JPH1026049A

JPH1026049A - 内燃機関の吸・排気系圧力推定装置

Info

Publication number: JPH1026049A
Application number: JP17891996A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Itoyama; 浩之糸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JP3358449B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気圧をセンサを用いず推定する。【解決手段】燃料噴射量より基本排気温度Ｔｅｘｈｉを
演算し、吸入空気温度による排温補正係数Ｋｔｍｐｎを
演算し、前回の排気圧推定値による排温補正係数Ｋｔｍ
ｐｐを演算し、燃料噴射時期による排温補正係数Ｋｔｍ
ｐｉｔを演算し、これらを乗じて排気温度Ｔｅｘｈｃを
演算し、これを一次遅れ処理して排気温度Ｔｅｘｈを演
算し、これらと吸入空気流量，機関回転速度，定数を用
いて基本排気圧Ｐｅｘｈｂを演算し、これを一次遅れ処
理して最終的な排気圧Ｐｅｘｈｂを演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のＥＧＲ
制御等に必要な吸気系や排気系の圧力を推定する技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の吸気系や排気系の圧力
検出方式としては、これら圧力を直接検出するセンサを
設けることが一般的である。また、特願平７−９２６３
１号に開示されるように、エアフローメータの出力等か
ら推定する技術もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにセンサを設ける場合は、コストが高くつくことは
勿論であるが、排気圧検出用のセンサの場合、ＥＧＲ等
排気を循環させたり、高温雰囲気にさらしたりするとい
うことにより、耐久性の面でも非常に厳しい。また、耐
久性を確保できるようにすると、センサの時定数が非常
に大きくなり、過渡時には正確な値を表示できなくな
り、制御への反映は困難であることが判明した。

【０００４】また、排気圧に影響を与える排気温度は、
噴射時期等の着火時期を代表するパラメータや、シリン
ダ内の空気流動によって変化するため、これに対して前
記特願平７−９２６３１号の技術では、対応しきれない
という問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は図１に示すように、機関に噴射される燃料の噴
射量を検出する燃料噴射量検出手段と、機関に吸入され
る空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、前記
燃料の噴射時期を検出する燃料噴射時期検出手段と、前
記吸入空気の流量を検出する吸入空気流量検出手段と、
機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、こ
れら燃料噴射量と、吸入空気温度と、燃料噴射時期と、
吸入空気流量と、機関回転速度と、を含む要素に基づい
て排気系圧力を推定する排気系圧力推定手段と、を含ん
で構成したことを特徴とする。

【０００６】(作用・効果)燃料噴射量検出手段によって
検出された燃料噴射量によって燃焼時の発熱量が決まる
ので、基本的な排気温度が定まる。また、吸入空気温度
が変わると燃焼温度が変化するため、排気温度も変化す
る。

【０００７】更に、燃料の噴射時期についても噴射時期
を早める (進角量を大きくする) と、燃焼状態が改善さ
れ、シリンダ排出時の温度が下げられるので、排気温度
が低下し、逆に噴射時期を遅くすると前記と逆の作用で
排気温度が上昇するというように排気温度に影響を与え
る。そこで、燃料噴射量と吸入空気温度と燃料噴射時期
とに基づいて排気温度が精度良く推定される。

【０００８】一方、吸入空気流量と機関回転速度とに基
づいてシリンダ排出時の排気流量を求めることができ
る。なお、定常状態であれば、 (単位時間当りの) 吸入
空気流量がシリンダから排出される排気流量と略一致す
るが、過渡状態では吸気系の容積等で異なってくる。そ
こで、吸入空気流量と機関回転速度とに基づいてシリン
ダから排出される１回当りの排気量を求めてから、再度
機関回転速度を用いてシリンダから排出される (単位時
間当りの) 排気流量に換算することにより、精度良く排
気流量を演算することができる。

【０００９】そして、前記推定した排気温度と、演算し
た排気流量と、に基づいてベルヌーイの式から排気圧力
を求めることができる。また、請求項２に係る発明は、
前記排気系圧力推定手段は、燃料噴射量に基づいて基本
排気温度を演算し、該基本排気温度を吸入空気温度と前
回推定された排気圧力と燃料噴射時期とで補正してシリ
ンダからの排気温度を演算し、吸入空気流量と機関回転
速度とから求めたシリンダからの排気流量と前記シリン
ダからの排気温度とに基づいて排気圧を推定することを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気系圧力推定
装置。

【００１０】(作用・効果)前記請求項１の作用・効果で
説明したように、燃料噴射量に基づいて基本排気温度を
求めて、これを吸入空気流量と、前回推定された排気圧
力と、燃料噴射時期と、で補正して排気温度を推定す
る。なお、断熱変化の関係から排気圧力が上昇すると排
気温度も所定の割合で上昇するので、前回の排気圧力の
推定値による補正も同時に行い、より精度良く排気温度
を推定する。

【００１１】そして、吸入空気流量と機関回転速度とか
ら求めた排気流量と該排気温度とに基づいて排気圧を精
度良く推定することができる。また、請求項３に係る発
明は、図２に示すように、機関に噴射される燃料の噴射
量を検出する燃料噴射量検出手段と、機関に吸入される
空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、機関の
吸気系に備えられたスワール制御弁によるスワール制御
状態を検出するスワール制御状態検出手段と、前記吸入
空気の流量を検出する吸入空気流量検出手段と、機関の
回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、これら燃
料噴射量と、吸入空気温度と、スワール制御状態と、吸
入空気流量と、機関回転速度と、を含む要素に基づいて
排気系圧力を推定する排気系圧力推定手段と、を含んで
構成したことを特徴とする。

