計算し、計算値をRAMに記憶
し、処理をメインプログラムにもどす。
Finally, the contents of the processing of the exhaust system state estimation subroutine will be described with reference to FIG. In steps 701 to 705, the exhaust system state variables are sequentially calculated based on Equations 54 to 62, the calculated values are stored in the RAM, and the processing is returned to the main program.

【0154】以上の運転状態推定方法において、推定精
度は落ちるが吸気温、排気温を固定値とする、あるい
は、他の量(空気量、再循環流量、燃料噴射量、回転
数)から推定するなどしてセンサ数を削減することもで
きる。以上で、本発明のエンジンの運転状態推定方法を
ディジタル式制御ユニットで実現する時の制御系の全体
構成とプログラムの処理の内容の説明を終わる。
In the above operating state estimating method, although the estimation accuracy is lowered, the intake air temperature and the exhaust gas temperature are fixed values, or the estimated values are estimated from other amounts (air amount, recirculation flow rate, fuel injection amount, rotation speed). For example, the number of sensors can be reduced. This concludes the description of the overall configuration of the control system and the contents of processing of the program when the method for estimating the operating state of the engine of the present invention is implemented by the digital control unit.

【0155】次に、図8、図9、図12に基づいて、本
発明のエンジンの燃焼状態判別方法の実施例について説
明する。ここでは、前記実施例により推定されたEGR
率や酸素過剰率に基づいて、エンジンが安定燃焼する運
転状態にあるかどうかを判定するものである。
Next, an embodiment of the method for determining the combustion state of an engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8, 9 and 12. Here, the EGR estimated by the above embodiment is used.
It is to determine whether or not the engine is in an operation state in which stable combustion is performed based on the rate and the oxygen excess rate.

【0156】図8は、第1実施例による燃焼状態判別を
行うためのテーブルである。ここでは、現行のマルチポ
イントインジェクションシステムと同様の燃焼形態であ
る均質燃焼を仮定している。均質燃焼では、空燃比(こ
こでは、スロットルを通過し気筒に入る空気量と燃料噴
射量の比を空燃比とし、再循環ガスに含まれる酸素量は
空気量に含めない)がある程度の大きさになると燃焼が
成立しなくなり、エンジンは失火に至る。また、同じ空
燃比でもEGR量が多いほど失火しやすくなる。図8の
テーブルは、この燃焼特性を与えるものである。空燃比
をパラメータに、安定燃焼と不安定燃焼の境界のEGR
率を求め、これを、現在の推定EGR率と比較し、値の
大小により安定燃焼領域にあるか不安定燃焼領域にある
かを判定する。逐次この安定燃焼判別を行うことで、不
安定燃焼領域に入った、あるいは、入りそうな場合、目
標空燃比、あるいは、目標EGR率を小さくして不安定
燃焼を回避することができる。
FIG. 8 is a table for determining the combustion state according to the first embodiment. Here, it is assumed that homogeneous combustion, which is a combustion mode similar to that of the current multipoint injection system, is performed. In the homogeneous combustion, the air-fuel ratio (here, the ratio of the amount of air passing through the throttle to the cylinder and the amount of fuel injected is referred to as the air-fuel ratio, and the amount of oxygen contained in the recirculated gas is not included in the amount of air) to a certain degree , Combustion stops and the engine will misfire. Further, even at the same air-fuel ratio, the more the EGR amount is, the more likely it is for a misfire to occur. The table in FIG. 8 gives this combustion characteristic. EGR at the boundary between stable combustion and unstable combustion using the air-fuel ratio as a parameter
The EGR rate is obtained, and is compared with the current estimated EGR rate to determine whether the engine is in the stable combustion area or the unstable combustion area based on the magnitude of the value. By sequentially performing the stable combustion determination, when the vehicle enters or is about to enter the unstable combustion region, the target air-fuel ratio or the target EGR rate can be reduced to avoid unstable combustion.

