KR100793116B1 - 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템 및 흡기통로내 유입 배기 가스량 산출시스템 - Google Patents

내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템 및 흡기통로내 유입 배기 가스량 산출시스템 Download PDF

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Abstract

본발명은 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어 밸브를 통과하는 배기 가스의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을 이용하여, 그 내연기관의 실린더 내에 유입하는 배기 가스의 양을 실린더내 유입 배기 가스량으로 규정하여 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템에 있어서,
상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 데드 타임과, 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 고려하여, 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템에 관한 것이다.

Description

내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템 및 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템{CYLINDER INFLOW EXHAUST GAS AMOUNT CALCULATION SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INTAKE PASSAGE INFLOW EXHAUST GAS AMOUNT CALCULATION SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템 및 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템에 관한 것이다.
내연기관의 배기 통로와 흡기 통로가 배기 가스 재순환 통로를 통해 연결되고, 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하는 배기 가스 유량 제어밸브가 상기 배기 가스 재순환 통로내에 배치된 내연기관이 일본특허공개공보 No.8-128359에 개시되어 있다. 이 내연기관에서는, 실린더로부터 배기 통로에 배출된 배기 가스를 이 배기 가스 재순환 통로를 통해 흡기 통로에 도입하여, 이에 의해 배기 가스를 실린더내에 재순환시킬 수 있다.
이와 같이, 실린더내에 배기 가스를 재순환시키는 내연기관에서는, 예를 들어, 공연비(air-fuel ratio)가 목표 공연비로 되도록 연료 분사량을 결정하기 위해서, 실린더내에 충전되어 있는 가스량에 대하여 배기 가스가 차지하는 비율(즉, EGR 율)을 산출하고 있다.
상기 일본특허공개공보 No.8-128359 에서는, 정상 운전시의 EGR 율을 맵(map)의 형태로 미리 구하여, 정상 운전시에 이 맵으로부터 EGR 율을 구한다. 또한, 여기에는, 정상 운전시의 EGR 율의 맵에서 구한 EGR 율을 이용하여, 과도 운전(transient operation) 시의 EGR 율을 추정하고 있다.
구체적으로는, 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양을 "통과 가스량"이라 한다면, 배기 가스 유량 제어밸브의 목표 개방도에 관련된 통과 가스량에 대한 배기 가스 유량 제어밸브의 실제의 개방도(opening drgree)에 관련된 통과 가스량의 비에, 정상 운전시의 EGR 율을 곱하여 과도 운전시의 EGR 율을 구한다.
즉, 배기 가스 유량 제어밸브의 목표 개방도에 관련된 통과가스량을 Qt , 배기 가스 유량 제어밸브의 실제의 개방도에 관련된 통과가스량을 Qa , 정상 운전시의 EGR 율을 Rc 라 한다면, 상기 일본특허공개공보 No.8-128359 에서는서는 과도 운전 시의 EGR 율 R 을, R = Rc·Qa/Qt 로부터 구할 수 있다.
또한, 상기 문헌에서는 배기 가스 유량 제어밸브의 개방도를 변경하는 명령이 있을 때, 실제로 배기 가스 유량 제어밸브의 개방도가 목표 개방도가 될 때까지 몇 분의 지연(lag)이 있는 것에 주목하여, 정상 운전시의 EGR 율로서 늦기 전에 산출된 과도 운전시의 EGR 율을 이용하고 있다.
상기 문헌에 소개된 발명의 문제점을 요약하면, 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양이 정상 운전시의 EGR 율을 기초로 과도 운전시의 EGR 율을 추정하는데 사용된다는 점이다. 실린더내에 충전되는 배기 가스의 양 자체 가 직접 구해지는 것이 아니다. 따라서, 과도 운전시의 EGR 율로부터 실린더내에 충전되는 배기 가스의 양을 추정하는 경우, 그 추정치의 정밀도는 그리 높지 않다고 할 수 있다. 또한, 배기 가스 유량 제어밸브의 대응에도 차이가 난다. 이 경우, 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 가스량 자체의 산출 정밀도가 낮다.
본발명의 목적은 내연기관의 실린더내에 유입되는 배기 가스량을 정확하게 산출하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본발명의 일 실시형태는, 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어 밸브를 통과하는 배기 가스의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을 이용하여, 그 내연기관의 실린더 내에 유입하는 배기 가스의 양을 실린더내 유입 배기 가스량으로 규정하여 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템에 있어서, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 데드 타임(dead time) 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연(tracking lag)을 고려하여, 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템에 관한 것이다.
상기 추종 지연은 1차 지연이고, 상기 1차 지연의 시정수(time constant) 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 실린더내 유입 배기가수량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관에는 복수의 실린더가 제공되고 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더내의 실제 실린더내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수(distribution constant)로서 미리 구하고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 그 분배 계수를 곱하여 각 실린더에 있어서의 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 설정되어 있는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연 기관에 가변적인 폐쇄 타이밍을 갖는 흡기 밸브가 제공되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1 에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 및 가스의 유량 중의 1 에 의하여 변화되는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1에 의하여 흡기 통로에 개방되는 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 통과 배기 가스량을 흡기 통로내의 압력과 그 흡기 통로내의 압력 이외의 파라미터의 함수로 표현된 함수식을 미리 구하고 저장하여, 그 함수식을 이용하여 흡기 통로 내의 압력으로부터 통과 배기 가스량을 산출하고, 상기 통로 용적 또는 가스의 유량에 따라 상기 흡기 통로 내의 압력 이외의 파라미터가 변하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
본발명에 따른 제 2 실시형태는, 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양인 통과 배기 가스량을 그 통과 배기 가스량을 변화시키는 파라미터를 이용하여 산출하고, 그 산출된 통과 배기 가스량을 이용하여, 내연기관의 실린더 내에 유입하는 배기 가스의 양인 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량의 산출시스템에 있어서, 상기 파라미터의 값을 숙독하여, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 시간에 상당하는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 반영하고, 이 데드 타임과 추종 지연이 반영된 숙독값을 이용하여 통과 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이다.
상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관에는 복수의 실린더가 제공되고 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더내의 실제 실린더내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 그 분배 상수를 곱하여 각 실린더에 있어서의 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 설정되어 있는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연 기관에 가변적인 폐쇄 타이밍을 갖는 흡기 밸브가 제공되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1 에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 또는 가스의 유량중의 1 에 의하여 변화되는 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
본발명의 제 3 실시형태는 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로 및 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 흡기 통로 내에 유입하는 배기 가스의 양인 흡기 통로내 유입 배기 가스량을, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양인 통과 배기 가스량을 이용하여 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템에 있어서, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 흡기 통로에 도달하는데 걸리는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 흡기 통로내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 고려하여, 흡기 통로내 유입 배기 가스량을 산출하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이다.
상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템인 것이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관에는 복수의 실린더가 제공되고, 상기 배기 가스 재순환 통로는 각각의 실린더에 연결된 흡기 통로에 연결되고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에 연결된 실제 흡기통로내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 흡기 통로 유입 배기 가스량에 그 분배 계수를 곱하여 각 실린더에 연결된 흡기 통로내의 흡기 통로 유입 배기 가스량을 산출하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 설정되어 있는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연 기관에 가변적인 폐쇄 타이밍을 갖는 흡기 밸브가 제공되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 변하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1 에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 또는 가스의 유량중의 1 에 의하여 변화되는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 또는 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적이 변화 중의 1에 의하여 흡기 통로에 개방되는 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 통과 배기 가스량을 흡기 통로내의 압력과 그 흡기 통로내의 압력 이외의 파라미터의 함수로 표현된 함수식을 미리 구하고 저장하여, 그 함수식을 이용하여 흡기 통로 내의 압력으로부터 통과 배기 가스량을 산출하고, 상기 통로 용적 또는 가스의 유량에 따라 상기 흡기 통로 내의 압력 이외의 파라미터가 변하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
본발명의 제 4 실시형태는 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양인 통과 배기 가스량을, 그 통과 배기 가스량을 변화시키는 파라미터를 이용하여 산출하고, 그 산출된 통과 배기 가스량을 이용하여, 흡입통로에 유입하는 배기 가스의 양인 흡입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출 시스템에 있어서, 상기 파라미터의 값을 숙독하여, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 반영하고, 이 데드 타임과 추종 지연이 반영된 숙독값을 이용하여 통과 배기 가스량을 산출하는 흡기통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이다.
상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관에는 복수의 실린더가 제공되고, 상기 배기 가스 재순환 통로는 각각의 실린더에 연결된 흡기 통로에 연결되고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에 연결된 실제 실린더내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 흡기 통로 유입 배기 가스량에 그 분배 계수를 곱하여 각 실린더에 연결된 흡기 통로내의 흡기 통로 유입 배기 가스량을 산출하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 설정되어 있는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 상기 내연 기관에 가변적인 폐쇄 타이밍을 갖는 흡기 밸브가 제공되고, 상기 추종 지연 및 데드 타임의 설정이 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 변하는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
또한, 기관 운전상태에 따라 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 또는 기관 운전상태에 따라 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1 에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 또는 가스의 유량중의 1 에 의하여 변화되는 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템이 바람직하다.
본발명에 따른 목적들은 첨부된 도면을 참조하여 발명의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 제어 시스템을 구비한 내연기관 전체를 나타내는 도면이다.
도 2 는 EGR 시스템을 구비하고 있지 않은 내연기관에 적용가능한 실린더내 유입가스량 모델을 나타내는 도면이다.
도 3 은 스로틀 개방도와 유량 계수와의 관계도이다.
도 4 는 스로틀 개방도와 개구 단면적과의 관계도이다.
도 5 는 함수 Φ(Pm/Pa)를 나타내는 도면이다.
도 6 은 스로틀 모델의 기본개념을 나타내는 도면이다.
도 7 은 EGR 장치를 구비하고 있지 않은 내연기관에 적용가능한 흡기관 모델의 기본개념을 나타내는 도면이다.
도 8 은 흡기 밸브 모델의 기본개념을 나타내는 도면이다.
도 9 는 실린더내 충전 가스량 및 실린더내 유입 가스유량의 정의에 관한 도면이다.
도 10 은 EGR 장치를 구비한 내연기관에 적용가능한 본 발명의 실린더내 유입가스량 모델을 나타내는 도면이다.
도 11 은 EGR 장치를 구비한 내연기관에 적용가능한 흡기관 모델의 기본개념을 나타내는 도면이다.
도 12 는 EGR 제어밸브 통과 가스유량의 산출의 기본개념을 나타내는 도면이다.
도 13 은 기관 부하율과 배기압과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 14 는 EGR 제어밸브 통과가스 유량과 배기 온도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15 는 EGR 제어밸브 통과가스 유량이 변하였을 때의 유입 배기 가스 재순환율의 변화를 나타내는 도면이다.
도 16A 는 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 데드 타임 (Td1)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16B 는 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 시정수(τ1)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17A 는 실린더내 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 데드 타임(Td2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17B 는 실린더내 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 시정수(τ2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18 은 실린더내 유입 배기 가스 유량 megr-egr을 산출하는 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 19A 는 크랭크 샤프트가 360˚회전하는데 걸리는 시간(T360˚)과 데드 타임(Td)사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19B 는 크랭크 샤프트가 360˚회전하는데 걸리는 시간(T360˚)과 시정수(τ) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20A 는 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 데드 타임(Td1) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20B 는 유입 배기 가스 재순환율에 관한 기관 회전수(NE)와 평활율(N1)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21A 는 실린더내 유입 배기 가스 유량에 관한 기관 회전수(NE)와 데드 타임(Td2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22 는 실린더내 유입 배기 가스 유량 (megr-egr)을 산출하는 루틴를 나타내는 플로우 차트이다.
도 23 은 각 실린더의 분배 계수를 고려하여 실린더내 유입 배기 가스 유량 (megr-egr)을 산출하는 루틴를 나타내는 플로우 차트이다.
도 24 는 각 실린더의 분배 계수, 데드 타임 및 시정수를 고려하여 실린더내 유입 배기 가스 유량(megr-egr)을 산출하는 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 25A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA)과 데드 타임(Td2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA)과 시정수(τ2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA)과 데드 타임(Td2)에 관한 보정 계수(Ktd)를 나타내는 도면이다.
도 26B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA)과 시정수(τ2)에 관한 보정 계수(Kτ)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA)와 데드 타임(Td2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 시정수(τ2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 데드 타임(Td2)에 관한 보정 계수 (Ktd)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 시정수(τ2)에 관한 보정 계수(Kτ)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 데드 타임(Td2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 시정수(τ2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30A 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 데드 타임(Td2)에 관한 보정 계수(Ktd)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30B 는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(CA) 및 시정수(τ2)에 관한 보정 계수(KT)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 31 은 EGR 제어밸브 통과가스량 (mmegr)를 설명하는 도면이다.
도 32 는 배기압(Pe), 배기온도(Te) 및
Figure 112005032174411-pct00001
를 나타내는 선도이다.
도 33A 는 함수Φ(Pm/Pe)를 나타내는 선도이다.
도 33B 는 함수Φ(Pm/Pe)를 나타내는 선도이다.
도 34 는 기관 부하율(KLon)과 흡기관 압력(Pm)과의 관계의 일 예를 나타내는 선도이다.
도 35A 는 기관 회전수(NE), EGR 개방도(θe), 및 기울기(e1*)의 관계를 나타내는 선도이다.
도 35B 는 기관 회전수(NE), EGR 개방도(θe), 및 기울기(e2*)의 관계를 나타내는 선도이다.
도 35C 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 기울기(e1*)의 맵을 나타낸다.
도 35D 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 기울기(e2*)의 맵을 나타낸다.
도 36 은 접속점에서의 흡기관 압력(d*) 를 나타내는 선도이다.
도 37A 는 접속점에서의 기관 회전수(NE), EGR 개방도(θe), 및 기관 부하율(r*)를 나타내는 선도이다.
도 37B 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 기관 부하율(r*)의 맵을 나타내는 선도이다.
도 38 은 기관 부하율(KLon) 및 흡기관 압력(Pm)과의 관계의 일 예를 나타내는 선도이다.
도 39 는 기관 부하율(KLoff) 및 흡기관 압력(Pm)과의 관계의 일 예를 나타내는 선도이다.
도 40A 는 기관 회전수(NE) 및 기울기(a1*)의 관계를 나타내는 선도이다.
도 40B 는 기관 회전수(NE) 및 기울기(a2*)의 관계를 나타내는 선도이다.
도 41 은 접속점에 있어서의 기관 부하율(c)을 나타내는 선도이다.
도 42 는 △KL을 설명하는 선도이다.
도 43 은 EGR 제어밸브 가스유량(megr)의 산출 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 44 는 차 (△KL)와 흡기관 압력(Pm)과의 관계의 일 예를 나타내는 선도이다.
도 45A 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 기관 부하율(h1*)의 맵을 나타내는 선도이다.
도 45B 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 기관 부하율(h2*)의 맵을 나타내는 선도이다.
도 45C 는 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수의 접속점에서의 차(i*)의 맵을 나타내는 선도이다.
도 46 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)의 산출루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 47 은 EGR 개방도(θe)와 스텝수(STP)와의 관계를 나타내는 선도이다.
도 48A 는 엔진 냉각수 온도(THW) 및 엔진 워밍업 보정 계수(kwu)를 나타내는 선도이다.
도 48B 는 지연 각(RTD) 및 지연 보정 계수(krtd)의 관계를 나타내는 선도이다.
도 48C 는 증량 보정(Finc) 및 증량 보정 계수(kinc)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 49 는 본발명의 또 다른 실시형태의 내연기관의 부분도이다.
도 50A 는 흡기관 압력(Pm) 및 기관 부하율(KLon 및 KLoff)늬 관계를 나타내는 선도이다.
도 50B 는 흡기관 압력(Pm) 및 기관 부하율(KLon 및 KLoff)을 나타내는 선도이다.
도 51A 는 선회류 제어밸브(swirl control valve)를 구비한 내연기관의 흡기관을 나타내는 도면이다.
도 51B 는 도 51A 의 상태로부터 독립된 선회류 제어밸브를 구비한 내연기관의 흡기관을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하도록 하겠다.