【００１２】(作用・効果)吸気系にスワール制御弁を備
えたものでは、スワール制御弁によってスワール強さが
制御され、それによって燃焼性が変化するため、排気温
度も変わってくる。そこで、該スワール制御弁によるス
ワールの制御状態を検出し、前記燃料噴射量と、吸入空
気温度に加えて該スワール制御状態も考慮して排気温度
を推定する。なお、噴射時期も含めて排気温度を推定し
てもよいことは、勿論であり、より推定精度が向上す
る。

【００１３】このようにして精度良く推定された排気温
度と、吸入空気流量と機関回転速度とから求めた排気流
量とに基づいて排気圧を精度良く推定することができ
る。また、請求項４に係る発明は、前記排気系圧力推定
手段は、燃料噴射量に基づいて基本排気温度を演算し、
該基本排気温度を吸入空気温度と前回推定された排気圧
力とスワール制御状態とで補正してシリンダからの排気
温度を演算し、吸入空気流量と機関回転速度とから求め
たシリンダからの排気流量と前記シリンダからの排気温
度とに基づいて排気圧を推定することを特徴とする。

【００１４】(作用・効果)燃料噴射量によって燃料燃焼
時に発熱量に応じた基本排気温度が求められ、これを、
吸入空気温度と前回推定された排気圧力とスワール制御
状態とで補正することにより、精度良く排気温度を推定
演算することができ、更にシリンダからの排気流量と排
気温度とに基づいて排気温度を精度良く推定することが
できる。

【００１５】また、請求項５に係る発明は、前記基本排
気温度のスワール制御状態による補正は、スワール制御
弁の開度と機関回転速度とに基づいて設定される補正係
数により行うことを特徴とする。 (作用・効果)スワール制御弁の開度が大きいときは、機
関回転速度が変化してもスワールの影響は全域にわたっ
て小さいが、スワール制御弁の開度が小さいときは、低
速域では適度なスワールの発生により燃焼性が改善され
て排気温度が下がるのに対し高速域ではスワールが強す
ぎて燃焼性が低下し、また、絞り作用によりシリンダ吸
入空気量が減少する等によって、排気温度は増大する。

【００１６】そこで、スワール弁開度と機関回転速度と
に基づいて排気温度の補正係数を設定し、該補正係数を
用いて排気温度を補正することにより、排気温度の推定
精度をより高めることができる。また、請求項６に係る
発明は、前記基本排気温度のスワール制御状態による補
正は、吸入空気流量と機関回転速度とスワール制御弁の
開度とから演算したスワール流速相当値に基づいて設定
される補正係数により行うことを特徴とする。

【００１７】(作用・効果)吸入空気流量と機関回転速度
とでシリンダに吸入されるときの吸入空気流量を演算で
き、このシリンダ吸入空気流量をスワール制御弁の開度
で除算することにより、スワール流速に相当する値が求
められる。そして、スワール流速がある値のときに燃焼
性が最も良く改善されて排気温度が低下し、スワール流
速がそれより大きいときも、小さいときも燃焼性が低下
して排気温度は上昇する傾向がある。

【００１８】そこで、前記吸入空気流量と機関回転速度
とスワール制御弁の開度とから演算したスワール流速相
当値に基づいて排気温度の補正係数を設定し、該補正係
数を用いて排気温度を補正することにより、排気温度の
推定精度をより高めることができる。また、請求項７に
係る発明は、図３に示すように、機関の吸入空気流量を
検出する吸入空気流量検出手段と、機関の回転速度を検
出する機関回転速度検出手段と、機関の吸入空気温度を
検出する吸入空気温度検出手段と、前記検出された吸入
空気流量と機関回転速度と吸入空気温度とを含む要素に
基づいて吸気系圧力を推定する吸気系圧力推定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。

【００１９】(作用・効果)吸入空気流量と機関回転速度
とに基づいてシリンダへの１吸気行程当りの (質量) 空
気量が求められ、該シリンダ吸入空気量と機関回転速度
とに基づいて温度条件一定とした場合の体積効率相当値
が求められるので、この値を吸入空気温度で補正して吸
入空気温度に対応した体積効率相当値が求められる。

【００２０】そして、体積効率相当値とシリンダ容積と
からシリンダに吸入された体積空気量が求められるの
で、それと吸入空気温度に基づいて状態方程式から吸気
系の圧力を推定することができる。また、請求項８に係
る発明は、前記吸気系圧力推定手段は、検出された吸入
空気流量と機関回転速度とに基づいてシリンダ当り吸入
空気量を演算し、該シリンダ吸入空気量と機関回転速度
とに基づいて基本体積効率相当値を演算し、該基本体積
効率相当値を前記吸入空気温度で補正して体積効率相当
値を演算し、これらシリンダ当り吸入空気量と、体積効
率相当値と、各定数とに基づいて次式により吸気系圧力
を推定することを特徴とする。