【0157】図9は、第2実施例による燃焼状態を判別
するためのテーブルである。横軸として空燃比の代わり
に酸素過剰率を用いている。ここで、酸素過剰率を用い
るのは、空燃比が希薄で排気ガス再循環を行う場合、再
循環ガス中にも少なからず酸素が含まれるため、気筒内
の酸素量と燃料量の比と安定判別の指標として用いた方
が、判別精度を向上できるためである。特に、エンジン
の諸状態が一定の定常運転状態では、空燃比と酸素過剰
率は、一対一に対応するため、第1、第2実施例は、全
く同様の判別を行うことになる。しかし、空燃比が変化
するような過度状態においては、空燃比と酸素過剰率が
必ずしも一対一に対応しなくなるため、この領域におい
ては、第2実施例のほうが燃焼判別精度が向上するとい
う効果がある。なお、第2実施例に比べ判別精度が落ち
るが、酸素過剰率のみで安定燃焼判別を行っても、従来
の空燃比のみで安定燃焼判別を行う方法よりも判別精度
を高めるという点で効果がある。
FIG. 9 is a table for determining the combustion state according to the second embodiment. The horizontal axis uses the oxygen excess ratio instead of the air-fuel ratio. Here, the excess oxygen ratio is used because when the air-fuel ratio is lean and the exhaust gas is recirculated, the recirculated gas contains a considerable amount of oxygen, so that the ratio between the amount of oxygen and the amount of fuel in the cylinder is stable. This is because the accuracy of determination can be improved by using the index as a determination index. In particular, when the engine is in a steady operation state in which the various states are constant, the air-fuel ratio and the oxygen excess ratio correspond one-to-one, so that the first and second embodiments perform exactly the same determination. However, in a transient state in which the air-fuel ratio changes, the air-fuel ratio and the oxygen excess ratio do not always correspond one-to-one, and in this region, the effect of improving the combustion determination accuracy in the second embodiment is better. is there. Although the discrimination accuracy is lower than that of the second embodiment, even if the stable combustion discrimination is performed only by the excess oxygen ratio, the effect is improved in that the discrimination accuracy is improved as compared with the conventional method of performing the stable combustion discrimination using only the air-fuel ratio. is there.

【0158】次に、図12のフローチャートに基づい
て、上記燃焼状態判別方法を図1の制御ユニットのRO
Mに格納されたプログラムで実現した時のプログラムの
処理の内容について説明する。ステップ1201では、
空燃比あるいは前記方法で推定された酸素過剰率をパラ
メータにし、図8あるいは図9のテーブルを検索して安
定燃焼と不安定燃焼の境界のEGR率を計算する。ステ
ップ1202では、この値が、別のプログラムで計算さ
れている現在のEGR率より大きいかどうかを判定す
る。大きければ、ステップ1203により安定燃焼領域
にあると判定し、さもなければ、ステップ1204によ
り不安定燃焼領域にあると判定する。以上で処理を終了
する。以上で、本発明のエンジンの燃焼状態判別方法を
説明を終わる。
Next, based on the flowchart of FIG. 12, the above-described combustion state determination method will be described with reference to the RO of the control unit of FIG.
A description will be given of the contents of the processing of the program when the processing is realized by the program stored in M. In step 1201,
Using the air-fuel ratio or the oxygen excess rate estimated by the above method as a parameter, the table in FIG. 8 or FIG. 9 is searched to calculate the EGR rate at the boundary between stable combustion and unstable combustion. In step 1202, it is determined whether or not this value is larger than the current EGR rate calculated by another program. If it is larger, it is determined in step 1203 that it is in the stable combustion region, otherwise it is determined in step 1204 that it is in the unstable combustion region. Thus, the process ends. This concludes the description of the engine combustion state determination method of the present invention.

【0159】[0159]

【発明の効果】【The invention's effect】

(1)本発明では、吸、排気系のモデル、燃焼系モデル
に相当する化学反応式に基づいて、定常過渡を問わず、
気筒への流入空気量の他、再循環ガスの気筒流入量を推
定できる。これにより、過渡の排気ガス再循環率を精度
良く演算、推定できる。
(1) In the present invention, based on chemical reaction equations corresponding to an intake / exhaust system model and a combustion system model,
In addition to the amount of air flowing into the cylinder, the amount of recirculated gas flowing into the cylinder can be estimated. This makes it possible to accurately calculate and estimate the transient exhaust gas recirculation rate.

【0160】(2)本発明では、吸、排気系のモデルの
他、燃焼系のモデルとして化学反応式を導入しており、
これにより、酸素や窒素など成分ベースで再循環量を捉
えることが可能になる。気筒へ流入再循環ガス中の酸素
量も推定可能なため、これにより気筒内酸素過剰率を精
度良く演算、推定できる。
(2) In the present invention, a chemical reaction equation is introduced as a combustion system model in addition to the intake and exhaust system models.
This makes it possible to determine the amount of recirculation based on components such as oxygen and nitrogen. Since the amount of oxygen in the recirculated gas flowing into the cylinder can also be estimated, the in-cylinder excess oxygen ratio can be calculated and estimated with high accuracy.

【0161】(3)安定燃焼が実現できるかどうかの指
標である気筒内酸素過剰率や排気ガス再循環率を考慮す
ることで、安定燃焼判別を精度良く行うことが可能にな
る。
(3) Stable combustion can be accurately determined by taking into consideration the in-cylinder excess oxygen ratio and the exhaust gas recirculation ratio, which are indicators of whether stable combustion can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エンジン制御システムの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine control system.

【図2】運転状態推定方法のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a driving state estimation method.

【図3】運転状態推定プログラムのフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart of an operation state estimation program.

【図4】吸気系状態推定サブルーチンのフローチャート
である。
FIG. 4 is a flowchart of an intake system state estimation subroutine.