도 l 은 본 발명에 따른 내연기관의 전체도이다. 이하에서는, 실린더내 분사형(또는 직접분사) 불꽃점화식 내연기관을 예를들어 설명하겠지만, 본 발명은 다른 불꽃점화식 내연기관에도 적용가능하다. 도 1 에 있어서, 1은 기관 본체, 2는 기관 블록, 3 은 피스톤, 4는 실린더 헤드, 5는 실린더(연소 챔버), 6은 흡기 밸브, 7은 흡기 포트, 8은 배기 밸브, 9는 배기 포트, l0은 점화 플러그. 11은 연료 분사기, 12는 캐비티(cavity)를 각각 나타낸다.
흡기 포트(7)는 각 실린더(5)마다 흡기관(13)을 통해 서지 탱크(surge tank,14)에 연결된다. 서지 탱크(4)는 상류측 흡기관(15)를 통해 에어 클리너(16)에 연결되어 있다. 상류측 흡기관(15)내에는, 스텝 모터(17)에 의해서 구동되는 스로틀 밸브(18)가 배치된다. 또한, 배기 포트(9)는 배기관(19)에 연결된다. 이 배기관(19)은 배기 정화 장치(20)에 연결된다.
배기관(19)은, 배기 가스 재순환 통로(이하, "EGR 통로"라 한다)를 통해 흡기관(13)에 연결된다. EGR 통로(21) 내에는 EGR 통로(21)를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어밸브(22)가 배치된다. 내연기관의 실린더(5)로부터 배출된 배기 가스는 이 EGR 통로(21)를 통해 다시 실린더내에 도입된다. 이하에서는, 상기 EGR 통로(2l)를 통해 실린더내에 재순환되는 배기 가스를 "EGR 가스"라고 하겠다.
전자 제어 유닛(ECU,31)은 양방향성 버스(32)를 통해 서로 연결된 랜덤 액 세스 메모리(RAM,33), 리드 온리 메모리(ROM,34), 마이크로 프로세서(CPU,35), 입력 포트(36) 및 배출 포트(37)를 구비하는 디지털 컴퓨터로 이루어진다.
흡기관(13)에는 이 흡기관(13)내의 압력(이하, "흡기관 압력"이라 한다)을 검출하기 위한 흡기관 압력 센서(40)가 부착된다. 흡기관 압력 센서(40)는 흡기관 압력에 비례하는 출력 전압을 발생시킨다. 이 센서의 출력전압은 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입구 포트(36)에 입력된다.
또한, 내연기관은 스로틀 밸브(18)의 개방도를 감지하는 스로틀 개방도 센서(43), 내연기관 주위의 대기의 압력 또는 상류측 흡기관(15)에 흡입되는 공기의 압력(흡기 압력)을 검출하기 위한 대기압 센서(44), 및 상류측 흡기관(15)에 흡입되는 공기의 온도(흡기 온도)를 검출하는 대기 온도 센서(45)를 구비한다. 이들 센서(44,45)는 각각 대기압 및 대기 온도에 비례하는 출력전압을 발생시킨다. 이들 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입력 포트(36)에 입력된다.
또한, 가속 페달(46)에는 이 가속 페달(46)의 누름 양에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 부하 센서(47)가 연결된다. 부하 센서(47)의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입력 포트(36)에 입력된다. 또한, 내연기관은 크랭크 각 센서(48)를 구비한다. 크랭크 각 센서(48)는, 예를 들어 크랭크 샤프트가 30도 회전할 때마다 출력 펄스를 발생한다. 이 출력 펄스가 입력 포트(36)에 입력된다. CPU(35)는, 크랭크 각 센서(45)의 출력 펄스로부터 기관 속도를 산출한다.
다른 한편으로, 상기 배출 포트(37)는 대응하는 구동 회로(39)를 통해 점화 플러그(10), 연료 분사기(11), 스텝 모터(7) 및 EGR 제어밸브(22)에 연결된다. EGR 제어 밸브(22)의 개방도는 배출 포트(37)로부터 EGR 제어 밸브(22)로 보내진 스텝 신호에 따라 ECU(31)에서 산출된다.
연료 분사기(10)로부터 실린더(5)내에 분사될 연료의 양(이하, "연료 분사량"이라 한다)은 실린더(5)내의 혼합가스의 공연비(air fuel ratio)가 정확히 목표 공연비가 되도록 실린더(5)내에 충전되는 공기의 양에 따라 결정된다는 점을 주목하여야 한다. 따라서, 실린더(5)내의 혼합가스의 공연비를 정확하게 목표 공연비로 하기 위해서, 실린더(5)내에 충전된 공기의 양(이하, "실린더내 충전 공기량"이라 한다.)을 정확히 파악할 필요가 있다. 이 경우, 실린더내 충전 공기량을 추정하는 방법으로, 스로틀 밸브(18)를 통과하는 공기의 질량 유량(mass flow)을 검출하는 공기 유량계 또는 다른 센서를 내연기관에 부착하고, 이 센서의 출력치를 변수로 하는 실린더내 충전 공기량 산출용 맵을 미리 준비하여, 센서의 출력치 및 맵으로부터 실린더내 충전 공기량을 추정하는 방법이 있다.
그러나, 실린더내 충전 공기량을 추정하기 위한 맵을 이용하는 경우 실린더내 충전 공기량을 정확히 추정하기 위해서는 맵의 수 및 그 인수(argument)의 수를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 만약 맵의 수를 증가시키면 이 맵을 저장하는 ROM(34)의 기억 용량의 확장이 요구되고, 이로 인해 내연기관의 비용이 비싸게 된다. 또한, 맵을 이용하여 실린더내 충전 공기량을 추정하는 경우, 내연기관의 각 기종마다 또는 같은 기종의 내연기관이더라도 개개의 내연기관마다, 맵을 작성하여야 하므로, 맵을 작성하는데 많은 노동력이 소비된다. 또한, 맵의 인수를 많게 하여 실린더내 충전 공기량을 보다 정확히 추정하려고 하면, 맵의 작성에 소 요되는 노동력이 대폭 상승된다.
따라서, 맵 대신에, 모델로부터 유도된 식을 이용한 수치 계산에 의해, 실린더내 충전 공기량을 산출하는 방법이 연구되고 있다. 이 방법은 본원출원인에 의해서 이미 출원되어 있다.(일본특허출원 200l-316350) 이 방법은, 실린더로 배기 가스가 재순환되지 않은 내연기관에 적용되는 방법이기 때문에, 본 실시형태의 EGR 장치가 구비된 내연기관에 그대로 적용할 수 없지만, 본 실시형태에 적용될 후술하는 방법을 이해하는데 참고가 되기 때문에, 우선 상기 방법에 관해서 설명한다.
상기 방법은, 도 2 에 도시된 모델(이하, "실린더내 유입 가스량 모델" 이라 한다.)로부터 유도된다. 도 2 에 나타낸 실린더내 유입 가스량 모델(20)은 스로틀 모델(M21), 흡기관 모델(M22), 및 흡기 밸브 모델(M23)을 포함한다.
상기 스로틀 모델(M21)에는, 스로틀 개방도 센서(43)에 의해서 감지되는 스로틀 개방도(θt,스로틀 개방도), 대기압 센서(45)에 의해 감지되는 대기압 (Pa), 대기 온도 센서(44)에 의해서 감지되는 대기 온도(Ta), 및 흡기관 모델(M22)에서 산출되는 흡기관(13)내의 압력(Pm ,이하 "흡기관 압력"이라 한다.)이 입력된다. 이 모델(M21)에서, 입력된 파라미터로부터 단위시간당 스로틀 밸브(18)를 통과하는 공기의 유량(mt , 이하, "스로틀 밸브 통과 공기유량"이라한다.)이 산출된다.
또한, 흡기관 모델(M22)에는, 상기 스로틀 모델(M21)에 있어서 산출된 스로 틀 밸브 통과 공기유량(mt), 흡기 밸브 모델(M23)에 있어서 산출되는 단위시간당 실린더(5)내에 유입하는 가스의 유량(mc , 이하, "실린더내 유입 가스유량"이라 한다), 및 대기 온도(Ta)가 입력된다. 상기 모델(M22)에 있어서, 이들 입력된 파라미터로부터, 흡기관 압력(Pm), 및 흡기관(13)내의 가스의 온도(Tm, 이하, "흡기관 온도"라 한다)가 산출된다.
또한, 흡기 밸브 모델(M23)에서는, 상기 흡기관 모델(M22)에서 산출된 흡기관 압력(Pm), 흡기관 온도 (Tm), 및 대기 온도(Ta)가 입력된다. 이 모델(M23)에서, 입력된 파라미터로부터 실린더내 유입 가스유량(mc)이 산출된다. 또한, 이 방법에 의해, 이하에서 설명하는 것처럼, 이 실린더내 유입 가스유량(mc)을 이용하여 상기 실린더(5)내에 유입되는 가스의 양(Mc, 이하, "실린더내 충전 가스량"이라한다)이 산출된다.
도 2 로부터 알 수 있듯이, 실린더내 유입 가스량 모델(M20)에서는, 서로 다른 모델에서 산출되는 파라미터 값이 별도의 모델에 입력되는 파라미터 값으로 이용되기 때문에, 실린더내 유입가스량 모델 (M20)에 실제로 입력되는 파라미터 값은, 스로틀 개방도(θt), 대기압(Pa) 및 대기 온도(Ta)뿐이다. 즉, 이 방법에 따르면 3개의 파라미터로부터 실린더내 충전 가스량(Mc)이 산출된다고 할 수 있다.
다음, 각 모델(M21∼M23)에 관해서 상세히 설명한다. 스로틀 모델(M21) 에서는, 대기압(Pa), 대기 온도(Ta), 흡기관 압력(Pm), 및 스로틀 개방도(θt)를 다음식(1)에 입력하여 이 식을 풀어 스로틀 밸브 통과 공기유량(mt)이 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00002
식(1)에 있어서, μt는 스로틀 밸브에 있어서의 유량 계수이고, 스로틀 개방도(θt)의 함수이며, 도 3 에 도시된 맵으로부터 정해진다. 또한, At는 스로틀 밸브의 개구 단면적이고, 스로틀 개방도(θt)의 함수이며, 도 4 에 나타낸 맵으로부터 정해진다. 또한, 이들 유량 계수μt 및 개구 단면적 At 를 곱한 μt·At를 스로틀 개방도(θt)의 함수로 1개의 맵으로 구해도 된다. 또한, R 은 기체상수에 관한 상수이고, 이른바 기체상수(R*) 를 소위 1몰당의 공기의 질량(Ma)로 나눈 값이다.(R= R*/Ma)
또한, Φ(Pm/Pa)는 다음식(2)에 나타난 바와 같이 Pm/Pa를 변수로 하는 함수이다.
Figure 112005032174411-pct00003
식(2)에 있어서, k는 비열(specific heat ratio)이고, 이 방법에서 이는 상수이다.
또, 함수 Φ(Pm/Pa)와 Pm/Pa 는, 도 5 에 도시된 관계가 있다. 따라서, 식(2) 대신에, Pm/Pa를 변수로 하는 함수Φ(Pm/Pa)의 산출용 맵을 ROM(34)에 미리 저장하여, Pm/Pa 및 이 맵으로부터 함수Φ(Pm/Pa)의 값을 산출하는 것도 가능하다.
또, 이들 식(1) 및 (2)는, 스로틀 밸브(18) 상류측의 공기의 압력을 대기압( Pa)으로, 스로틀 밸브(18) 상류측의 공기의 온도를 대기 온도(Ta)로, 스로틀 밸브(18)을 통과한 공기의 압력을 흡기관 압력(Pm)으로 하여, 스로틀 밸브(18)에 관해 도 6 에 도시된 모델에 기초로 스로틀 밸브(18) 상류측의 공기 및 스로틀 밸브(18)를 통과한 공기와의 사이에서 질량보존의 법칙, 에너지 보존의 법칙, 및 운동량 보존의 법칙하에서 성립하는 관계식, 기체 상태 방정식, 비열비의 정의식(k= Cp/Cv), 및 메이어(Meyer) 관계식(Cp= Cv+ R*)을 이용하여 유도된다. 여기서, Cp는 정압비열, Cv는 정적비열이고, R*은 이른바 기체상수이다. ,
다음, 흡기관 모델(M22)에 관해 설명한다. 흡기관 모델(M22)에서는, 스로틀밸브 통과 공기유량(mt)과 실린더내 유입 가스유량(mc)과 대기 온도(Ta)를 다음식 (3) 및 (4)에 입력하여 이들 식을 풀어 흡기관 압력(Pm) 및 흡기관 온도(Tm)가 산출된다:
Figure 112005032174411-pct00004
위 식 (3) 및 (4) 에서, V는 스로틀 밸브(8)로부터 흡기 밸브(6), 서지 탱크(14), 흡기관(l3), 및, 흡기 포트(7) (이하에서는 이들을 "흡기관부"라 한다)까지의 흡기관(15)의 전체 용적이고, 통상적으로 일정치이다.
또, 이들 식 (3) 및 (4) 는, 흡기관부에 관한 도 7 에 도시된 바와 같은 모델을 기초로 흡기관부분에 유입하는 공기와 흡기관부로부터 유출하여 상기 실린더내에 유입하는 공기와의 사이에서 질량보존의 법칙 및 에너지보존의 법칙하에서 성립하는 관계식으로부터 유도된다.
구체적으로, 흡기관부 내의 전체 공기량을 M 으로 하면 , 이 전체 공기량(M)의 시간적 변화는, 흡기관부에 유입하는 공기의 유량(즉, 스로틀 밸브 통과 공기유량,mt)과 흡기관부로부터 유출되어 상기 실린더내에 유입하는 공기의 유량 (즉, 실린더내 유입 가스유량, mc)과의 차이와 같으며, 질량보존의 법칙상 다음식(5)이 성립한다.
Figure 112005032174411-pct00005
또한, 이 식(5)과 기체의 상태방정식(Pm·V= M·R*·Tm)으로부터 상기 식(3)이 유도된다.
또한, 흡기관부 내의 공기의 에너지(M·Cv·Tm) 양의 시간적 변화는 흡기관부에 유입되는 공기 에너지의 양 및 흡기관부로부터 유출되어 상기 실린더내로 흐르는 공기의 에너지의 양의 차이와 같고, 따라서 만약, 흡기관부로 유입되는 공기의 온도를 대기 온도(Ta), 흡기관부로부터 유출되어 실린더내로 유입되는 공기의 온도를 흡기관 온도(Tm) 이라 하면, 에너지 보존법칙 하에서 다음의 식(6)이 성립된다.
Figure 112005032174411-pct00006
또한, 상기 식(4)는 위의 식(6)과 기체의 상태방정식으로부터 유도된다.
다음, 흡기 밸브 모델(M23)에 대해 설명한다. 이 흡기 밸브 모델(M23)에서는, 흡기관 압력(Pm), 흡기관 온도(Tm), 및 대기 온도(Ta)를 다음 식(7)에 넣어 이 식을 풀어 실린더내 유입 가스유량(mc)을 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00007
위 식(7)에 있어서, a 및 b 는 변수로서 기관 회전수(NE)를 이용하여 구한다. 또한, 내연기관에 있어서, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍 또는 폐쇄 타이밍에 상당하는 밸브 타이밍 및 개방 시간에 상당하는 작용각이 적어도 하나가 변하는 경우에는, 식(7)에 있어서 a 및 b는 기관 회전수(NE)와 밸브 타이밍 또는 위상각(phase angle) 또는 이들 양쪽을 변수로하여 구한 값이다. 다르게 표현하면, 식(7) 에 있어서 a는 비례 계수이고, b는 배기 밸브(8)의 폐쇄시 실린더(5)내에 잔존하는 가스의 양을 나타내는 값이다.
또한, 식(7)에 있어서는, 기관 운전상태가 변할 때 즉, 과도 운전(transient operation)시에는, 흡기관 온도(Tm)이 크게 변할 경우가 생기기때문에, 이 흡기관 온도(Tm)의 변화를 보상하기 위한 보정 계수로서, 이론 및 경험으로부터 유도된 Ta/Tm이 사용된다.