【００２１】Ｐｍ＝Ｑａｃ／Ｋｉｎ×ＴＡ×ＲＡ×ＶＣＹＬ但し、Ｐｍ：吸気圧Ｑａｃ：シリンダ当りの質量吸入空気量Ｋｉｎ：体積効率相当値ＴＡ：標準状態温度ＲＡ：空気ガス定数ＶＣＹＬ：シリンダ容積請求項７の作用・効果に記載したことを具体化した上記
の式を用いて、吸気系の圧力を精度良く推定することが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。一実施形態の全体構成を示す図４にお
いて、過給機１は、エアフィルタ２でダストを除去され
て吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッサ１Ａ
により圧縮過給して下流側の吸気マニホールド４へ送り
込む。

【００２３】一方、機関 (ディーゼル機関) ５の燃焼室
に装着された燃料噴射ノズル６には、噴射ポンプ７から
各気筒に分配して燃料が圧送供給され、該燃料噴射ノズ
ル６から燃焼室に向けて燃料が噴射され、該噴射された
燃料は圧縮行程末期に着火して燃焼される。また、排気
マニホールド８と吸気マニホールド４とを結んでＥＧＲ
制御弁９を介装したＥＧＲ通路１０が接続されると共
に、前記吸気通路３の吸気コンプレッサ１Ａの上流側に
ＥＧＲ制御時に吸気を絞って排気圧と吸気圧との差圧を
拡大してＥＧＲしやすくするためのスロットル弁３１が
介装され、主としてアイドル時や低負荷時に排気改善，
騒音対策のために前記スロットル弁３１を絞ると同時に
ＥＧＲ制御弁９の開度を制御してＥＧＲ制御を行う。具
体的には、バキュームポンプ１１からの負圧を電磁弁３
２を介してダイアフラム装置３３に導いて前記絞り弁３
１を絞ると同時に、前記負圧をデューティ制御される電
磁弁１２で大気との希釈割合を制御することによって前
記ＥＧＲ制御弁９の圧力室に導かれる圧力を制御し、も
って開度を制御することによりＥＧＲ率を制御してい
る。これらＥＧＲ率や燃料噴射制御は、コントロールユ
ニット１３により行われる。

【００２４】前記ＥＧＲ制御弁９には、弁体のリフト量
を検出するリフトセンサ３４が設置されている。燃焼後
の排気は、排気マニホールド８より前記過給機１の排気
タービン１Ｂを回転駆動させた後、排気中に含まれるパ
ーティキュレート (排気微粒子) 等がフィルタ１４で捕
集され、マフラー１５で消音された後に大気中に放出さ
れる。

【００２５】前記過給機１の吸気コンプレッサ１Ａ上流
の吸気通路３には、吸入空気流量を検出するエアフロー
メータ１６が設けられ、また、機関回転速度Ｎｅを検出
する回転速度センサ１７、前記燃料噴射ポンプ７のコン
トロールレバー開度 (アクセル開度) を検出するレバー
開度センサ１８、水温を検出する水温センサ１９等が設
けられ、これらの検出値に基づいて吸気系圧力，排気系
圧力を検出しつつシリンダ吸入空気量に見合った燃料の
許容最大噴射量が後述するようにして設定される。

【００２６】以下、コントロールユニット１３による各
種演算について説明する。図５は、吸入空気流量Ｑａｓ
０の演算のフローに示す。ステップ (図ではＳと記す。
以下同様) １では、前記エアフローメータ１６の出力電
圧Ｕｓを読み込み、ステップ２で図６に示すような特性
テーブル (電圧−吸入空気流量変換テーブル) を用いて
吸入空気流量Ｑａｓ０ｄに変換し、ステップ３で平均
化処理を行い、Ｑａｓ０として処理を終了する。

【００２７】図７は、シリンダへ吸入される１吸気行程
当りの吸入空気量の演算フローであり、機関回転に同期
したタイミングで演算する。ステップ11では、機関回転
速度Ｎｅを読み込み、ステップ12では、図示する式によ
り前記図５で処理された吸入空気流量Ｑａｓ０から１吸
気行程当りの吸入空気量Ｑａｃ０を演算する。

【００２８】ステップ13では、所定回数前に演算された
吸入空気量Ｑａｃ０をＱａｃｎとして処理を終了する。
この所定回前のＱａｃ０をＱａｃｎとするのは、エアフ
ローメータ１６の測定位置からコレクタ入口までの輸送
遅れが存在するためである。ステップ14では、図示する
ような一次遅れ処理を行って、シリンダ吸入空気量Ｑａ
ｃを演算して処理を終了する。

【００２９】図８は、シリンダへ吸入、供給されてから
排出されるまでサイクル遅れ (デッドタイム処理) を行
うフローであり、シリンダ吸入空気量Ｑａｃ，実噴射時
期ｌｔｉｓｔ，燃料噴射量Ｑｓｏｌ，吸気温度Ｔｎに対
して各々所定サイクル分のデッドタイム処理を行う。こ
れは、求めようとする排気圧の元となるシリンダ吸入前
のデータを得るため行われる。