【図5】燃焼系状態推定サブルーチンのフローチャート
である。
FIG. 5 is a flowchart of a combustion system state estimation subroutine.

【図6】再循環系状態推定サブルーチンのフローチャー
トである。
FIG. 6 is a flowchart of a recirculation system state estimation subroutine.

【図7】排気系状態推定サブルーチンのフローチャート
である。
FIG. 7 is a flowchart of an exhaust system state estimation subroutine.

【図8】第1実施例による安定燃焼判別テーブルであ
る。
FIG. 8 is a stable combustion determination table according to the first embodiment.

【図9】第2実施例による安定燃焼判別テーブルであ
る。
FIG. 9 is a stable combustion determination table according to a second embodiment.

【図10】容積効率を格納するテーブルである。FIG. 10 is a table for storing volumetric efficiency;

【図11】目標ステップ数に対するバルブ開口面積の特
性テーブルである。
FIG. 11 is a characteristic table of a valve opening area with respect to a target number of steps.

【図12】燃焼状態を判別するプログラムのフローチャ
ートである。
FIG. 12 is a flowchart of a program for determining a combustion state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…吸気系状態推定部、22…燃焼系状態推定部、2
3…再循環系状態推定部、24…排気系状態推定部
21: intake system state estimating unit, 22: combustion system state estimating unit, 2
3: Recirculation system state estimator, 24: Exhaust system state estimator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R 550E ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R 550E

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エンジンに吸入される空気量を検出し、燃
料噴射量及び排気管内の燃焼ガスを吸気管へ再循環する
通路に設けられたバルブの開度を制御するエンジン制御
方法において、 上記検出された空気量から、吸、排気系の数学モデルと
燃焼反応式に基づいて気筒に流入する空気量および、再
循環ガス量の比である排気ガス再循環率と燃料噴射量の
比に相当する酸素過剰率のうち少なくとも一方を推定
し、 推定の結果に基づいて、上記燃料噴射量及び上記バルブ
の開度を制御することを特徴とするエンジン制御方法。
An engine control method for detecting an amount of air taken into an engine and controlling a fuel injection amount and an opening degree of a valve provided in a passage for recirculating combustion gas in an exhaust pipe to an intake pipe. Based on the detected air amount, it is equivalent to the ratio of the amount of air flowing into the cylinder based on the mathematical model of the intake and exhaust systems and the combustion reaction equation, and the ratio of the amount of recirculated gas to the exhaust gas recirculation rate and the amount of fuel injection. An engine control method comprising: estimating at least one of an excess oxygen ratio to be performed, and controlling the fuel injection amount and the valve opening based on a result of the estimation.
【請求項2】請求項1に記載のエンジン制御方法におい
て、 上記数学モデルは、吸気管及び排気管の各気体成分の物
質収支に基づいて作成することを特徴とするエンジン制
御方法。
2. The engine control method according to claim 1, wherein the mathematical model is created based on a material balance of each gas component in an intake pipe and an exhaust pipe.
【請求項3】請求項1または2に記載のエンジン制御方
法において、 上記数学モデルは、吸、排気管内の気体に理想気体の状
態方程式を適用して作成することを特徴とするエンジン
制御方法。
3. The engine control method according to claim 1, wherein the mathematical model is created by applying a state equation of an ideal gas to the gas in the intake and exhaust pipes.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のエンジ
ン制御方法において、 吸気温および排気温に吸気管内気体温度を推定し、 上記推定された結果に基づいて上記排気ガス再循環率お
よび上記酸素過剰率のうちいずれか一方を推定すること
を特徴とするエンジン制御方法。
4. The engine control method according to claim 1, further comprising: estimating an intake pipe gas temperature in an intake air temperature and an exhaust gas temperature; and based on the estimated result, the exhaust gas recirculation rate and the exhaust gas recirculation rate. An engine control method comprising estimating one of the oxygen excess rates.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載のエンジ
ン制御方法において、 上記排気ガス再循環率および上記気筒内酸素過剰率のう
ち少なくとも一方に基づいて、エンジンが安定燃焼する
運転領域にあるか否かを判定することを特徴とするエン
ジン制御方法。
5. The engine control method according to claim 1, wherein the engine is operated in a stable operating range based on at least one of the exhaust gas recirculation rate and the in-cylinder excess oxygen rate. An engine control method characterized by determining whether or not there is an engine.
【請求項6】請求項1乃至5のいずれかに記載のエンジ
ン制御方法において、 上記排気ガス再循環率および上記気筒内酸素過剰率に基
づいて、エンジンが安定燃焼する運転領域にあるか否か
を判定することを特徴とするエンジン制御方法。
6. The engine control method according to claim 1, wherein, based on the exhaust gas recirculation rate and the in-cylinder excess oxygen rate, whether or not the engine is in an operating range in which stable combustion is performed. An engine control method characterized by determining the following.
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