식(7)은 흡기 밸브(6)에 관한 것임에 주목할 필요가 있다. 도 8 에 도시된 모델을 기초로, 하에서 상세히 설명하는 바와 같이 실린더내 유입 가스유량(mc)은 이 흡기관 압력(Pm)에 비례하며 이론 및 경험칙으로부터 유도된다. 즉, 실린더내 유입 가스량(Mc)은 흡기 밸브(6)의 폐쇄 시에 최종적으로 확정되어 흡기 밸브(6)의 폐쇄 시의 상기 실린더(5)내의 압력에 비례한다. 여기서, 흡기 밸브(6)의 폐쇄 시의 상기 실린더(5)내의 압력은 흡기 밸브(6) 상류측의 공기의 압력(즉, 흡기관 압력,Pm)과 같다고 간주할 수 있으므로, 실린더내 충전 가스량(Mc)은 흡기관 압력(Pm)에 비례하게 근접시킬 수 있다.
다른 한편으로, 실린더내 충전 가스량(Mc)은 흡기 밸브(6)의 개방 기간 동안 상기 실린더(5)내에 유입하는 공기의 유량(실린더내 유입 가스유량,mc)을 흡기 밸브(6)의 개방 시간에 대해 적분함으로써 구한다. 즉, 실린더내 충전 가스량(Mc)과 실린더내 유입 가스유량(mc) 사이에는, 실린더내 유입 가스유량(mc)을 시간 에 대해 적분한 값이 실린더내 충전 가스량(Mc)인 관계가 있다. 이 방법으로, 실린더내 충전 가스량(Mc)이 흡기관 압력(Pm)에 비례하고, 실린더내 충전 가스량(Mc) 및 실린더내 유입 가스유량(mc) 사이에, 실린더내 유입 가스유량(mc)의 시간에 대한 적분치가 실린더내 충전 가스량(Mc)이라는 관계가 있기 때문에, 실린더내 유입 가스유량(mc)도 흡기관 압력(Pm)에 비례한다고 간주할 수 있다.
따라서, 이 방법에서는, 실린더내 유입 가스유량(mc)이 흡기관 압력(Pm)에 비례한다고 간주하여 이론 및 경험칙으로부터 식(7)이 유도된다. 식(7)에 의해서 산출되는 실린더내 유입 가스유량(mc)은 단위시간당 흡기관부로부터 유출하는 공기의 유량의 평균값이기 때문에, 실린더내 유입 가스유량(mc)에, 내연기관의 1 사이클에 소요되는 시간을 상기 실린더수로 나눈 시간을 곱하여 각 실린더(5)에 있어서의 실린더내 충전 가스량(Mc)이 산출된다.
다음, 4개의 실린더를 구비한 내연기관의 실시예를 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9 에서는 가로축이 크랭크 각이고 세로축이 단위 시간에 흡기관부로부터 실린더(5)에 유입하는 공기의 양이다. 또한, 도 9 에 나타낸 실시예에서, 흡기 행정(storke)이 제 1 기관, 제 3 기관, 제 4 기관, 및 제 2 기관의 순서로 행해진다. 이와 같이 흡기 행정이 행하여지면 흡기관부로부터 각 실린더에 유입하는 공기의 유량은 도 9 의 파선으로 도시된 바와 같이 변화한다. 그 결과 , 흡기관 부로부터 유출되는 공기의 유량은 도 9 의 실선으로 나타낸 바와 같이 변하게 된다.
또한, 흡기관부로부터 유출되는 공기의 유량(도 9의 실선)의 평균값이 실린더내 유입 가스유량(mc)이고, 도 9 에서 파선으로 나타내었다. 따라서, 각 실린더(5)에 있어서의 실린더내 충전 가스량(Mc)은 실린더내 유입 가스유량(mc, 도 9의 파선)에 내연기관의 1 사이클에 소요되는 시간(도 9 에서는 크랭크 샤프트가 720°회전하는데 걸리는 시간)을 상기 실린더수(도 9 의 실시예에서는 4개)로 나눈 시간, 즉 도 9 의 실시예에서는 크랭크 샤프트가 180°회전하는데 걸리는 시간을 곱하여 산출된다. 또한, 산출된 각 실린더(5)에 있어서의 실린더내 충전 가스량 (Mc)은, 예를 들어 도 9의 사선에 일치하게 된다.
다음, 상술한 실린더내 유입가스량 모델(M20)을 내연기관에 적용하였을 때의 실린더내 충전 가스량(Mc)의 산출방법에 관해서 설명한다. 실린더내 충전 가스량 (Mc)은 실린더내 유입가스량 모델(M20)의 각 모델의 식 (1)∼(4) 및 (7) 으로부터 구해지지만, 이들 5 개의 식은 내연기관에 적용될 때에는, ECU(31)으로 처리가능하도록 이산화(discrete)된다. 즉, 시간을 t 로 하여, 계산 간격(계산 주기)를 △t로 하면, 이들 5개의 식은, 다음식 (8)∼(12) 처럼 이산화된다.
Figure 112005032174411-pct00008
Figure 112005032174411-pct00009
이와 같이 이산화되어 내연기관에 장착된 실린더내 유입가스량 모델(M20)에 의하면, 스로틀 모델(M21)에 있어서 산출되는 시간 t 에서의 스로틀 밸브 통과 공기유량(mt(t)) 과, 흡기 밸브 모델(M23)에 있어서 산출되는 시간 t 에서의 실린더내 유입 가스유량(mc(t))과, 시간 t 에서의 흡기관온도(Tm(t))를 흡기관 모델(M22)의 식(10) 및(11)에 넣고 이를 풀어 시간(t + △t)에 있어서의 흡기관 압력 Pm(t + △t) 및 흡기관 온도 Tm(t + △t)가 산출된다.
또한, 흡기관 모델(M22)에서 산출된 흡기관 압력 Pm(t + △t)과 시간 t에서의 스로틀 개방도(θt(t))를 스로틀 모델(M21)의 식(8) 및 (9)에 입력하여, 이를 풀면 시간(t + △t)에 있어서의 스로틀 밸브 통과 공기유량 (mt(t + △t))이 산출된 다. 또한, 흡기관 모델(M22)에 있어서 산출된 흡기관 압력 (Pm(t + △t)) 및 흡기관온도 (Tm(t + △t))를 흡기 밸브 모델(M23)의 식(12)에 입력하여, 이 식을 풀어 시간(t + △t)에 있어서의 실린더내 유입 가스유량((mc)(t + △t))이 산출된다.
이러한 계산을 되풀이하여, 임의의 시간에서의 실린더내 유입 가스유량(mc)이 산출된다. 그리고, 이 산출된 실린더내 유입 가스유량(mc)에 1 사이클에 걸리는 시간을 실린더수로 나눈 시간을 곱하면, 임의의 시간에서의 각 실린더의 실린더내 충전 가스량(Mc)이 산출된다.
또한, 내연기관의 시동시, 즉 시간 t = O 에서는, 흡기관 압력(Pm)은 대기압 (Pa)와 같고(Pm(0)= Pa), 흡기관 온도(Tm)는 대기 온도(Ta)와 같다고(Tm (0)= Ta) 가정하여, 각 모델(M21 ∼ M23)에 있어서의 계산이 시작된다. 또한, 상술한 실린더내 유입가스량 모델(M20)에 있어서 사용되는 대기압 Pa 및 대기 온도 Ta 로서, 해당 모델(M20)의 계산이 시작되었을 때의 대기압 및 대기 온도를 연속적으로 사용해도 되며, 시간 t에서의 대기압 (Pa(t)) 및 대기 온도 (Ta(t))를 사용해도 된다.
다음, 도 1 에 도시된 EGR 장치를 갖는 내연기관에 적용가능한 실린더내 유입가스 모델에 관해서 설명한다. 실린더내에 유입하는 가스중의 공기(신기(fresh air))의 유량을 실린더내 유입 신기유량(mc-air) 라 칭하면, 이는 다음식(13)으로부터 구할 수 있다.
m c-air = m c - m c-egr ...(13)
식(13)에 있어서, mc는 실린더내에 유입하는 가스의 유량인 실린더내 유입 가스유량이고, mc-egr 는 실린더내에 유입하는 가스중의 배기 가스의 유량인 실린더내유입 EGR 가스유량이다.
여기서, 정상 운전시(예를 들어, 스로틀 개방도, EGR 개방도, 기관 회전수 등이 거의 일정하게 유지되어 있는 경우), EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스의 유량(이하, "EGR 제어밸브 통과 가스유량"이라 한다, megr)과 실린더내 유입 EGR 가스유량(mc-egr)은 같다.(mc-egr= megr) 따라서, 식(13)은 다음식(14)으로 고쳐 쓸 수 있다.
m c-air = m c - m egr ...(14)
따라서, 실린더내 유입 가스유량(mc) 및 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr) 이 구해지면, 실린더내 유입 신기유량이 구해지고 따라서, 흡기 밸브(6)의 폐쇄시 실린더(5)내에 충전되어 있는 공기(신기)의 양인 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 이 구해진다. 따라서, 제 l 실시형태에서는 실린더내 유입 가스유량(mc)을 산출하기위한 실린더내 유입가스량 모델로서 도 10 에 나타낸 모델(M10)을 사용한다. 도 10 에 도시된 실린더내 유입가스량 모델(Ml0)은 스로틀 모델(Ml1), 흡기관 모델 (M12)과, 흡기 밸브 모델(M13), 및 EGR 제어밸브 모델(M14)로 이루어진다.
스로틀 모델(M11)은 도 2 에 나타낸 스로틀 모델(M21)과 같은 모델이다. 흡기 밸브 모델(M13) 또한, 도 2 에 나타낸 흡기 밸브 모델(M23)과 같은 모델이다. 따라서, 상세한 설명은 생략하겠다. 간단히 설명하면, 스로틀 모델(Ml1)에서는, 스로틀 개방도(θt), 대기압(Pa), 대기 온도(Ta), 및 흡기관 압력(Pm)을 식(1)에 입력하여, 이 식을 풀어 스로틀밸브 통과 공기유량(mt)이 산출되며, 흡기 밸브 모델 (M13)에서는, 대기 온도(Ta), 흡기관 압력(Pm), 및 흡기관 온도(Tm)를 식(7)에 입력하여, 이 식을 풀어 실린더내 유입 가스유량(mc)이 산출된다.
흡기관 모델(M12)에는 스로틀 모델(M11)에서 산출된 스로틀 밸브 통과 공기유량(mt), 흡기 밸브 모델(Ml3)에서 산출된 실린더내 유입 가스유량(mc), 대기 온도 (Ta), 및 EGR 제어밸브 모델(M14)에서 산출되는 단위시간당 EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스의 유량(megr, 이하, "EGR 제어밸브 통과가스 유량"이라 한다)이 입력되고, 이들 입력된 파라미터로부터 흡기관 압력(Pm) 및 흡기관 온도(Tm)가 산출된다.
또한, EGR 제어밸브 모델 (M14)에 EGR 개방도(θe), 대기압(Pa), 대기 온도( Ta), 및 흡기관 모델(M12)에서 산출된 흡기관 압력(Pm) 및 배기 온도(Te)가 입력된다. 상기 모델 (M14)에 있어서, 이들 입력된 파라미터로부터 EGR 제어밸브 통과가스 유량 (megr)이 산출된다. 도 10 으로부터 알 수 있듯이, 실린더내 유입가스 량 모델(Ml0)에서는, 각 모델에 있어서 산출되는 파라미터 값이 별도의 모델에게 입력되는 파라미터 값으로 이용되기 때문에, 실린더내 유입가스량 모델(M10)에 실제로 입력되는 파라미터 값은 스로틀 개방도(θt), EGR 개방도(θe), 대기압(Pa), 및 대기 온도(Ta)의 4개의 파라미터뿐이다. 즉, 본 실시형태에 따르면, 이들 4개의 파라미터로부터 실린더내 충전 가스량(Mc)이 산출된다고 할 수 있다.
다음, 흡기관 모델(M12) 및 EGR 제어밸브 모델 (M14)에 관해 상세히 설명하겠다. 흡기관모델 (M12)에서는, 스로틀 밸브 통과공기유량(mt), 실린더내 유입 가스유량(mc), 대기 온도 (Ta), EGR 제어밸브 통과가스 유량(megr), 및 배기온도 (Te)를 다음식 (15) 및 (16) 에 입력하여, 이들 식을 풀어 흡기관 압력 (Pm) 및 흡기관 온도 (Tm)가 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00010
이 식 (15) 및 (16)에 있어서도, V는 스로틀 밸브(18)로부터 흡기 밸브(6)까지의 흡기관부의 용적이고, 통상 일정치이다.
또, 흡기관 모델 (M22)에 관해 설명한 것과 같이, 이들 식(15) 및 식(16)은 흡기관부에 관하여, 도 11 에 도시된 모델을 기초로 흡기관부에 유입하는 공기, 흡기관부에 유입하는 배기 가스, 흡기관부로부터 유출하여 상기 실린더내에 유입하는 가스와의 사이에서 질량보존의 법칙 및 에너지보존의 법칙이 성립되는 관계식으로부터 유도된다.
또한, EGR 제어밸브 모델 (M14)에서는, EGR 개방도(θe), 흡기관 압력 (Pm), 배기압 (Pe), 및 배기온도 (Te)를 다음 식(17)에 입력함으로써, EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)이 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00011
이 식(17)에 있어서, μe는 EGR 제어밸브(22)에 있어서의 유량 계수이고, EGR 개방도(θe)의 함수이다. 또한, Ae는 EGR 제어밸브(22)의 개구 단면적이고, EGR 개방도(θe)의 함수이다. 또한, R은 기체상수에 관한 상수이고, 소위 기체상수(R*)를 1 몰당의 배기 가스의 질량(Me)으로 나눈 값이다. (Re= R*/Me).
또한, Pe는 EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스 압력이고, Te는 EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스의 온도이다. 또한, Φ(Pm/Pe)는, 다음식(18)에서 나타난 바와 같이, Pm/Pe를 변수로 하는 함수이다.
Figure 112005032174411-pct00012
이 식(18)은, 식(2)의 변수 Pm/Pa 를 변수 Pm/Pe로 대체한 것이다. 따라서, k 는 비열비이고, 본 실시형태에서는 일정치이다.
또, 함수 Φ(Pm/Pe) 및 Pm/Pe와의 사이에는 도 5 에 나타낸 바와 같은 관계가 있다. 따라서, 식(18) 대신에, Pm/Pe를 변수로 하는 함수Φ(Pm/Pe)의 산출용 맵을 ROM(34)에 미리 저장하여, 이 맵으로부터 Φ(Pm/Pe)의 값을 산출해도 된다.
또, 이들 식 (17) 및 (18)은, EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스의 압력을 배기압(Pe)로 하고, EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스의 온도를 배기온도(Te)로 하고, EGR 제어밸브(22)를 통과한 배기 가스의 압력을 흡기관 압력(Pm) 으로 하여, EGR 제어밸브에 관하여, 도 12에 나타낸 모델을 기초로 EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스와 EGR 제어밸브(22)를 통과한 배기 가스와의 사이에서 질량보존의 법칙, 에너지보존의 법칙과 운동량보존의 법칙하레서 성립하는 관계식, 기체의 상태방정식, 비열비의 정의식, 및 메이어 관계식을 이용하여 유도된다. 즉, 이들 식 (17) 및 (18)을 유도한 기본적인 사고는, 스로틀 밸브 통과공기 유량을 산출하는 식 (1) 및 (2)의 유도과정의 사고와 마찬가지다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 배기압(Pe), 배기온도(Te), 흡기관 압력(Pm) 및 EGR 개방도(θe)를 계산식에 입력하여, 수치 계산하여 EGR 제어밸브 통과가스 유량이 산출된다. 따라서, 이 경우에 이용되는 맵의 수가 적어지기 때문에, 맵의 작성 노동력을 대폭 저감할 수 있다.