【００３０】図９は、以上のようにして求められた各値
を用いて、排気圧を演算するフローである。ステップ31
では、前記図８で処理された燃料噴射量サイクル処理値
Ｑｓｏｌｄから、図10に示すテーブルから基本排気温度
Ｔｅｈｉを検索する。なお、燃料噴射量の増大に伴い燃
焼熱量が増大するから基本排気温度Ｔｅｘｈｉも比例的
に増大する特性としている。

【００３１】ステップ32では、吸気温度サイクル処理値
Ｔｎｅにより、図11に示すテーブルから吸気温度による
排温補正係数Ｋｔｍｐｎを検索する。なお、吸気温度が
高いときは、排気温度も高くなるから、吸気温度の増大
に伴い排温補正係数Ｋｔｍｐｎも増大する特性としてい
る。ステップ33では、前回演算の排気圧Ｐｅｘｈｎ−１
により、図12に示すテーブルから排気圧力による排温補
正係数Ｋｋｍｐｐを演算する。なお、排気圧が高いとき
ほど排気温度も増大するので、排温補正係数Ｋｔｍｐｐ
もそのような特性としてある。

【００３２】ステップ34では、実噴射時期サイクル処理
値ｌｔｉｓｔｄにより、図13に示すテーブルから噴射時
期による排温補正係数Ｋｔｍｐｉを演算する。なお、噴
射時期が遅くなるほど、燃焼終了が遅れる等の理由で排
気温度は高くなるから、排温補正係数Ｋｔｍｐｉもその
特性に合わせて設定してある。ステップ35では、前記ス
テップ31で求めた基本排気温度Ｔｅｘｈｉを、ステップ
32，33，34で求めた各排温補正係数Ｋｔｍｐｎ，Ｋｔｍ
ｐｐ，Ｋｔｍｐｉを用いて、次式で補正することによ
り、シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｃを演算する。

【００３３】Ｔｅｘｈｃ＝Ｔｅｘｈｉ×Ｋｔｍｐｎ×Ｋｔｍｐｐ×Ｋｔｍｐｉステップ36では、前記シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｉに、
次式に示す一次遅れ処理を行って排気温度Ｔｅｘｈとす
る。Ｔｅｘｈ＝Ｔｅｘｈ_n-1× (１−ＫＯ) ＋Ｔｅｘｈｃ×ＫＯＫＯは定数ステップ37では、シリンダ当りの排出空気量Ｑｅｘｈ，
機関回転速度Ｎｅ，排気温度Ｔｅｘｈと定数ＫＰＥＸ
Ｈ，ＯＰＥＸＨ (標準状態における大気圧に相当する
値) を用いて、次式により排気圧基本値Ｐｅｈｂを演算
する。Ｐｅｈｂ＝ (Ｑｅｘｈ×Ｎｅ／ＫＣ) ²×Ｔｅｘｈ×ＫＰＥＸＨ＋ＯＰＥＸＨステップ38では、前記排気圧基本値Ｐｅｘｈｂに、次式
に示す一次遅れ処理を施して排気圧Ｐｅｘｈとする。

【００３４】Ｐｅｘｈ＝Ｐｅｘｈ_n-1× (１−ＫＰ) ＋Ｐｅｘｈｂ×ＫＰＫＰは定数次に、第２の実施形態について説明する。このもので
は、図14に示すように、吸気マニホールド４の各気筒の
吸気ポート部分に、低速時に吸気スワールを強化して燃
焼性を高めるためのスワール制御弁21が介装されてお
り、該スワール制御弁21の開度がコントロールユニット
13により機関の運転状態に応じて制御されるようになっ
ている。そして、本実施形態では、該スワール制御弁21
の開度に応じて排気圧を補正して推定する。

【００３５】図３〜図12については、第１の実施形態と
共通に用いる。図15は、図８と同様に行われるサイクル
遅れ (デッドタイム処理) を行うフローであり、シリン
ダ吸入空気量Ｑａｃ，スワール制御弁開度Ｒｉｓｃｖ，
燃料噴射量Ｑｓｏｌｄ，吸気温度Ｔｎｅに対して各々所
定サイクル分のデッドタイム処理を行う。

【００３６】図16は、排気圧を演算するフローである。
ステップ41〜ステップ43は、前記ステップ31〜ステップ
33までと同様であるので説明を省略する。ステップ44で
は、前記図15でのスワール制御弁開度サイクル処理値Ｒ
ｉｓｃｖｄと機関回転速度Ｎｅとから、図17に示すテー
ブルからスワール制御弁開度による排温補正係数Ｋｔｍ
ｐｓｃを検索する。なお、スワール制御弁21が全開のと
き(実質的にスワール制御弁を備えない場合に相当)
は、排温補正係数Ｋｔｍｐｓｃ＝１で固定 (実質的に補
正を行わない) とし、スワール制御弁21の開度が小さい
ときは、機関が低速のときは適切なスワール強さとなっ
て燃焼性が改善される結果、排気温度は低下するが、機
関の高速時はスワールが過大となって燃焼性が悪化し、
また、絞り作用によりシリンダ吸入空気量が減少する等
の理由によって、排気温度は上昇するので、その特性に
合わせて排温補正係数Ｋｔｍｐｓｃを設定してある。

【００３７】ステップ45では、前記基本排気温度Ｔｅｘ
ｈｉを、ステップ42，43，44で求めた各排温補正係数Ｋ
ｔｍｐｎ，Ｋｔｍｐｐ，Ｋｔｍｐｓｃを用いて、次式で
補正することにより、シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｃを演
算する。Ｔｅｘｈｃ＝Ｔｅｘｈｉ×Ｋｔｍｐｎ×Ｋｔｍｐｐ×Ｋ
ｔｍｐｓｃ以下、ステップ46〜ステップ48については、前記図９の
ステップ36〜ステップ38と同様であり、ステップ46で、
前記シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｉに一次遅れ処理を行っ
て排気温度Ｔｅｘｈとし、ステップ47で、図示の式によ
り排気圧基本値Ｐｅｈｂを演算し、ステップ48では、前
記排気圧基本値Ｐｅｘｈｂに一次遅れ処理を施して排気
圧Ｐｅｘｈとする。

【００３８】前記実施形態では、スワール制御弁の開度
と機関回転速度とから、３次元テーブルからの検索によ
って排温補正係数Ｋｔｍｐｓｃを設定したが、シリンダ
吸入空気量Ｑａｃ，機関回転速度Ｎｅ，スワール弁開度
Ｒａｓｃｖからスワール弁開度に対する吸入空気流量の
割合、つまり、スワールの流速に相当する値Ｖｓｃを算
出し、該流速相当値Ｖｓｃに応じて排温補正係数Ｋｔｍ
ｐｓｃを設定するようにしてもよい。

【００３９】以下に、上記の実施形態を示す。図３〜図
12については、第１の実施形態と共通に用いる。図18
は、前記各実施形態と同様に行われるサイクル遅れ (デ
ッドタイム処理)を行うフローであり、シリンダ吸入空
気量Ｑａｃ，スワール流速Ｖｓｃ，燃料噴射量Ｑｓｏｌ
ｄ，吸気温度Ｔｎｅに対して各々所定サイクル分のデッ
ドタイム処理を行う。

【００４０】ここで、スワール流速Ｖｓｃは、図示の式
のようにシリンダ部分の吸入空気流量Ｑａｃ×Ｎｅをス
ワール制御弁の開度Ｒａｓｃｖで除算して求められる。
図19は、排気圧を演算するフローである。ステップ51〜
ステップ53は、前記ステップ31〜ステップ33までと同様
であるので説明を省略する。

【００４１】ステップ54では、前記図18でのスワール流
速相当値のサイクル処理値Ｖｓｃから、図20に示すテー
ブルからスワール制御弁開度による排温補正係数Ｋｔｍ
ｐｓｃを検索する。これは、スワール流速相当値Ｖｓｃ
がある値のときに燃焼状態が最もよくなって排気温度が
下がり、そのＶｓｃからどちらにずれても排気温度は上
昇するという特性に合わせて排温補正係数Ｋｔｍｐｓｃ
を設定してある。

【００４２】ステップ55では、前記基本排気温度Ｔｅｘ
ｈｉを、ステップ52，53，54で求めた各排温補正係数Ｋ
ｔｍｐｎ，Ｋｔｍｐｐ，Ｋｔｍｐｓｃを用いて図示の式
で補正することにより、シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｉを
演算する。以下、ステップ56〜ステップ58については、
前記図９のステップ36〜ステップ38と同様であり、ステ
ップ56で、前記シリンダ排出温度Ｔｅｘｈｉに一次遅れ
処理を行って排気温度Ｔｅｘｈとし、ステップ57で、図
示の式により排気圧基本値Ｐｅｈｂを演算し、ステップ
58では、前記排気圧基本値Ｐｅｘｈｂに一次遅れ処理を
施して排気圧Ｐｅｘｈとする。

【００４３】次に、本発明に係る吸気圧推定の実施形態
について、説明する。図21は、吸気圧を演算するフロー
である。ステップ61では、シリンダ吸入空気量Ｑａｃと
機関回転速度Ｎｅより、図22に示すテーブルから体積効
率相当値基本値Ｋｉｎｂを検索する。ステップ62では、
体積効率相当値Ｋｉｎを、吸気温度Ｔｉｎｔを用いて図
示の式 (Ｋｉｎ＝Ｋｉｎｂ×ＴＡ／Ｔｉｎｔ) で演算す
る。

【００４４】ステップ63では、シリンダ吸入空気量Ｑａ
ｃ，体積効率相当値Ｋｉｎを変数として、図示の式 (Ｐ
ｍ＝Ｑａｃ／Ｋｉｎ×ＴＡ×Ｒａ／ＶＣＹＬ) で吸気圧
Ｐｍを演算して処理を終了する。なお、このフローで出
てくる定数ＴＡ，ＲＡ，ＶＣＹＬは各々標準状態温度，
空気ガス定数，シリンダ容積である。図23は、基本燃料
噴射量Ｑｓｏｌ１を演算するフローである。

【００４５】ステップ71では、機関回転速度Ｎｅ、ステ
ップ72でアクセル開度 (コントロールレバー開度) ＣＬ
を読み込む。ステップ73では、機関回転速度Ｎｅとアク
セル開度ＣＬとから、図24に示すテーブルから基本燃料
噴射量Ｍｑｄｒｖを検索する。ステップ74では、前記基
本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを水温等の各種補正係数によっ
て補正して基本燃料噴射量Ｑｓｏｌ１を求める。