다음, 실린더내 유입가스량 모델(M1O)를 내연기관에 장착하였을 때의 실린더내 충전 신기량 (Mc-air)의 산출방법에 관해서 설명한다. 실린더내 충전 신기량(Mc-air)은 실린더내 유입가스량 모델 (M1O)의 각 모델의 식(1), (2), (7) 및 (15) ~ (18)로부터 구해진다. 이들 7 개의 식은, 내연기관에 장착될 때에는, ECU(31)로 처리가능하도록 이산화된다. 즉, 시간을 t 로 하고, 계산 간격(계산 주기)를 △t로 하면, 식(1) 및 (7)은 상기 식 (8), (9) 및 (12)에 따라 이산화된다. 또한, 식(15) ∼ (18)은 각각 다음식(19) ∼ (22)와 같이 이산화된다.
Figure 112005032174411-pct00013
또한, 배기압(Pe) 및 배기온도 (Te)를 산출하기 위한 식도 다음식 (23) 및 (24)과 같이 이산화된다. 이들 식에 관한 상세한 것은 후술한다.
Figure 112005032174411-pct00014
Figure 112005032174411-pct00015
이와 같이 이산화되어 내연기관에 장착된 실린더내 유입가스량 모델 (M10)에의하면, 스로틀 모델 (M11)에 있어서 산출되는 시간 t 에서의 스로틀밸브 통과 공기유량 (mt(t)) , EGR 제어밸브 모델(M14)에서 산출되는 시간 t 에서의 EGR 제어밸브통과가스량 (megr(t)), 흡기 밸브 모델 (Ml3)에 있어서 산출되는 시간 t 에서의 실린더내 유입 가스유량(mc(t)) 및 시간 t 에서의 배기온도(Te(t))를 흡기관 모델 (M12)의 식 (19) 및 (20)에 입력하여, 이들 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 흡기관 압력 (Pm(t+ △t)) 및 흡기관 온도 (Tm (t+ △t))가 산출된다.
또한, 흡기관 모델(M12)에 있어서 산출된 시간(t+ △t)에 있어서의 흡기관 압력 (Pm(t+ △t)) 및 같은 시간(t+ △t)에서의 스로틀 개방도(θt(t+ △t))를 스로틀 모델(Ml1)의 식 (8) 및 (9) 에 입력하여, 이들 식을 풀어 같은 시간(t+ △t)에 있어서의 스로틀 밸브 통과 공기유량 (mt(t+ △t))가 산출된다. 또한, 흡기관 모델 (M12)에 있어서 산출된 시간(t+ △t)에 있어서의 흡기관 압력 Pm(t+ △t) 및 흡기관 온도 Tm(t+ △t)를 흡기 밸브 모델(M13)의 식(12)에 입력하여, 이 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 실린더내 유입 가스유량(mc)(t+ △t)가 산출된다.
또한, 흡기관 모델(M12)에 있어서 산출된 시간(t+ △t)에 있어서의 실린더내 유입 가스유량(mc(t+ △t))과, 전회의 루틴에서 EGR 제어밸브 모델(M14)에 있어서 산출된 시간 t 에서의 EGR 제어밸브 통과가스 유량 megr(t) 을 식(14)에 입력하여, 이 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 실린더내 유입 신기유량(mc-air(t+ △t))가 산출된다.
또한, 흡기관 모델 (M12)에 있어서 산출된 시간(t+ △t)에 있어서의 흡기관 압력 (Pm(t+ △t)), 같은 시간(t+ △t)에 있어서의 배기압 (Pe(t+ △t)), 및 같은 시간(t+ △t)에 있어서의 EGR 개방도(megr (t+ △t)) 를 EGR 제어밸브 모델 (M14)의 식(21) 및 (22)에 입력하여, 이들 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 EGR 제어밸브 통과가스 유량(megr(t+ △t))이 산출된다. 또한, 시간(t+ △t)에 있어서의 기관 부하율(KL(t+ △t)), 같은 시간(t+ △t)에 있어서의 기관 회전수 (NE)를 식(23)에 입력하여, 이 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 배기압 (Pe(t+ △t))가 산출된다.
또한, 시간 t 에서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr(t)), 시간(t+ △t)에 있어서의 기관 회전수((NE)(t+ △t))를 식(24)에 입력하여, 이 식을 풀어 시간(t+ △t)에 있어서의 배기온도(Te(t+ △t))가 산출된다. 이렇게 해서 산출된mc(t+ △t), megr(t+ △t), mt(t+ △t)는, 다시 흡기관 모델 (M12)의 식(19) 및 (20)에 입력된다. 이러한 계산을 되풀이 하여, 임의의 시간에서의 실린더내 유입 신기유량(mc-air) 가 산출된다. 또한, 이렇게 산출된 실린더내 유입 신기유량(mc-air)에, 전술한 1 사이클에 걸리는 시간을 실린더수로 나눈 시간을 곱하여 임의의 시간에서 의 각 실린더의 실린더내 충전 신기량(Mc-air)이 산출된다.
내연기관의 시동시, 즉 시간 t= O 에서 흡기관 압력 (Pm)은 대기압 (Pa)과 같고 (Pm (0)= Pa), 흡기관 온도 (Tm) 및 배기 온도 (Te)는 대기 온도 (Ta)와 같다고 (Tm (0)= Ta, Te (0)= Ta) 가정하여 , 각 모델 M(11) ∼ M(13)에 있어서의 산출이 시작된다. 또한, 상술한 실린더내 유입 가스량 모델 (Ml0)에 있어서 사용되는 대기압 (Pa) 및 대기 온도 (Ta)로서, 해당 모델 (Ml0)의 계산이 시작될 때 대기압 및 대기 온도가 항상 사용될 수 있다. 또한, 시간 t 에서의 대기압 (Pa(t)) 및 대기 온도 (Ta(t))를 사용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 배기압(Pe), 배기 온도(Te), 흡기관 압력(Pm) 및 EGR 개방도(θe)의 4개의 파라미터를 이용하여 식 (17)로 부터 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 산출되지만, 이들 파라미터를 이용하지만 식(17)과는 다른 식으로부터 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)를 구하는 것도 가능하고 또는 이들 4 개의 파라미터를 인수로 한 맵으로부터 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)를 구하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에 따르면, EGR 제어밸브 통과 가스유량이 정밀하게 산출되기 때문에, 이 EGR 제어밸브 통과가스 유량에 따라서 산출되는 실린더내 충전 신기량도 또한 정밀하게 산출되며, 따라서 공연비를 목표 공연비로 하기 위한 연료 분사량도 정밀하게 산출된다. 또한, 본 실시형태에 따라 산출되는 EGR 제어밸브 통과가스 유량을 이용하여 EGR 제어밸브 통과가스량이 목표치가 되도록 EGR 개방도를 피드백 제어하는 것도 가능하다.
다음, 배기압의 산출식(23)의 유도방법에 관해 설명한다. 기관 부하율(engine load factor,%) 이란, 표준상태에서 실린더의 최대용적을 차지하는 가스의 양(g)에 대한 실제로 상기 실린더에 충전된 공기의 양(g)의 비이고, 다음 식(25)으로부터 구해진다.
Figure 112005032174411-pct00016
식(25)에 있어서,mc-air는 흡기 밸브가 폐쇄되었을 때에 각 실린더내에 충전되는 신기의 양인 실린더내 충전 신기량(g)이고, DSP 는 내연기관의 배기량(리터), NCYL 는 실린더의 수, ρastd는 표준상태(1 기압, 25℃)에 있어서의 공기의 밀도(약 1. 2 g/리터)이다.
도 13 에 따르면, 기관 부하율 (KL), 기관 회전수(NE), 및 배기압 (Pe)의 관계가 도시되어 있고, 기관 부하율 (KL)이 커지면 배기압 (Pe)이 높아지고, 기관 회전수 (NE)가 높아지면 배기압 (Pe)가 높아지는 것은 이미 주지하고 있는 바이다. 또한, 배기압(Pe)은 주로 기관 부하율 (KL) 과 기관 회전수 (NE) 에 크게 의존하기 때문에, 이들 기관 부하율 (KL)과 기관 회전수 (NE)로부터 구해지는 배기압의 정밀도는 상대적으로 높다.
따라서, 배기압 (Pe)은, 식(23)과 같이 기관 부하율 (KL)과 기관 회전수 (NE)를 변수로 갖는 함수 f1 (KL, NE)로 나타낼 수 있다. 제 1 실시형태에서는, 이 함수 f1(KL, NE)을 기관 부하율 (KL)과 기관 회전수 (NE)를 변수로 갖는 맵으로 미리 ROM(34)에 저장하여 배기압(Pe)는 기관 부하율 (KL), 기관 회전수 (NE), 이 맵으로부터 산출된다. 이에 의하면, 배기압을 검출하는 센서를 내연기관에 제공할 필요가 없으며, 따라서 내연기관의 비용을 억제하면서 배기압을 정밀하게 감지할 수 있고, 차례로 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)를 정밀하게 산출할 수 있다.
또한, EGR 장치를 갖는 내연기관에 있어서, 센서를 사용하지 않고 맵을 사용하여 배기압을 검출하는 경우 기관 회전수, 연료 분사량, 연료 점화 시기, 및 EGR 율 (상기 실린더내에 충전된 가스량(g)에 대한 배기 가스의 양(g)의 비) 같은 많은 파라미터를 인수로 사용하는 것이 필요하다. 그러나, 본 실시형태에서 기관 부하율을 파라미터로 사용하여, 기관 부하율과 기관 회전수를 인수로 한 맵을 사용하면 좋기 때문에, 본 실시형태에 따르면 맵의 작성 노동력을 절감할 수 있다. 물론, 내연기관의 증가된 비용을 문제삼지 않는다면, 센서를 사용하여 배기압을 검출하는 것도 가능하다.
또한, 상기 함수 f1 으로부터 배기압을 산출하는 경우에 있어서, 변수로서 기관 회전수 (NE)의 대신에 실린더내 충전 신기유량 (mc-air)을 사용하는 것도 가능하다.
다음, 배기온도 (Te)를 산출하기 위한 식(24)의 유도법에 관해 설명한다. 만약, EGR 통로(21)에 새로 유입하는 배기 가스에 의한 열의 양을 "입력 열량(input amount of heat)" 이라 하고, EGR 통로(21)로에서 대기로 방출되는 열량을 "방열량(amount of discharged heat)" 이라 하면, EGR 제어밸브 통과가스 유량 (megr)이 커지면, 즉 EGR 통로(21)에 유입하는 배기 가스의 양이 많아지면, 방열량 보다 입력열량이 커진다. 따라서, EGR 제어밸브 통과가스 유량(megr) 이 커지면, 배기온도는 높아진다. 또한, 기관 회전수가 높아지면, 실린더로로부터 배출되는 배기 가스의 온도 자체가 높아진다. 즉, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr), 기관 회전수 (NE), 및 배기온도(Te)와의 관계는 도 14 에 나타난 바와 같다.
또한, 배기온도 (Te)는, 주로, 이들 EGR 제어밸브 통과가스 유량 (megr)과 기관 회전수 (NE) 에 크게 의존하기 때문에, 이들 EGR 제어밸브 통과가스 유량 (megr)과 기관 회전수 (NE)로부터 구한 배기온도의 정밀도는 비교적 높다. 따라서, 배기온도 (Te)는 식(24)에 나타난 바와 같이 EGR 제어밸브 통과가스 유량(megr) 및 기관 회전수 (NE)를 변수로 하는 함수 f2 (megr , NE)로 나타낼 수 있다. 제 1 실 시형태에서, 이 함수 f2 (megr, NE)를 EGR 제어밸브 통과가스 유량 (megr)과 기관 회전수 (NE)를 변수로 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장하여, EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr), 기관 회전수 (NE), 및 이 맵으로부터 배기온도 (Te)를 산출한다.
이에 의하면, 배기온도를 검출하는 센서를 내연기관에 제공할 필요없이, 내연기관의 비용을 억제하면서 배기온도를 정밀하게 검출할 수 있어 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 정밀하게 산출할 수 있다. 물론, 내연기관의 증가된 비용을 문제 삼지 않는다면, 센서를 사용하여 배기온도를 검출하는 것도 가능하다.
또한, 위에서 설명한 것처럼, 실린더로부터 배출되는 배기 가스의 온도는 기관 회전수 (NE) 에 따라 변하기 때문에, 기관 회전수 (NE)를 인수로 하는 일차원 맵으로부터 배기 가스의 온도를 구하는 것이 가능하다. 그러나, EGR 제어밸브 모델 (M14)에 있어서 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 산출하는 경우, 배기온도 (Te)로서, 상기 실린더로부터 배출되는 배기 가스의 온도를 사용하는 것 보다 EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스의 온도를 사용하는 경우, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 보다 정밀하게 산출할 수 있다. 본 실시형태에 따르면, EGR 제어밸브 통과 가스 유량(megr)을 산출하는데 사용되는 배기온도 (Te)로서, EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기 가스의 온도가 사용되기 때문에, EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)를 정밀하게 산출할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 함수 f2 로부터 배기온도를 산출하는 경우, 변수로서, 기관 회전수 (NE)의 대신에, 실린더내 충전 신기유량 (mc-air)를 사용할 수 있다.
그러나, 상기 실시형태에서는, 정상 운전이라고 가정하였다. 따라서, 흡기관부에 유입하는 배기 가스의 유량(이하, "흡기관 유입 배기 가스 유량"이라 한다)이 EGR 제어밸브 통과 가스유량과 같고, 상기 실린더내에 유입하는 배기 가스의 유량(이하, "실린더내 유입 배기 가스 유량"이라 한다)도 EGR 제어밸브 통과 가스유량과 같다.
그러나, 과도 운전시, 예를 들어, EGR 개방도 및 EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변하면 , 흡기관 유입 배기 가스유량 및 실린더내 유입 배기 가스유량은 일시적으로, EGR 제어밸브 통과 가스유량과 다르게 된다. 즉, 이들 흡기관 유입 배기 가스유량 및 실린더내 유입 배기 가스유량은 EGR 제어밸브 통과 가스유량의 변화에 추종하면서 지연되어 변한다. 따라서, 과도 운전시, 상술한 실시형태에 있어서 산출되는 각 파라미터 값의 정밀도를 높게 유지하기 위해, 흡기관 유입 배기 가스유량이나 실린더내 유입 배기 가스유량이 EGR 제어밸브 통과 가스유량의 변화에 지연되어 변한다는 점을 고려할 필요가 있다.
EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변할 때, 흡기관 유입 배기 가스 유량을 고찰하면 도 15 에 도시된 바와 같이 흡기관 유입 배기 가스유량(megr-k)은, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 변하고 나서 일정한 시간 (Td)이 경과할 때까지는 변하지 않는다. 이 일정한 시간 (Td)가 경과하고 나서 일차 지연(first-order lag)을 따르면서 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 향하여 변화한다.
여기서, 일정한 시간 (Td)는 EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스가 흡기관부에 도달할 때까지 걸리는 시간이다. EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스의 유속이 빠를 수록 흡기관 압력이 낮아지고, 따라서 기관 회전수는 커지고 시간(Td)은 짧아진다. 도 16A 에 나타낸 바와 같이, 상기 특정 시간(Td, 이하, "낭비 시간(dead time)" 이라 한다)은 기관 회전수의 함수이다.
다른 한편으로, 일차 지연의 시정수(τ)는 EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스의 확산의 용이성을 나타낸다. EGR 제어밸브(22)를 통과하는 배기 가스의 유속이 빨라지면, 흡기관 압력이 낮아지고, 기관 회전수가 커지고 시정수(2)는 작아진다. 즉, 시정수(τ)는 도 16B에 나타낸 바와 같이, 기관 회전수의 함수이다.
따라서, 본 실시형태에서는, 데드 타임 (Td1)을 도 16A 에 나타낸 바와 같은맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장한다. EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변하였을 때 기관 회전수(NE)로부터 데드 타임 (Td1)이 산출된다. 이 데드 타임(Td1)이 경과한 후 흡기관 유입 배기 가스유량이 EGR 제어밸브 통과 가스유량을 향해 변화하기 시작하여, 흡기관 유입 배기 가스유량을 산출한다. 또한, 본 실시형태에서는, 시정수(τ)를 도 16B에 나타낸 바와 같은 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장한다. EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변화하였을 때에는 기관 회전수 (NE)에 근거하여 시정수(τ1)를 산출한다. 데드 타임 (Td1)이 경과한 후, 이 시정수(τ1)까 지 EGR 제어밸브 통과가스 유량을 향해 흡기관 유입 배기 가스유량이 변하는 것으로 가정하여, 흡기관 유입 배기 가스유량을 산출한다.