【００４６】図25は、最大燃料噴射量Ｑｆｕｌを演算す
るフローで、回転に同期したタイミングで処理される。
ステップ81では、機関回転速度Ｎｅを読み込み、ステッ
プ82では、機関回転速度Ｎｅから図26に示すスモークリ
ミット相当の値が設定されたテーブルから、限界空気過
剰率相当値Ｋｌａｍｂを検索する。

【００４７】ステップ83では、シリンダ吸入空気量Ｑａ
ｃを読み込み、ステップ84で図示の式 (Ｑｆｕｌ＝Ｑａ
ｃ／Ｋｌａｍｂ／14.7) で最大燃料噴射量Ｑｆｕｌを演
算して、処理を終了する。図26は、燃料噴射量を最終的
に設定するフローであり、機関回転同期で実行される。

【００４８】ステップ91では、前記基本燃料噴射量Ｑｓ
ｏｌ１と最大燃料噴射量Ｑｆｕｌとを比較し、前者が大
のときはステップ92へ進み、燃料噴射量Ｑｓｏｌに最大
燃料噴射量Ｑｆｕｌを用い、前者が小のときはステップ
93へ進んで燃料噴射量Ｑｓｏｌに基本燃料噴射量Ｑｓｏ
ｌ１を設定して処理を終了する。以下では、本発明によ
り推定した排気圧と吸気圧とを用いて行われるＥＧＲ制
御について説明する。

【００４９】図28は、ＥＧＲ弁の開口面積を演算するフ
ローである。ステップ101 では、目標のＥＧＲ量を演算
する。この方法については、後述する。ステップ102 で
は、前記推定した吸気圧Ｐｍを読み込み、ステップ103
では同じく推定した排気圧Ｐｅｘｈを読み込む。

【００５０】ステップ104 では、図示の式［Ｃｑｅ＝
｛Ｋ (Ｐｅｘｈ−Ｐｍ) ｝^1/2；Ｋは定数］で、前記Ｅ
ＧＲ流速相当値Ｃｑｅを演算し、ステップ105 で、要求
ＥＧＲ量Ｔｑｅｋと前記ＥＧＲ流速相当値Ｃｑｅを用
い、図示の式 (Ａｅｖ＝Ｔｑｅｋ／Ｃｑｅ) でＥＧＲ弁
の開口面積Ａｅｖを演算する。ステップ106 では、前記
ＥＧＲ流速相当値Ｃｑｅにより、図29に示すテーブルか
ら、後述するＥＧＲ弁開口面積を加重平均処理する際の
重み定数Ｎｌｋを検索する。なお、ＥＧＲ流速相当値Ｃ
ｑｅが小さいときに重み定数Ｎｌｋを大きく、ＥＧＲ流
速相当値Ｃｑｅが大きいときに重み定数Ｎｌｋを小さく
設定している。これは、流速が小さいときは微小な流速
変化でも要求の開口面積は大きく変化させる必要があ
り、安定しづらくなるため加重平均を多く (重く) して
いる。また、流速が大きいときは逆の現象となり、一般
的に過渡時は流速が大きくなる (吸気圧と排気圧の差圧
が大きくなる) ため、過渡の追従性から加重平均はなる
べく行わない方が望ましいため、加重平均定数は小さく
なるように設定している。なお、反比例のような特性と
したのは、ステップ104 で図示した式に示されるよう
に、差圧に対して流速は平方根の特性を持ち、加重平均
定数の要求は、その逆数になるためである。

【００５１】ステップ107 では、前記ステップ106 で検
索した重み定数Ｎｌｋを用いて、次式によりステップ10
5 で求められた開口面積Ａｅｖに加重平均を行い、その
結果を目標のＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｆとして、処理を
終了する。Ａｅｖｆ＝Ａｅｖ／２^Nlk＋ (１−１／２^Nlk) ×Ａｅ
ｖｆ_n-1 なお、ステップ104,ステップ105 の式は理論状態であ
る。実際のＥＧＲ弁駆動装置には、目標開口面積Ａｅｖ
ｆを、図30に示すアクチュエータ特性で変換して指令値
となる。

【００５２】図31は、目標のＥＧＲ量を演算するフロー
であり、機関回転又はそれ相当に同期したタイミングで
演算する。ステップ111 では、シリンダ吸入空気量Ｑａ
ｃを読み込む。ステップ112 では、目標のＥＧＲ率Ｍｅ
ｇｒを演算する。ステップ113 では、図示の式 (Ｍｑｅ
ｃ＝Ｑａｃ×Ｍｅｇｒ) で１吸気当りの目標のＥＧＲ量
Ｍｑｅｃを演算する。

【００５３】ステップ114 では、中間変数Ｒｑｅｃを次
式により演算する。Ｒｑｅｃ＝Ｍｑｅｃ×ＫＩＮ×ＫＶＯｌ＋Ｒｑｅｃ
_n-1(１−ＫＩＮ×ＫＶＯｌ) 但し、ＫＩＮは体積効率相当値_,ＫＶＯｌ＝ＶＥ／ＮＣ
／ＶＭであり、ＶＥは排気量，ＮＣは気筒数，ＶＭは吸
気系容積である。ステップ115 では、次式により進み補
正処理を行い、その結果をＴｑｅｃとする。この式は、
通常の進み処理を簡易化したものである。

【００５４】Ｔｑｅｃ＝ＧＫＱＥＣ×Ｍｑｅｃ− (ＧＫ
ＱＥＣ−１) ×Ｒｑｅｃ_n-1 ステップ116 では、前記進み処理後の目標ＥＧＲ量Ｔｑ
ｅｃを、次式により単位時間当りの目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ
ｋに変換して処理を終了する。Ｔｑｅｋ＝Ｔｑｅｃ×Ｎｅ／ＫＣＯＮ図32は、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算するフローで、機
関回転に同期したタイミングで実行される。

【００５５】ステップ121 では、機関回転速度Ｎｅ, 燃
料噴射量Ｑｓｏｌ, 機関冷却水温度Ｔｗを読み込む。ス
テップ122 では、機関回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏ
ｌとにより、図33に示すテーブルから、基本目標ＥＧＲ
率Ｍｅｇｒを演算する。ステップ123 では、機関冷却水
温度Ｔｗにより、図34に示すテーブルから目標ＥＧＲ率
Ｍｅｇｒを補正するための補正係数Ｋｅｇｒｔｗとす
る。

【００５６】ステップ124 では、図示の式 (Ｍｅｇｒ＝
Ｍｅｇｒｂ×Ｋｅｇｒｔｗ) により、目標ＥＧＲ率Ｍ
ｅｇｒを演算する。ステップ125 では、機関の状態が完
爆状態か否かを判定する。この方法は、後述する。ステ
ップ126 で完爆と判定されたときは、そのまま処理を終
了し、完爆と判定されない場合は、ステップ127 へ進
み、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを０として処理を終了する。
この場合、同時にスロットル弁31は全開に制御される。

【００５７】図35は、機関の完爆を判定するフローで、
10ｍｓｅｃ等の時間に同期したタイミングで実行され
る。ステップ131 では、機関回転速度Ｎｅを読み込み、
ステップ132 では、完爆判定スライスレベルＮＲＰＭＫ
と比較し、機関回転速度Ｎｅの方が大きいときには、ス
テップ133 へ進む。

【００５８】ステップ133 では、機関回転速度Ｎｅによ
る完爆判定後のカウンタの値Ｔｍｒｋｂと所定時間ＴＭ
ＲＫＢＰとを比較し、Ｔｍｒｋｂの方が大きいときはス
テップ134 へ進み、完爆状態であるとして処理を終了す
る。ステップ132 で機関回転速度Ｎｅの方が小さいと判
定されたときは、ステップ136 へ進んでＴｍｒｋｂをク
リアし、ステップ137 で完爆状態でないとして処理を終
了する。

【００５９】ステップ133 でＴｍｒｋｂの方が小さいと
判定されたときは、ステップ135 へ進んでＴｍｒｋｂを
インクリメントした後ステップ137 へ進み、完爆状態で
ないとして処理を終了する。当処理では、機関回転速度
Ｎｅが所定以上 (例えば400 回転以上) となり、所定時
間経過したときに完爆状態であると判定するという処理
を行っている。

【００６０】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、エアフローメータを始めとする信号から排気圧, 吸
気圧を演算することにより、コストアップを招くことな
く耐久性, 過渡応答性を補償する圧力推定が可能とな
り、更に噴射時期, 着火時期やスワール制御弁開度, 開
口面積に対する吸気の流速の比で排気圧を補正すること
により、推定精度が向上し、ＥＧＲ制御等の制御精度が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，請求項２に係る発明の構成・機能を
示すブロック図。