구체적으로, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)의 산출주기를 △t(sec)로 나타내고, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)의 산출수를 k로 나타내어, k 번째 계산루틴에 있어서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(k))를 산출한 후, 이 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 16B 에 나타낸 바와 같은 맵으로부터 시정수(τ1)을 숙독하여, 이 시정수(τ1)를 이용하여 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(k))을 다음 식(26)에 따라서 일차 지연 처리(first-order lag processing)하여, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 일차 지연에 따른 흡기관 유입 배기 가스유량(m'egr(k))을 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00017
또한, k 번째 계산 루틴이 행하여졌을 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 16 A 에 도시된 맵으로부터 데드 타임(Td1)을 읽는다. 이 데드 타임 (Td1)을 이용하여 다음식(27)에 따라 데드 타임 (Td1)에 상당하는 낭비 루틴 회수(number of dead routines, Idx1)를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00018
다음, 이 낭비 루틴 회수(IdX1)를 이용하여 흡기관 유입 배기 가스유량 (m'egr-k(k))을 다음 식(28)에 따라 데드 타임 처리하여, k 번째의 계산 루틴이 행 하여졌을 때의 흡기관 유입 배기 가스유량(megr-k(k))을 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00019
흡기관 유입 배기 가스유량에 관한 데드 타임 및 일차 지연에 대한 생각은 실린더내 유입 배기 가스유량에 관해서도 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 실린더내 유입 배기 가스유량에 관련된 데드 타임(Td2)을 도 17A에 나타낸 바와 같은 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장한다. EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변하였을 때에는, 기관 회전수 (NE)에 따라 데드 타임(Td2)을 산출한다. 이 데드 타임(Td2)이 경과한 후 실린더내 유입 배기 가스유량이 EGR 제어밸브 통과 가스유량에 향하여 변하기 시작하는 것으로 가정하여, 실린더내 유입 배기가스 유량을 산출한다.
또한, 실린더내 유입 배기 가스유량에 관한 시정수(τ2)는 도면 17B 에 나타난 것처럼 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 미리 저장된다. EGR 제어밸브 통과 가스유량이 변화하였을 때, 기관 회전수 (NE)에 따라 시정수(τ2)를 산출한다. 데드 타임 (Td2)이 경과한 후 시정수(τ2)까지 EGR 제어밸브 통과 가스유량을 향하여 실린더내 유입 배기 가스유량이 변하는 것으로 가정하여, 실린더내 유입 배기 가스유량을 산출한다.
구체적으로, k 번째의 계산 루틴에 있어서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr(k))을 산출한 후, 이 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17B 에 나타낸 바와 같은 맵으로부터 시정수(τ2)를 읽고, 이 시정수(τ2)를 이용하여 EGR 제어밸브 통 과 가스유량 (megr(k))를 다음식(29)에 따라서 일차 지연 처리하여, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 일차 지연에 따른 실린더내 유입 배기 가스유량 (m'egr-egr(k))를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00020
또한, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 기관 회전수 (NE)에 따라서 도 17A에 나타난 맵으로부터 데드 타임(Td2)을 읽는다. 이 데드 타임 (Td2)을 이용하여 다음식(30)에 따라 데드 타임 (Td2)에 상당하는 낭비 루틴 회수(Idx2)를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00021
다음, 이 낭비 루틴 회수(IdX2)를 이용하여 실린더내 유입 배기 가스유량(m'egr-egr(k))을 식(31)에 따라 데드 타임 처리하여, k 번째의 계산 루틴에서의 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr(k))을 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00022
또, EGR 제어밸브(22)로부터 실린더까지의 거리는, EGR 제어밸브(22)부터 흡기관부까지의 거리보다도 길기 때문에, 실린더내 유입 배기 가스유량에 관한 데드 타임(Td2)은 흡기관 유입 배기 가스유량에 관한 데드 타임(Td1)보다도 긴 경향이 있고, 실린더내 유입 배기 가스유량에 관한 시정수(τ2)는 흡기관 유입 배기 가스유량에 관한 시정수(τ1)보다도 큰 경향에 있다.
도 18 은 1차 지연 처리 및 데드 타임 처리를 이용하여 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)을 산출하기 위한 루틴의 일 예를 나타낸다. 도 18 에 나타낸 루틴에서는, 먼저, 스텝(10)에 있어서, 위의 식(17)에 따라서 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(k))이 산출된다. 다음 스텝(11)에 있어서, 기관 회전수 (NE)에 따라서 도 17B 에 도시된 맵으로부터 시정수(τ2)를 읽는다.
다음, 스텝(12)에서 스텝(10)에서 산출된 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(k))은 1차 지연 처리되어, 이에 의해 1차 지연에 따른 실린더내 유입 배기 가스유량(m'egr-egr (k))가 산출된다. 즉, 여기서는, 상술한 식(29)이 이용된다. 다음 스텝(13)에서는 기관 회전수(NE)에 따라 도 17A 에 도시된 맵으로부터 데드 타임(Td2)이 읽힌다. 또한, 다음 스텝(14)에서, 식(30)에 따라 낭비 루틴 회수(Idx2)가 산출된다.
다음, 스텝(15)에서, 스텝(12)에서 산출된 실린더내 유입 배기 가스유량(m'egr-egr (k))이 식(31)에 따라 데드 타임처리된다. 다음, 상술한 실시형태에 있어서, 기관 회전수 (NE)를 변수로서 사용하여 데드 타임 Td (Td1 , Td2) 및 시정수 τ (τ1, τ2)가 산출되지만, 그러나 보다 구체적으로는 데드 타임 (Td) 및 시정수 (τ)는, 크랭크 샤프트가 360°회전하는데 걸리는 시간에 실질적으로 비례하기 때문에, 예를 들어, 도 19A 및 19B 에 나타낸 바와 같이 크랭크 샤프트가 360°회전하는데 걸리는 시간(T360°)을 변수로 사용하여, 데드 타임 (Td) 및 시정수( τ)의 맵을 작성하는 것이 바람직하다.
그러나, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)은 식(17)을 참조하여 알 수 있는바와 같이 여러 가지의 파라미터, 예를 들어, EGR 제어밸브(22)의 스텝 수, 즉 EGR 개방도(θe)에 의해서 변화한다. 따라서, EGR 개방도(θe)가 변하였을 때, 이 EGR 개방도(θe) 자체를 데드 타임 처리 및 또한 지연 처리(평활화 처리(smoothing processing))하여, 이렇게 처리된 후의 EGR 개방도(θe)를 상술한 식(17)에 입력함으로써, EGR 개방도(θe)의 변화에 따른 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)의 변화에 대하여, 데드 타임과 추종 지연을 반영시킨 형태의 흡기관 유입 배기 가스유량 (megr-k) 또는 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)가 얻어진다.
예를 들어, EGR 개방도(θe)가 변할 때, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 20A 에 도시된 맵으로부터 데드 타임 (Td1)을 산출하여, 이 데드 타임(Td1)이 경과한 후 EGR 개방도(θe)를 변화시키기 시작하여, 기관 회전수(NE)에 따라 도 20B 에 나타난 맵으로부터 평활화 수(smoothing number, N1)를 산출하여, 이 평활화 수(N1)로 EGR 개방도(θe)의 변화를 평활화시키고, 이렇게 평활화된 EGR 개방도(θe)에 따라 식(17)로부터 흡기관 유입 배기 가스유량(megr-k) 을 산출한다.
구체적으로, k 번째의 계산 루틴이 행하여질 때, EGR 개방도(θe)가, 예를 들어, 값(θe1) 으로부터 값(θe2)로 변할 경우, 그 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 20B 에 나타낸 맵으로부터 평활화 수(N1)를 읽고, 이 평활화 수(N1)를 이용하여 EGR 개방도(θe2)를 다음식(32)에 따라 평활화시켜 k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 추종 지연에 따른 EGR 개방도(θ'e(k))를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00023
또한, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 20 A에 도시된 맵으로부토 데드 타임 (Tdl)을 읽는다. 이 데드 타임 (Td1)을 이용하여 다음식(33)에 따라 데드 타임(Td1)에 대응하는 낭비 루틴 회수(Idx1)를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00024
다음, 이 낭비 루틴 회수(Idx1)를 이용하여 EGR 개방도(θe'(k))를 다음식(34)에 따라서 데드 타임 처리하여, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 EGR 개방도(θe(k))를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00025
또한, 이 θe(k)를 식(17)에 입력하여 산출되는 값은, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 실제 흡기관 유입 배기 가스유량(megr-k(k))을 나타낸다.
물론, 이와 같은 사고방식이 실린더내 유입 배기 가스유량을 산출하는 경우 에도 적용된다. 즉, EGR 개방도(θe)가 변하였을 때에, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 21A 에 나타난 맵으로부터 데드 타임(Td2)을 산출하여, 이 데드 타임(Td2)이 경과한 후 EGR 개방도(θe)를 변화시키기 시작하여, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 21B 에 나타난 맵으로부터 평활화 수(N2)를 산출하여, 이 평활화 수(N2)로 EGR 개방도(θe)의 변화를 평활화처리하여, 이 처리된 EGR 개방도(θe)에 따라 식(17)로부터 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)을 산출하는 것도 가능하다.
구체적으로, k 번째의 계산 루틴이 행해질 때에, EGR 개방도(θe)가, 예를 들어, 값(θe1)으로부터 값(θe2)로 변하였을 때에는, 그 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 21B 에 나타낸 바와 같은 맵으로부터 평활화 수(N2)를 읽고, 이 평활화 수(N2)를 이용하여 EGR 개방도(θe2)를 다음식(35)에 따라 평활화 처리하여, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 추종 지연에 따른 EGR 개방도(θe'(k))를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00026
또한, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 기관 회전수 (NE)에 따라 도 2 1A에 도시된 맵으로부터 데드 타임 (Td2)를 읽는다. 이 데드 타임 (Td2)을 이용하여 다음 식(36)에 따라 데드 타임(Td2)에 대응하는 낭비 루틴 회수(Idx2)를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00027
다음, 이 낭비 루틴 회수(Idx2)를 이용하여 EGR 개방도(θe'(k))를 다음식(37)에 따라서 데드 타임처리하여, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 EGR 개방도(θe(k))를 산출한다.
Figure 112005032174411-pct00028
또한, 이 θe(k)를 식(17)에 입력하여 산출되는 값은, k 번째의 계산 루틴이 행하여졌을 때의 실제 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-k (k))를 나타낸다. 또한, 위에서 설명한 평활화 수 대신에, 상술한 시정수 τ1 및 τ2를 이용하는 것도 가능하다.
도 22 에는 전술한 바와 같이,평활화 처리(추종 지연 처리) 및 데드 타임처리를 이용하여 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)을 산출하기 위한 루틴의 일 예를 나타낸다. 도 22 에 나타낸 루틴에서는, 처음, 스텝(20)에 있어서, k 번째의 계산 루틴에 있어서의 EGR 개방도(θe(k))를 읽는다. 다음, 스텝(21)에서, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 21B 에 나타난 맵으로부터 평활화 수 (N2)를 읽는다.
또한, 다음 스텝(22)에서, 스텝(20)에서 검출된 EGR 개방도(θe(k))가 평활화 처리되어, 이에 의해 추종 지연이 반영된 EGR 개방도(θ'e(k))가 산출된다. 즉, 여기서는 위의 식(35)이 이용된다. 다음 스텝(23)에서는, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 21A 에 나타난 맵으로부터 데드 타임(Td2)을 읽는다. 또한, 다음 스텝(24)에서 식(36)에 따라 낭비 루틴 회수(Idx2)가 산출된다. 다음 스텝(25)에서 스텝(22)으로부터 산출된 추종 지연을 반영한 EGR 개방도(θ'e(k))가 식(37)에 따라 데드 타임처리된다. 다음 스텝(26)에 있어서, 상기 스텝(25)에서 산출된(θe(k))가 위의 식(17)에 입력되어 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr(k))가 산출된다.
그러나, 위의 실시형태에서는, 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)을 이용하여 실린더내 유입 신기량 (Mc-air)을 산출하여, 최종적으로 이 실린더내 유입 신기량 (Mc-air)에 따라 공연비가 목표 공연비가 되도록 연료 분사량이 결정된다. 즉, 위의 실시형태에서는 각 실린더에 관해 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr) 같은 값인 것을 전제로 연료 분사량을 결정한다. 그러나, EGR 제어밸브(22)로부터 각 실린더까지의 채널의 형상 또는 기타 여러가지 요인에 의해 실제의 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)이 실린더마다 다른 경우가 있다. 따라서, 공연비가 보다 정확히 목표 공연비가 되도록 연료 분사량을 결정하기위해, 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)이 각 실린더마다 다른 것을 고려하여야 한다.
따라서, 위의 실시형태에 있어서 산출된 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)에 대한 각 실린더에 있어서의 실제의 실린더내 유입 배기 가스유량의 비를 분 배 계수로서 미리 실험등에 의해 구하거나 또는 기관운전 중에 특정 조건이 성립할 때마다 구하여, 위의 실시형태에서 산출된 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)에 이 분배 계수를 곱하여, 이 분배 계수가 반영된 후의 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)을 이용하여, 각 실린더에 관한 연료 분사량을 결정할 수 있다. 이 방법을 사용하면 공연비가 보다 정확하게 목표 공연비가 된다.
각 실린더에 관한 분배 계수는, 예를들어 이하와 같이 기관운전 중에 미리 실험등에 의해 구한다. 즉, EGR 율(실린더내 충전 배기 가스량/실린더내 충전 가스량)이 가장 큰 운전상태에 있어서, EGR 개방도를 일정하게 하고 스로틀 개방도를 일정하게 한 후, 각 실린더에 같은 양의 연료를 분사하여, 이 때에 각 실린더로부터 배출되는 배기 가스의 공연비를 검출하고, 이 배기 가스의 공연비의 검출값으로부터 각 실린더에 있어서의 공연비를 추정한다.
여기서, 공연비가 희박(lean)하다고 추정된 실린더에 대해서는, 그 실린더내에 예상보다 더 많은 공기가 충전되어, 따라서 그 실린더내에 배기 가스가 예상만큼 충전되지 않는다. 이 경우, 이 실린더에 관하는 분배 계수는 1.0 보다도 작아진다. 구체적으로는, 추정된 공연비에 따라 이 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스 유량을 역산하고, 상술의 실시형태에서 산출된 실린더내 유입 배기 가스 유량으로 이 역산하여 산출된 실린더내 유입 배기 가스유량을 나누면 이 실린더에 관한 분배 계수가 산출된다. 다른 한편으로, 공연비가 농후(rich)하다고 추정된 실린더에 관해서도, 유사한 방법으로 분배 계수의 산출이 가능하고, 이 경 우 분배 계수는 1.0 보다도 커진다.
도 23 에는 전술한 바와 같이, 각 실린더의 분배 계수를 고려하여 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)을 산출하는 루틴의 일 예가 나타나 있다. 이하의 루틴은, 4 개의 실린더을 구비하고 있는 내연기관에 적용된다. 도 23 에 도시된 루틴에서는, 처음 스텝(30)에 있어서, 위의 식(17)에 따라 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr(k))이 산출된다. 다음 스텝(31)에 있어서, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17B 에 도시된 바와 같은 맵으로부터 시정수(τ2)가 읽힌다.
다음 스텝(32)에 있어서, 스텝(30)에서 산출된 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr(k))가 일차 지연 처리되어, 일차 지연에 따른 실린더내 유입 배기가스유량(m'egr-egr(k))이 읽힌다. 즉, 여기서는 위의 식(29)이 이용된다. 다음 스텝(33)에서는, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 7A 에 나타낸 바와 같은 맵으로부터 데드 타임(Td2)이 읽힌다. 그리고, 다음 스텝(34)에서, 식(30)에 따라 낭비 루틴 회수(Idx2)가 산출된다.
다음 스텝(35)에서, 스텝(32)으로부터 산출된 실린더내 유입 배기 가스 유량 (m'egr-egr(k))이 식(31)에 따라 데드 타임 처리된다. 또한, 최종작으로 스텝(36)에 있어서는 이하의 식(38)에 따라 스텝(35)에서 산출된 실린더내 유입 배기 가스 유량 (megr-egr(k))에, 각 실린더에 관한 분배 계수 (K1 ∼ K4) 가 곱해져서, 각 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr(k) (1)∼(4))가 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00029
식(38)에 있어서, megr-egr(k) (1)는 제 1 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량이고, K1는 제 1 실린더에 관한 분배 계수, megr-egr(k) (2)는 제 2 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량이고, K2는 제 2 실린더에 관한 분배 계수이고, megr-egr(k)(3)는 제 3 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량이고, K3는 제3실린더에 관한 분배 계수이고, megr-egr(k)(4)는 제 4 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량이고, K4는 제 4 실린더에 관한 분배 계수이다.
그러나, 위의 실시형태에서는 EGR 제어밸브(22)로부터 각 실린더까지의 채널의 형상 등의 여러 가지 요인에 의해 실제의 실린더내 유입 배기 가스유량 (megr-egr)이 각 실린더마다 다른 것을 고려하여, 각 실린더마다 분배 계수를 구하고, 각 실린더마다 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)을 구하였지만, 예를 들어, EGR 제어밸브(22)로부터 각 실린더까지의 채널 길이가 매우 길고, 채널 저항이 대단히 큰 경우에는 데드 타임, 시정수, 및 평활화 수가 달라진다.
따라서, 위의 실시형태에 있어서, 구해진 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)에 분배 계수를 반영시키는 것 뿐만 아니라 데드 타임, 시정수, 및 평활화 수에 분배 계수를 반영하는 것도 가능하다. 즉, 보다 구체적으로, 위의 실시형태에 있 어서, 오직 구해진 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)에만 분배 계수를 곱하나, 데드 타임 및 시정수 또는 평활화 수에 각 실린더에 관한 같은 분배 계수를 곱하는 것도 가능하다. 이에 의하면 보다 정확하게 각 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr)이 산출된다.
도 24 는 데드 타임 및 시정수에 각 실린더 마다의 분배 계수를 반영시켜 각 실린더에 있어서의 실린더내 유입 배기 가스 유량을 산출하는 루틴의 일 예를 나타낸다. 도 24 에 도시된 루틴의 스텝(40)에 있어서, 식(17)부터 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 산출된다. 다음 스텝(41)에서는, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17B 에 도시된 맵으로부터 시정수(τ2)가 읽힌다. 다음 스텝(42)에서는, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17A 도시된 맵으로부터 데드 타임 (Td2)이 읽힌다. 다음 스텝(43)에서는 실린더의 번호를 나타내는 파라미터 (cyl)에 l이 입력된다. 이 경우, cyl= 1 로 되어, 파라미터(cyl)는 제 1 실린더을 나타내는 것이된다.
다음 스텝(44)에서는, 파라미터(cy1)가 실린더의 총수(Ncy1) 이하인지 여부(cy1≤ Ncy1)가 판별된다. 여기서, cyl≤ Ncy1 인 경우 루틴은 스텝(45)로 진행한다. 여기서, 위의 식(17)부터 k 번째의 계산 루틴에 있어서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(k))이 산출된다.
다음 스텝(46)으로, 이하의 식(39)부터 대응하는 실린더(cy1)에 관한 시정수(τ2), 즉 파라미터(cy1)가 l 일때 제 1 실린더에 관한 시정수(τ2(1)) 및 파라미터(cy1)가 2 일때 제 2 실린더에 관한 시정수 (τ2(2))가 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00030
여기서, K(cy1)는 각 실린더에 관한 분배 계수이다. 예를 들어, 파라미터 (cy1)가 1 일때, 제 1 실린더에 관한 분배 계수는 K(1)이고, 파라미터(cy1)가 2 일때 제 2 실린더에 관한 분배 계수는 K(2)이다.
다음 스텝(47)에서, EGR 제어밸브 가스유량 (megr(k))이 다음 식(40)에 따라서 일차처리 되어, k 번째의 계산 루틴에 대응하는 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량(m'egr-egr(cy1)(k))이 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00031
여기서, △t는 EGR 제어밸브 통과 가스유량의 계산주기이다.
다음 스텝(48)에서는, 다음식(41)에 따라 대응하는 실린더에 관한 데드 타임에 대응하는 낭비 루틴 회수(Idx2)가 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00032
다음, 스텝(49)에서는 k 번째의 계산 루틴에 있어서의 대응하는 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr(cy1)(k))이 다음식(42)부터 데드 타임처리된 형태로 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00033
다음 스텝(50)에서는, 파라미터(cyl)이 1 만큼 증대되어, 루틴은 스텝(44)에 되돌아간다. 따라서, 루틴이 스텝(50)에 도달하였을 때에, 파라미터 (cyl)가 1인 경우에는, 스텝(5O)에서, 파라미터(cy1)가 2 가 되어, 스텝(44 ∼ 49)이 반복된다.
또한, 루틴이 스텝(50)에 도달하였을 때에, 파라미터(cy1)이 4 이면, 스텝(50)에서, 파라미터(cy1)가 5 가 된다. 루틴이 스텝(44)으로 되돌아갈때 이 스텝(44)에서 cy1> Ncy1 라고 판단되면 루틴은 스텝(51)에 진행한다. 즉, 스텝(44)에서 cy1> Ncy1 이라고 판단되면, 모든 실린더에 관한 실린더내 유입 배기 가스유량(megr-egr(cy1)(k))이 산출된다. 그러면 스텝(51)에서 파라미터 (cy1)에 0 이 입력되어, 즉 파라미터(cy1)이 클리어된다. 이 루틴은 Td2 을 Td1로, τ2 를 τ1 로 바꾼다면, 각 흡기관(13)에 유입하는 흡기관 유입 배기 가스유량 (megr-k)을 산출하는 루틴으로서도 이용가능하다.
흡기 밸브의 폐쇄 타이밍을 변경하기 위한 밸브 타이밍 변경기구를 구비한 내연기관이 알려져 있다. 예를들어, 어떤 밸브 타이밍 변경기구에서는, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍을 흡기하사점 이후로 변경이 가능하다. 흡기 밸브가 흡기하사점 이후에서 폐쇄되는 경우, 실린더내에 유입한 가스의 일부가 실린더 내의 피스톤에 의해서 그 실린더로부터 흡기 통로로 배출된다. 또한, 이와 같이 실린더로부터 흡기 통로로 배출되는 가스(이하, "블로우백 가스(blowback gas)"라고 한다)의 양은 흡기 밸브가 흡기하사점 이후의 어떤 타이밍에서 폐쇄되는지에 따라 다르고, 흡기 밸브가 흡기하사점 이후의 보다 지연된 타이밍으로 폐쇄할수록 많아진다.
즉, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍을 흡기하사점 이후에서 변경하는 밸브타이밍 기구를 구비한 내연기관에서는 이 밸브타이밍 기구에 의해서 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 변경되면 블로우백 가스량이 변화한다. 여기서, 이와 같이 실린더로부터 흡기 통로로 가스가 배출되는 경우에 있어서의 흡기 통로내에서의 배기 가스의 확산에 관해 생각하면, 블로우백 가스의 양이 많아질수록, 흡기 통로내에서의 배기 가스의 확산이 억제되는 경향이 있다. 즉, 블우백 가스량이 많아질수록, EGR 제어밸브(22)를 통과하여 흡기 통로내에 유입되는 배기 가스의 확산이 억제되는 경향에 있다. 즉, 이는 블로우백 가스의 양이 많을 수록, 즉 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 지연될수록, 상기 시정수(τ2)가 커지는 것을 의미한다.
또한, EGR 통로(21)에 관해 생각하면, EGR 통로(21)내의 압력은 흡기 통로내의 압력보다 매우 높기때문에, 가스가 실린더로부터 흡기 통로로 배출된다고 하더라도, 이 가스가 EGR 통로(21)로 유입되지는 않는다. 따라서, 가스가 실린더로부터 흡기 통로로 배출된다 하더라도, EGR 제어밸브(22)를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 드는 시간은 크게 변하지 않는다. 즉, 이는, 블로우백 가스의 양에 무관하게, 다시 말해 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 무관하게, 상기 데드 타임(Td2)은 변하지 않음을 의미한다.
따라서, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라, 상기 시정수(τ2)가 변화하는 것을 고려하여, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이후에서 변경가능한 내연기관에 있어서, 상기 실시형태에 있어, 도 25 A 및 B 에 도시된 관계에 의해 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 데드 타임 (Td2) 및 시정수(τ2)를 결정하는 것도 가능하다.
도 25 A 에 도시된 것처럼, 여기서는, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 대응하는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC) 이후의 어떤 각에 있더라도, 데드 타임 (Td2)은 일정하다. 다른 한편으로, 도 25B 에 도시된 것처럼, 여기서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점 (BDC) 이후에서 각이 지연될수록, 시정수(τ2)는 커진다.
위에서 설명한 것처럼, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)는 기관 회전수(NE)에도 의존하고 있기 때문에, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍과의 함수로서 결정하는 것도 가능하다. 예를들어, 이 경우, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 흡기하사점일 때의 데드 타임(Td2)및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE)를 변수로 사용하여, 도 17 A 및 B 에 도시된 것 같은 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로서, 기관 회전수(NE)에 따라 도 7 A 에 도시된 맵으로부터 구해진 데드 타임 (Td2)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 26A 에 도시된 맵으로부터 구해진 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 26A 으로부터 알 수 있는 것처럼, 보정 계수 (Kτ)는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이 1.0 으로 일정하기 때문에, 사실상 도 7A 에 도시된 맵으로부터 구해진 데드 타임 (Td2)이 그대로 사용된다.
다른 한편으로, 시정수로서, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17 B 에 도시된 맵으로부터 구한 시정수(τ2)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 26B 에 도시된 맵으로부터 구해진 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 26B 로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Kτ)는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC)에 있을 때에 1.0 이고, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점 (BDC)보다도 시간이 늦을수록 커지는 값이다.
또, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이후에서 변경가능한 내연기관에서는, 도 25 A 및 B 에 도시된 관계에 유사하게, 상기 데드 타임 (Td1) 및 시정수 (T1)를 결정하는 것이 가능하다. 이 경우, 데드 타임 (Td1) 및 시정수 (τ1)은 데드 타임 (Td2) 및 시정수(τ2)보다도 작다.
또한, 데드 타임 (Td1) 및 시정수(τ1)를 기관 회전수 (NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 함수로서 결정하는 것도 가능하다. 예를들어, 이 경우, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점에 있을 때의 데드 타임(Td1) 및 시정수(τ1)를 기관 회전수(NE)를 변수로 사용하요 도 16A 및 16B 에 도시된 것처럼 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로, 기관 회전수(NE)에 따라 도 16A 에 도시된 맵으로부터 구한 데드 타임(Td1)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 26A 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Ktd)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 26A 으로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Ktd)는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이 1.0 으로 일정하기 때문에, 사실상 도 16A 에 도시된 맵으로부터 구한 데드 타임(Td1)이 그대로 이용된다.
다른 한편으로, 시정수로서, 기관 회전수 (NE)에 따라 그림 l6B 에 도시된 맵으로부터 구해진 시정수(T1)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 26B 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 26B 로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Kτ)는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC)에 있을 때에는 1.0 이고, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점 (BDC)보다도 시간이 늦을 수록 커지는 값이다.
그러나, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍을 흡기하사점 이전으로 변경하는 밸브 타이밍기구를 구비한 내연기관에서는 이 밸브 타이밍기구에 의해 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 변경되면, 블로우백 가스양은 거의 0 이지만, 실린더내에 충전된 전체 가스량은 변한다. 여기서, 블로우백 가스양이 거의 0 이면, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전에서 변한다 하더라도, 이 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍의 변화는 흡기 통로내에서의 배기 가스의 확산에는 거의 영향을 미치지 않는다. 즉, 이는 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 상관없이 상기 시정수(τ2)는 일정함을 의미한다.
다른 한편으로, 실린더내에 충전되는 전체 가스량이 변하는 경우의 EGR 제어밸브(22)로부터 실린더까지 배기 가스가 도달하는 걸리는 시간을 고려하면, 실린더내에 충전되는 전체 가스량이 적을수록, 상기 걸리는 시간은 길어지는 경향이 있다.
즉, 실린더내에 충전되는 전체 가스량이 적어질수록 즉, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전의 범위내에서 앞설수록 데드 타임(Td2)가 길어짐을 의미한다.
이와같이, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라, 상기 데드 타임(Td2)이 변화하는 것을 고려하여, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전에 있어서 변경가능 한 내연기관에 있어서, 상기 실시형태에 있어서, 도 27 A 및 B 에 도시된것 같은 관계에 의해 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍에 따라 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 결정하는 것도 가능하다. 도 27A 에 도시된 것처럼, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)가 흡기하사점(BDC ) 이전에 있어서 앞설수록, 데드 타임(Td2)은 커진다.
다른 한편으로, 도 27B 에 도시된 것처럼, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC) 이전의 어떤 각에 있더라도, 시정수(τ2)는 일정하다. 전술한 바와 같이, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)는 기관 회전수 (NE)에도 의존하고 있기 때문에, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍과의 관계로서 결정하는 것도 가능하다. 예를들어, 이 경우, 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍이 흡기하사점일때 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE)를 변수로 도 17A 및 B에 도시된 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로, 기관 회전수(NE)에 따라 도 17 A에 도시된 맵으로부터 구한 데드 타임(Td2)에 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 28A 에 도시된 맵으로부터 구해진 보정 계수(Ktd)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 28A 로부터 알 수 있는 것처럼, 보정 계수(Ktd)는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC)에 있을 때에 1.0 이고, 흡기하사점(BDC)으로부터 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 앞설수록 커지는 값이다.
다른 한편으로, 시정수로, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 17B 에 도시된 맵으로부터 구해지는 시정수(τ2)에 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 28B 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 28B 로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Kτ)는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점(BDC)에 있을 때에는 1.0 이고, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 흡기하사점보다도 앞서는 경우에는 커지는 값이다.
또, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전에 변경가능한 내연기관에 있어서, 도 27A 및 27B 에 도시된 관계와 마찬가지로 상기 데드 타임(Td1) 및 시정수(τ1)를 결정하는 것도 가능하다. 이 경우, 데드 타임(Td1) 및 시정수(τ1)는 데드 타임(Td2)및 시정수(τ2) 보다 작은 값이 된다.
또한, 데드 타임(Td1)및 시정수(τ1)을 기관 회전수(NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 함수로 결정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 이 경우, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점에 있을 때의 데드 타임(Td1) 및 시정수(τ1)를 기관 회전수(NE)를 변수로서 도 16A 및 16B 에 도시된 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 16A 에 도시된 맵에서 구해지는 데드 타임(Td1)에 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 28A 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Ktd)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 28A 로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Ktd)는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)가 흡기하사점(BDC)에 있을 때에는 1.0 이고, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)가 흡기사점보다도 앞서는 경우에는 커지는 값이다.
다른 한편으로, 시정수로서, 기관 회전수 (NE)에 따라 도 16B 에 도시된 맵으로부터 구한 시정수(τ1)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 28B 에 도 시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 이 경우, 도 28B 로부터 알 수 있는 것처럼 보정 계수(Kτ)는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이, 1.0 으로 일정하기 때문에, 사실상 도 16B 에 도시된 맵으로부터 구해진 시정수(τ1)가 그대로 사용된다.
흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 흡기하사점을 뛰어넘어(skipping) 변경가능한 밸브 타이밍 기구를 구비한 내연기관이 알려져 있다. 이러한 밸브타이밍기구는 예를들어, 전자기적으로 흡기 밸브의 개방하거나 폐쇄하는 메카니즘을 채용한다. 이와 같이, 흡기하사점을 뛰어넘어 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 변경가능한 경우, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전으로 변경되는지 또는, 흡기하사점 이후로 변경되는지에 따라 상기 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)가 달라진다.