【図２】請求項３〜請求項６に係る発明の構成・機能を
示すブロック図。

【図３】請求項７，請求項８に係る発明の構成・機能を
示すブロック図。

【図４】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。

【図５】吸入空気流量を演算するルーチンのフローチャ
ート。

【図６】エアフローメータ出力電圧と吸入空気流量との
関係を示す線図。同上実施例の吸気系圧力を演算するル
ーチンのフローチャート。

【図７】同じくシリンダ吸入空気量を演算するルーチン
のフローチャート。

【図８】同じくシリンダサイクル遅れ処理を示すフロー
チャート。

【図９】同じく排気系圧力を演算するルーチンのフロー
チャート。

【図10】同じく燃料噴射量による排温補正係数を設定し
たテーブル。

【図11】同じく吸入空気温度による排温補正係数を設定
したテーブル。

【図12】同じく前回の排気圧推定値による排温補正係数
を設定したテーブル。

【図13】同じく燃料噴射時期による排温補正係数を設定
したテーブル。

【図14】本発明の第２の実施形態のシステム構成を示す
図。

【図15】同じくシリンダサイクル遅れ処理を示すフロー
チャート。

【図16】同じく排気系圧力を演算するルーチンのフロー
チャート。

【図17】同じくスワール制御状態による排温補正係数を
設定したテーブル。

【図18】同じくシリンダサイクル遅れ処理を示すフロー
チャート。

【図19】別の実施形態における排気系圧力を演算するル
ーチンのフローチャート。

【図20】同じくスワール制御状態による排温補正係数を
設定したテーブル。

【図21】本発明の別実施形態に係る吸気圧力を演算する
ルーチンのフローチャート。

【図22】同じく体積効率相当値基本値を設定したテーブ
ル。

【図23】同じく基本燃料噴射量を演算するルーチンのフ
ローチャート。

【図24】同じく基本燃料噴射量を設定したテーブル。

【図25】同じく最大燃料噴射量を演算するルーチンのフ
ローチャート。

【図26】同じく限界空気過剰率を設定したテーブル。

【図27】同じく燃料噴射量を設定するルーチンのフロー
チャート。

【図28】同じくＥＧＲ弁開口面積を演算するルーチンの
フローチャート。

【図29】同じくＥＧＲ弁開口面積を加重平均演算するた
めの重み定数を設定したテーブル。

【図30】同じく目標開口面積とステップモータのステッ
プ数の関係を示すテーブル。

【図31】同じく目標ＥＧＲ量を設定するルーチンのフロ
ーチャート。

【図32】同じく目標ＥＧＲ率を設定するルーチンのフロ
ーチャート。

【図33】同じく目標ＥＧＲ率を設定したテーブル。

【図34】同じく目標ＥＧＲ率の水温補正係数を設定した
テーブル。

【図35】同じく完爆判定ルーチンを示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

５ディーゼル機関６燃料噴射ノズル７燃料噴射ポンプ１１バキュームポンプ１３コントロールユニット１６エアフローメータ１７回転速度センサ１８レバー開度センサ１９水温センサ２１スワール制御弁３１スロットル弁３４リフトセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関に噴射される燃料の噴射量を検出する
燃料噴射量検出手段と、機関に吸入される空気の温度を検出する吸入空気温度検
出手段と、前記燃料の噴射時期を検出する燃料噴射時期検出手段
と、前記吸入空気の流量を検出する吸入空気流量検出手段
と、機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、これら燃料噴射量と、吸入空気温度と、燃料噴射時期
と、吸入空気流量と、機関回転速度と、を含む要素に基
づいて排気系圧力を推定する排気系圧力推定手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気系圧
力推定装置。
【請求項２】前記排気系圧力推定手段は、燃料噴射量に
基づいて基本排気温度を演算し、該基本排気温度を吸入
空気温度と前回推定された排気圧力と燃料噴射時期とで
補正してシリンダからの排気温度を演算し、吸入空気流
量と機関回転速度とから求めたシリンダからの排気流量
と前記シリンダからの排気温度とに基づいて排気圧を推
定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排
気系圧力推定装置。
【請求項３】機関に噴射される燃料の噴射量を検出する
燃料噴射量検出手段と、機関に吸入される空気の温度を検出する吸入空気温度検
出手段と、機関の吸気系に備えられたスワール制御弁によるスワー
ル制御状態を検出するスワール制御状態検出手段と、前記吸入空気の流量を検出する吸入空気流量検出手段
と、機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、これら燃料噴射量と、吸入空気温度と、スワール制御状
態と、吸入空気流量と、機関回転速度と、を含む要素に
基づいて排気系圧力を推定する排気系圧力推定手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気系圧
力推定装置。
【請求項４】前記排気系圧力推定手段は、燃料噴射量に
基づいて基本排気温度を演算し、該基本排気温度を吸入
空気温度と前回推定された排気圧力とスワール制御状態
とで補正してシリンダからの排気温度を演算し、吸入空
気流量と機関回転速度とから求めたシリンダからの排気
流量と前記シリンダからの排気温度とに基づいて排気圧
を推定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関
の排気系圧力推定装置。
【請求項５】前記基本排気温度のスワール制御状態によ
る補正は、スワール制御弁の開度と機関回転速度とに基
づいて設定される補正係数により行うことを特徴とする
請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の排気系圧力推
定装置。
【請求項６】前記基本排気温度のスワール制御状態によ
る補正は、吸入空気流量と機関回転速度とスワール制御
弁の開度とから演算したスワール流速相当値に基づいて
設定される補正係数により行うことを特徴とする請求項
３又は請求項４に記載の内燃機関の排気系圧力推定装
置。
【請求項７】機関の吸入空気流量を検出する吸入空気流
量検出手段と、機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、機関の吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出手段
と、前記検出された吸入空気流量と機関回転速度と吸入空気
温度とを含む要素に基づいて吸気系圧力を推定する吸気
系圧力推定手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の吸気系圧
力推定装置。
【請求項８】前記吸気系圧力推定手段は、検出された吸
入空気流量と機関回転速度とに基づいてシリンダ当り吸
入空気量を演算し、該シリンダ吸入空気量と機関回転速
度とに基づいて基本体積効率相当値を演算し、該基本体
積効率相当値を前記吸入空気温度で補正して体積効率相
当値を演算し、これらシリンダ当り吸入空気量と、体積
効率相当値と、各定数とに基づいて次式により吸気系圧
力を推定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機
関の吸気系圧力推定装置。Ｐｍ＝Ｑａｃ／Ｋｉｎ×ＴＡ×ＲＡ×ＶＣＹＬ但し、Ｐｍ：吸気圧Ｑａｃ：シリンダ当りの質量吸入空気量Ｋｉｎ：体積効率相当値ＴＡ：標準状態温度ＲＡ：空気ガス定数ＶＣＹＬ：シリンダ容積