여기서, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이전으로 변경되는 경우에 있어서는, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)는, 도 27A 및 27B 와 관련하여 설명한 바와 같은 경향을 나타낸다. 다른 한편으로, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점 이후에서 변경되는 경우에 있어서는, 데드 타임 (Td2) 및 때 시정수(τ2)는 도 25A 및 25B와 관련하여 설명한 경향을 나타낸다.
따라서, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점을 뛰어넘어 변경가능한 내연기관에있어서, 상기 실시형태에 있어서, 도 29A 및 29B 에 도시된 관계에 의해, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍에 따라 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 결정하는 것도 가능하다.
도 29A 에 도시된 것처럼, 여기서는, 흡기하사점(BDC) 이전의 영역에서 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 앞선 각이 될수록 데드 타임(Td2)은 커진다. 흡기하사점(BDC) 이후의 영역에서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이 데드 타임(Td2)은 일정하다. 다른 한편으로, 도 29B에 도시된 것처럼, 여기서는, 흡기하사점(BDC) 이전의 영역에서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이 시정수(τ2)는 일정하게 되고, 흡기하사점(BDC) 이후의 영역에서는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)가 지연될수록, 시정수(τ2)는 커지고 있다. 전술한 바와 같이, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)는 기관 회전수(NE)에도 의존하고 있기 때문에, 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 함수로서 결정하는 것도 가능하다.
예를 들어, 이 경우, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점인 경우에 있어서 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 기관 회전수(NE)를 변수로, 도 17A 및 17B 에 도시된 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로, 기관 회전수(NE)에 따라 도 17A 에 도시된 맵으로부터 구한 데드 타임(Td2)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 30A 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Ktd)를 곱한 값을 사용한다. 여기서, 도 30A 에 도시된 맵에서, 흡기하사점(BDC) 이전의 영역에서는 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)가 앞설수록 보정 계수(Ktd)는 커지고, 흡기하사점(BDC) 이후의 영역에서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이 보정 계수(Kτ)는 1.0 으로 일정하다.
다른 한편으로, 시정수로서, 기관 회전수(NE)에 따라 도 17B 에 도시된 맵으로부터 구한 시정수(τ2)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 30B 에 도시 된 맵으로부터 구한 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다. 여기서, 도 30B 의 맵에서, 흡기하사점(BDC) 이전의 영역에서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 상관없이, 보정 계수(Kτ)가 1.0 으로 일정하고, 흡기하사점(BDC) 이후의 영역에서는, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)이 시간이 지연될수록 보정 계수(Kτ)는 커진다. 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점을 뛰어넘어 변경가능한 내연기관에 있어서, 도 29A 및 B 에 도시된 관계와 유사한 관계에 의해 상기 데드 타임 (Td1) 및 시정수(τ1)를 결정하는 것이 가능하다. 이 경우, 데드 타임 (Td1) 및 시정수(τ1)는 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)보다도 작은 값이 된다.
또한, 데드 타임(Td1) 및 시정수(τ1)를 기관 회전수(NE) 및 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 함수로서 결정하 는 것도 가능하다. 예를 들어, 이 경우, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 흡기하사점에 있을 때의 데드 타임(Td1) 및 때 시정수(τ1)를 기관 회전수(NE)를 변수로, 도 16A 및 16B 에 도시된 맵의 형태로 미리 구하여 ROM(34)에 저장한다.
또한, 데드 타임으로서, 기관 회전수(NE)에 따라 도 16 A 에 도시된 맵으로부터 구한 데드 타임(Td1)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 30 A 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Ktd)를 곱한 값을 사용한다.
다른 한편으로, 시정수로서, 기관 회전수(NE)에 따라 도 16 B 에 도시된 맵으로부터 구한 시정수(τ1)에, 흡기 밸브 폐쇄 크랭크 각(CA)에 따라 도 3O B 에 도시된 맵으로부터 구한 보정 계수(Kτ)를 곱한 값을 사용한다.
상기 실시형태에서는, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 계산식 즉, 식 (17) 및 (18) 을 이용하여 산출하고 있지만, 본발명자는 이러한 계산식을 이용하지 않더라도, 비교적 간편히 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 산출하는 방법을 고안하였다. 따라서, 상기 실시형태에 있어서, 식 (17) 및 (18) 을 이용하는 대신에, 이하에 설명하는 방법을 이용하여, EGR 제어밸브 통과 가스유량을 산출해도 된다.
실린더내 충전 가스량(Mc)은 흡기 밸브(6)가 폐쇄하였을 때의 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 표현되는 것이 알려져있다. 즉, 이론 및 경험칙에 의하면, 실린더내 충전 가스량(Mc)은 흡기 밸브(6)가 폐쇄 하였을 때의 실린더내 압력에 비례하여, 이 실린더내 압력은 흡기 밸브(6) 상류측의 혼합가스 압력, 즉, 흡기관 압력(Pm)과 실질적으로 일치한다. EGR 가스가 공급되지 않을 때에는 실린더 내에 신기만이 충전되기 때문에. 이 때의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율 (KL)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다. 즉, 기관 부하율(KL)을 간단히 그리고 정확히 구할 수 있다.
그러나, EGR 가스가 공급되어 있을 때에는 상황이 완전히 다르다. 실린더내에는 신기 뿐만아니라 EGR 가스도 충전된다. 따라서, 종래에는, 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KL)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타 내는 것은 불가능하다고 생각되었다. 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)을 흡기관 압력 (Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다면, 실린더내 충전 가스량(Mc)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타내는 것이 가능하다. 실린더내 충전 가스량(Mc)이 실린더내 충전 신기량(Mc-air)와 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)과의 합인 것을 생각하면, EGR 가스가 공급되어 있을 때의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율 (KL)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다.
그러나, 종래에는, 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)도 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 없다고 생각되었다. 이에 대해 도 12 및 도31 을 참조하여서 설명한다. 우선, 위에서 설명한 것처럼, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(g/sec))는 식(17)에 의해 표현되어, 함수 Φ(Pm/Pe)는, 식(l8)에 의해 표현된다.
여기서, 계산을 간단히 하기위해 배기압(Pe)가 대기압(Pa)이라고 한다면, 식(17) 에 의해 표현되는 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)은 도 31 과 같게 된다. 즉, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)은 흡기관 압력(Pm)이 작을 때에는 거의 일정하게 유지되어, 흡기관 압력(Pm)이 높게되면 도 31에 있어서 NR 에서 나타나는 바와 같이 흡기관 압력(Pm)에 대하여 비선형성을 나타내면서 대기압(Pa)에 향해 감소한 다. 또, 이 비선형성부분(NR) 은 식(l7)중
Figure 112005032174411-pct00034
의 부분 및 함수 Φ(Pm/Pe)에 의한 것이다.
따라서, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr), 특히 비선형성 부분(nonlinearity portion, NR)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식에 의해 나타낼 수 없는 것으로 생각되었다. 물론, 상당히 많은 수의 일차 함수식을 사용하면, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식에 의해 나타낼 수 있을 것이라고 생각된다. 그러나, 이 경우, 기관 부하율(KL)을 간단히 구할 수 없다.
그러나, 본발명자에 의하면, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)를 흡기관 압력 (Pm)의 2개의 일차 함수식으로 나타낼 수 있고, 따라서, 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KL)을 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다. 즉, 우선, 도 32 에 나타나는 바와 같이, 배기온도(Te)는 흡기관 압력(Pm)의 증대에 대하여, 배기압(Pe)이 증대하는 것보다도 대폭 증대하여, 그 결과,
Figure 112005032174411-pct00035
를 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있는 것이다.
또한, 함수Φ(Pm/Pe)은 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 표현할 수 있다. 이를 도 33A 및 33B 를 참조하여 설명한다. 배기압(Pe)가 일정한 대기압(Pa)으로 유지되는 것은 아니고, 흡기관 압력(Pm)에 따라, 도 33A 에 나타난 바와 같이, 흡기관 압력(Pm)이 Pm1 일 때의 함수(Pm/Pe)는 대기압(Pa)에 수렴하는 곡선(Ca) 상에 있는 것이 아니라, 배기압 Pe1에 수렴하는 곡선(C1)상에 있다. 이는 플롯(O)로 표시되어 있다. 같은 방법으로, Pm = Pm2 (Pm ＞ 1) 일 때의 Φ(Pm/Pe)는 배기압 Pe2(＞ Pel)에 수렴하는 곡선(C2)상에 있어, Pm = Pm3 (＞ Pm2) 일 때의 Φ(Pm/Pe)는 배기압 Pe3 (＞Pe2)에 수렴하는 곡선(C3상)에 있다.
이렇게 얻어지는 플롯은 도 33B 에 나타난 바와 같이, 직선(L2)으로 연결될 수 있다. 따라서, 함수Φ(Pm/Pe)는 흡기관 압력(Pm)이 작을 때에는 직선(L1)에 상당하는 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식에 의해, 흡기관 압력(Pm)이 클 때에는 직선(L2)에 상당하는 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식에 의해 나타낼 수 있어, 이렇게 하여 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다. 즉, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식으로 나타낼 수 있는 것이다.
여기서, 정상 운전시에는, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr(g/sec))과 실린더내유입 EGR 가스유량(mc-egr(g/sec))은 서로 같다. 또한, 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr(g/sec))은, 실린더내유입 EGR 가스유량(mc-egr(g/sec))에, 각 실린더의 흡 기행정 1회에 걸리는 시간, 즉, 내연기관의 1 사이클에 걸리는 시간을 실린더수로 나눈 시간(△T(sec)) 를 곱함으로써 얻어진다. 그렇다면, 통상운전시의 실린더내충전 EGR 가스량(Mc-egr(g/sec))을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다.
따라서, 정상 운전시 EGR 가스가 공급되어 있을 때의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KL)을 흡기관 압력(Pm)의 2 개의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다는 것이 된다.
EGR 가스가 공급될 때의 기관 부하율 KL을 KLon로 하면, 도 34 는 정상 운전시(예를 들어, 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)가 각각 일정하게 유지되어 있을 때)의 기관 부하율 KLon을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식의 일례가 나타나있다. 도 34 에 나타난 바와 같이, 기관 부하율(KLon)은 서로 다른 기울기의 흡기관 압력(Pm) 2개의 일차함수로 표현되고 접속점(CP) 에서 연속하고 있다. 즉, 흡기관 압력(Pm)이 작을 때에는 기관 부하율(KLon)은 기울기(e1)의 일차 함수식에 의해서 표시되어, 흡기관 압력(Pm)이 높을 때에는 기울기(e2)의 일차 함수식에 의해 기관 부하율(KLon)이 표시된다.
여기서, 2개의 일차 함수식의 기울기를 각각 el, e2 로 하여, 접속점(CP) 에서의 흡기관 압력 및 기관 부하율을 각각 d 및 r로 하면. 이 2개의 일차 함수식은 다음식에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112005032174411-pct00036
이들을 하나로 나타내면 다음식(43)이 얻어진다.
Figure 112005032174411-pct00037
본 실시형태에서는, 정상 운전시의 기관 부하율(KLon)을 나타내는 흡기관 압력 (Pm)의 2개의 일차 함수식이 식(43)에 나타내는 형태로 미리 ROM(34)내에 저장된다. 이렇게 하여 , 2개의 일차 함수식을 e, d, r 의 3개의 파라미터로 나타낼 수 있다. 즉, 2개의 일차 함수식을 나타내기 위해서 필요한 파라미터의 수를 적게 할 수 있다. 이 식(43)의 각 파라미터 e, d, r 는 다음식에 따라 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00038
여기서, e1* 및 e2* 는 기관 주위환경 상태가 미리 정해진 표준 환경상태일 때의, 기울기, d* ,r* 는 각각 기관 주위환경 상태가 미리 정해진 표준 환경상태일 때의 접속점에서의 흡기관 압력 및 기관 부하율이다. 표준 환경 상태에는 어떤 상태를 사용해도 되지만, 본실시형태로서는 표준 환경상태로서 표준 상태(1기압, 25˚C)가 사용되었다.
다른 한편으로, Ktha 는 대기 온도 보정 계수를, kpa 는 대기압 보정 계수 를 각각 나타낸다. 대기 온도 보정 계수(Ktha)는 대기온 센서(44)에 의해 검출되는 실제의 대기 온도에 따라, 표준 환경 상태에 있어서의 각 파라미터 e1*, e2*, d* 및 r*을 각각 보정하기 위한 것이다. 보정이 불필요한 경우에는 1. 0 이 된다. 또한, 대기압 보정 계수(kpa)는 대기압 센서(45)에 의해 검출되는 실제의 대기압에 따라, 표준 환경상태에 있어서의 각 파라미터 d* 및 r*를 각각 보정하기 위한 것이다. 보정이 불필요한 경우에는 1.0 이 된다.
따라서, 대기 온도 보정 계수(Ktha) 및 대기압 보정 계수(kpa)가 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표치라고 할 수 있는 것을 고려하면, 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표치에 근거하여, 표준 환경상태에 있어서의 각 파라미터 e1*, e2*, d*, r* 과`를 보정된다. 또한, 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표값에 근거하여, 표준 환경상태에 있어서의 기관 부하율(KLon)을 보정한다는 견해도 있다.
다른 한편으로, 식(17)에 있어서의 EGR 제어밸브(22)의 개구단면적(Ae)이 EGR 개방도(θe)에 의존하여, 기관충전효율이 기관 회전수 (NE)에 의존하는 것을 고려하여, 본 실시형태에서는 파라미터 e* (e1*, e2*), d* 및 r* 를 EGR 개방도(θe) 및/또는 기관 회전수(NE) 에 따라 설정하고 있다.
구체적으로 설명하면, 기울기 e1* 는, 도 35A 에 나타나는 바와 같이, 기관 회전수(NE)가 낮을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 커지며, 기관 회전수(NE)가 높을때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 작아지고, EGR 개방도(θe)가 커짐에 따라서 커진다. 또한, 도 35B 에 나타난 바와 같이 기울기 e2* 는 기관 회전수(NE)가 낮을때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 커지며, 기관 회전수(NE)가 높을때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 작아지고, EGR 개방도(θe)가 커짐에 따라서 커진다. 또한, 기울기 e1* 및 e2*는 미리 실험에 의해 구하고, 각각 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방(θe)도의 함수로서 도 35C 및 35D 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다.
다른 한편으로, 접속점(CP) 에서의 흡기관 압력 d* 는, 도 36 에 나타난 바와 같이, 기관 회전수 (NE)가 높아짐에 따라 작아진다. 접속점(CP) 에서의 흡기관 압력(d*)도 미리 실험에 의해 구하고, 기관 회전수(NE)의 함수로서 도 36 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다.
또한, 접속점(CP) 에서의 기관 부하율 (r*)는 , 도 37A 에 나타나는 바와 같이, 기관 회전수 (NE)가 낮을 때에는 기관 회전수 (NE)가 높아질수록 커지고, 기관 회전수(NE)가 높을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 작아지며, EGR 개방도(θe)가 커짐에 따라 작아진다. 접속점(CP)에서의 기관 부하율(r*)을 미리 실험에 의해 구하고, 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도(θe)의 함수로서 도 37B 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34)내에 저장한다.
따라서, 일반적으로 말하면, 서로 다른 복수의 EGR 개방도(θe)에 대하여, 정상 운전시의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KLon)을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식이 각각 미리 구해지고 저장된다. 또한, 서로 다른 복수의 기관 회전수(NE)에 대해, 정상 운전시의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KLon)를 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식이 미리 구하여져 저장된다.
도 38 은 일정한 기관 회전수(NE) 및 여러가지 EGR 개방도(θe)에 있어서의, 정상 운전시의 기관 부하율(KLon)을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식을 나타낸다. 또, 도 38 에 있어서의 파선은 EGR 가스가 공급되어 있지 않을 때, 즉 EGR 개방도(θe)가 0 일때의 기관 부하율(KLoff)를 나타내고 있다.
다른 한편으로, 위에서 설명한 것처럼, EGR 가스가 공급되지 않을 때의 기관 부하율(KLoff)을 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다. 도 39 에는, 정상 운전시 (예를 들어, 기관 회전수(NE)가 일정하게 유지되어 있을 때)의 기관 부하율(KLoff)를 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식의 일 예가 나타나 있다. 본 실시형태에서는, 도 39 에 나타나는 바와 같이, 기관 부하율(KLoff)은, 기울기가 서로 다르고 또한 접속점(CP)에서 연결된 흡기관 압력(Pm)의 2 개의 일차 함수식에 의해 표현된다. 즉, 흡기관 압력(Pm)이 낮을 때에는 기울기(a1)의 일차 함수식에 의해서 기관 부하율(KLoff)이 표현되어, 흡기관 압력(Pm)이 높을 때에는 기울기(a2)의 일차 함수식에 의해서 기관 부하율(KLoff)이 표현된다.
여기서, 2개의 일차 함수식의 기울기를 각각 al 및 a2 로 하고, 접속점(CP) 에서의 흡기관 압력 및 기관 부하율 각각 d 및 c 라 하면, 이들 2개의 일차 함수식은 다음 식에 의해 나타낼 수 있다. ·
Figure 112005032174411-pct00039
이들을 더하면 다음 식(44)이 유도된다.
Figure 112005032174411-pct00040
본 실시형태에서는, 정상 운전시의 기관 부하율(KLoff)을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식이 식(44)에 도시된 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다. 또, 이 경우의 접속점(CP)에서의 흡기관 압력(d)은, 상기 기관 부하율(KLon)에 접속점(CP)에서의 흡기관 압력(d)과 동일하다. 따라서, 파라미터의 수를 감소시킬 수 있다. 물론, 접속점(CP)에서의 흡기관 압력을 서로 다르게 하는 것도 가능하다. 이 식(44)의 각 파라미터 a 및 r 는 다음식에 따라 산출된다.
a1 = a1*·ktha
a2 = a2*·ktha
c = c*·ktha·kpa
여기서, a1* 및 a2*는 각각, 기관 주위환경 상태가 상술한 표준 환경상태, 즉 표준상태일 때의 기울기이며, c*는 기관 주위환경 상태가 상술한 표준 환경상태, 즉 표준상태일 때의 기관 부하율이다.
따라서, 대기 온도 보정 계수(ktha) 또는 대기압 보정 계수(kpa)가 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표값인 것을 고려하면, 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표치에 근거하여, 표준 환경상태에 있어서의 각 파라미터 a1* , a2* 및 c*가 보정된다. 또한, 실제의 기관 주위환경 상태를 대표하는 대표치에 근거하여, 표준 환경상태에 있어서의 기관 부하율(KLoff)를 보정한다는 견해도 가능하다.
다른 한편으로, 기관 충전 효율이 기관 회전수(NE)에 의존하는 것을 고려하여, 본 실시형태 파라미터 a* (a1*, a2*) 및 c* 를 기관 회전수(NE)에 따라 설정한다.
구체적으로 설명하면, 기울기 a1*는, 도 40A 에 나타난 바와 같이, 기관 회전수(NE)가 낮을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 커지며, 기관 회전수(NE)가 높을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 작이진다. 또한, 기울기 a2* 는, 도 40 B 에 나타나는 바와 같이, 기관 회전수(NE)가 낮을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아짐에 따라 커지고, 기관 회전수(NE)가 높을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아짐 에 따라 작아진다. 이들 기울기 a1* 및 a2* 는 미리 실험에 의해 구하고, 각각 기관 회전수(NE)의 함수로서 도 40A 및 B 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장한다. 또한, 접속점(CP)에서의 기관 부하율(c*)은, 도 41 에 나타나는 바와 같이, 기관 회전수(NE)가 낮을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 커지고, 기관 회전수(NE)가 높을 때에는 기관 회전수(NE)가 높아질수록 작아진다. 접속점(CP)에서의 기관 부하율(c*) 도 미리 실험에 의해 구하고, 기관 회전수(NE)의 함수로서 도 41에 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장된된다.
따라서, 일반적으로 말하면, 서로 다른 복수의 기관 회전수(NE)에 대해, 정상 운전시의 실린더내 충전 신기량(Mc-air) 또는 기관 부하율(KLon)을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식이 미리 구해지고 저장된다. 이 경우, 흡기관 압력(Pm)을 예를 들어, 압력센서(39)에 의해 검출하면, 이 검출된 흡기관 압력(Pm)으로부터 상기 식(43) 또는 (44) 를 사용하여 기관 부하율(KLon 또는 KLoff)를 정확하게 또한 간단히 구할 수 있어, 이렇게 하여 공연비를 목표 공연비에 정확히 또한 간단히 일치시킬 수 있다.
이와 같이 기관 부하율(KLon 또는 KLoff)를 흡기관 압력(Pm)의 일차 함수식으로 나타낼 수 있다는 것은, 기관 부하율(KLon 또는 KLoff)과 흡기관 압력(Pm) 사이의 관계를 나타내는 맵을 작성할 수 있음을 의미한다. 따라서, 우선 맵의 작성노동력이 절감된다. 또한, 복잡한 미분방정식등을 풀 필요가 없다. 따라 서, CPU(34)의 계산 부하가 경감된다.
그러나, 식 25 를 참조하여 알 수 있는 것처럼, 기관 부하율(KL)은 실린더내충전 신기량(Mc-air)을 나타낸다고 말할 수 있다. 여기서, EGR 가스가 공급되지 않을 때에는, 실린더내에 신기만이 충전되는 것을 고려하면, EGR 가스가 공급되지 않을 때의 기관 부하율(KLoff)은, 이 때의 실린더 내에 충전되는 가스의 총량, 즉 실린더내 충전 가스량(Mc)을 나타낸다고 할 수 있다.
여기서, EGR 가스가 공급될 때와 공급되지 않을 때의 실린더내 충전 가스량 (Mc)이 변하지 않는다고 하면, EGR 가스가 공급되지 않을 때의 기관 부하율(KLoff)은, EGR 가스가 공급되지 않을 때의 실린더내 충전 가스량(Mc) 뿐만아니라, EGR 가스가 공급될 때의 실린더내 충전 가스량(Mc)을 나타내는 것이 가능하다.
다른 한편으로, 정상 운전시 및 EGR 가스가 공급되어 있을 때의 실린더내 충전 신기량(Mc-air)이 기관 부하율(KLon)에 의해 표현되는 것은 전술한 바와 같다. 따라서, EGR 가스가 공급되어 있을 때의 기관 부하율(KL)에서, EGR 가스가 공급되어 있지 않을 때의 기관 부하율(KLon)을 뺀 결과값(△KL = KLoff-KLon)은, 정상 운전시의 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)을 나타낸다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 도 42 에 나타나는 바와 같이, Pm = Pm1 및 KLoff= KLoff1 및 KLon= KLon1 인 경우에는, 정상 운전시의 실린더내충전 EGR 가스량(Mc-egr)이 △KL (= KLoff1 - KLon1)로 표현된다.
따라서, 정상 운전때 에 있어서의 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)은 다음식(45)에 따라 산출할 수 있다.
Figure 112005032174411-pct00041
여기서, kegr1는 기관 부하율(KL)에서 실린더내충전 EGR 가스량(Mc-egr)에의 변환계수(conversion coefficent)를, KLoff 및 KLon 은 각각, 상기 식 43 및 44 로부터 산출되는 기관 부하율을 나타내고 있다.
따라서, 흡기관 압력(Pm)을 상기 계산식에 의해서 산출하거나 또는 압력센서에 의해서 검출하면, 이 흡기관 압력(Pm)에서 상기 식(45)을 사용하여 정상 운전시의 실린더내충전 EGR 가스량(Mc-egr)을 정확히 또한 간단히 구할 수 있다.
그러나, 위에서 설명한 것처럼, 정상 운전시에는 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr) 및 실린더내 흡입 EGR 가스량(mc-egr)이 서로 같고, 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)는 실린더내 흡입 EGR 가스량(mc-egr) 및 △T(sec)로 표현된다.(Mc-egr = mc-egr·△T) 따라서, 상술한 차이(△KL)는 정상 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 나타낸다.
본 실시형태에서는, 다음식(46)에 따라 정상 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00042
,
여기서, kegr2 는 기관 부하율(KL)로부터 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)으로의 변환계수를 나타내어, KLoff 및 KLon는, 상기식 (43) 및 (44)로부터 각각 산출되는 기관 부하율을 나타내고 있다.
지금까지 설명한 것처럼, 상기 식(46)을 사용하여 정상 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 산출된다. 그러나, 이 식(46)을 사용하고 과도 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)을 산출하는 것도 가능하다. 즉, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 EGR 제어밸브(22)의 상류측 및 하류측의 압력차, 즉 배기압(Pe) 및 흡기관 압력(Pm)과의 차에 크게 의존한다. 과도 운전시의 EGR 제어밸브(22) 상류측의 배기압(Pe) 및 배기온도(Te)가 정상 운전시의 배기압(Pe) 및 배기온도(Te)와 다르지 않는다고하면, 정상 운전시이건 과도 운전시이건, 흡기관 압력(Pm)이 결정되면 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 결정되는 것이다.
따라서, 상기 식(46)을 사용하여 흡기관 압력(Pm)으로부터 정상 운전시 및 과도 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 정확히 또한 간단히 구할 수 있다. 이 경우, 정상 운전시의 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)은 정상 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)로부터 산출할 수도 있고, 상기 식(45)을 사용하여 상기 차이(△KL)로부터 산출할 수도 있다.
도 43 은 상기 실시형태에 있어서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)의 산출루틴을 나타내고 있다. 이 루틴은 미리 정해진 설정시간 마다의 끼어듬(interruption)에 의해 실행된다.
도 43을 참조하면, 우선 스텝(100)에서는 흡기관 압력(Pm), 기관 회전수(NE), 및 EGR 개방도(θe)가 읽힌다. 다음 스텝(101)에서는, 대기 온도 보정 계수 (ktha) 및 대기압 보정 계수(kpa)가 산출된다. 다음 스텝(102)에서는, 도 36, 도 37B, 및 도 41 의 맵으로부터, 표준 환경상태 하에서의 접속점(CP) 에서의 흡기관 압력(d*) 및 기관 부하율 (c* 및 r*)이 산출된다. 다음 스텝(l03)에서는 ktha, kpa 에 의해 d*, c*, r* 를 보정함으로써 파라미터 d, c, r 가 산출된다. 다음 스텝(l04)에서는, 검출된 흡기관 압력(Pm)이 접속점에서의 흡기관 압력(d) 이하인가 아닌가가 판별된다. Pm≤d 일 때에는 다음 스텝(105)으로 진행하여, 도 35 C 및 도 40A 의 맵으로부터 a1* 및 e1* 가 산출된다. 다음 스텝(106)에서는, 기울기 a* 및 e* 가 각각 a1* 및 e1* 가 된다. 이어서 스텝(109)로 진행한다. 이와 반대로, Pm > d 의 경우에는 다음 스텝(107)로 진행하여, 도 35D 및 도 40B 의 맵으로부터 a2* 및 e2* 가 산출된다. 다음 스텝(108)에서는, 기울기 a* 및 e* 가 각각 a2*, e2* 가 된다. 다음 스텝(109)으로 진행한다.
스텝(109)에서는, ktha 및 kha 에 의해 a* 및 e* 를 보정하여 a 및 e 가 산출된다. 다음 스텝(110)에서는, 식(44)(KLOFF = a ·(Pm - d) + c)로부터 기관 부하율(KLoff)가 산출된다. 다음 스텝(111)에서는, 식(43)에 따라 기관 부하율 KLon이 산출된다. (KLon= e·(Pm-d)+ r). 다음 스텝(112)에서는 차 △KL이 산출된다 (△KL = KLoff-KLon). 다음 스텝(113)에서는, 식 (45) 에 따라 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 산출된다.(megr= kegr2·△KL)
상기 실시형태에서는, 기관 부하율 KLoff 및 KLon을 각각, 2개의 일차 함수식에 의해 나타내고 있다. 그러나, 기관 부하율 KLoff 및 KLon를, 각각 n 개의 m 차 함수식에 의해 나타내는 것도 가능하다. (n, m= 1, 2...)
따라서, 상기 실시형태로서는, 정상 운전시 그리고 EGR 가스가 공급되어 있지 않을 때의 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율(KLoff)을 흡기관 압력(Pm)의 함수식인 제 1 함수식에 의해 나타내는 동시에 제 1 함수식을 미리 구하고 저장하여, 정상 운전시 그리고 EGR 가스가 공급되어 있을 때의 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율(KLon)을 흡기관 압력(Pm)의 함수식인 제 2 함수식에 의해 나타내는 동시에 제 2 함수식을 미리 구하고 저장하여, 상기 구해진 흡기관 압력(Pm)으로부터 상기 제1 및 제 2 함수식을 사용하여 각각 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율 (KLoff 및 KLon)을 산출하여, 이들 산출된 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율(KLoff 및 KLon)의 차 △ KL을 산출하여, EGR 제어밸브 통과가스량(megr)를 차 △KL에 따라 산출하는 것이 가능하다.
또한, 일반적으로 말하면, 정상 운전시 그리고 EGR 가스가 공급되어 있지 않을 때의 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율(KLoff)과, 정상 운전시 그리고 EGR 가스가 공급되어 있을 때의 실린더내 충전 신기량 또는 기관 부하율 (KLon)과의 차 △KL을 흡기관 압력 (Pm)의 함수식으로 나타내는 동시에, 함수식을 미리 구하고 저장하여, 흡기관 압력 (Pm)을 구하여, 구해진 흡기관 압력 (Pm)에서 상기함수식을 사용하여 상기 차 △KL을 산출하고, 정상 운전시 및 과도 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr) 및 정상 운전시의 실린더내충전 EGR 가스량 (Mc-egr) 이 상기 차 △KL 에 따라 산출된다.
다음, 본발명의 다른 실시형태에 대해 설명한다. 상기 차(△KL)는 KLoff 및 KLon 을 각각 나타내는 식(44) 및 (43)을 사용하여 다음식(47)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005032174411-pct00043
만약, (a-e) 를 h 로 (c-r) 를 i 로 치환하면 , 식(47)은 다음과 같다.
Figure 112005032174411-pct00044
따라서, 차 △KL은, 도 44 에 나타나는 바와 같이, 기울기가 서로 다르며, 접속점 (CP) 에서 만나는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식에 의해 표현된다. 즉, 흡기관 압력(Pm)이 작을 때에는 기울기(h1)의 일차 함수식에 의해, 흡기관 압력 (Pm)이 높을 때에는 기울기(h2)의 일차 함수식에 의해 차(△KL)가 표현된다.
본 실시형태에서는, 차 △KL을 나타내는 흡기관 압력(Pm)의 2개의 일차 함수식이 식(48)에 나타내는 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다. 이렇게 하여, 파라미터의 수를 더욱 줄일수 있다. 이 식(48)의 각 파라미터 h, d 및 i는 다음식에 따서 산출된다.
Figure 112005032174411-pct00045
여기서, h1* 및 h2*는 기관 주위환경 상태가 표준 환경상태일 때의 기울기이고, i* 는 기관 주위환경 상태가 표준 환경상태일 때의 접속점 (CP) 에서의 차이다. 이들 h1*, h2* 및 i* 미리 실험에 의해 구해져 각각 기관 회전수(NE) 및 EGR 개방도도(θe)의 함수로서 도 45A ,45B 및 45C 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다. 파라미터 d 는 상기 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
따라서, 일반적으로 말하면, 서로 다른 복수의 EGR 개방도(θe)에 대하여, 차 △KL 를 나타내는 흡기관 압력 (Pm)의 2개의 일차 함수식이 각각 미리 구해지고 저장된다. 또한, 서로 다른 복수의 기관 회전수(NE)에 대하여, 차 △KL 를 나타내는 흡기관 압력 (Pm)의 2개의 일차 함수식이 미리 구해지고 저장된다.
도 46는 상술한 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 EGR 제어밸브 통과 가스유량의(megr) 산출루틴을 나타내고 있다. 이 루틴은 미리 정해진 설정시간 마다의 끼어듬에 의해서 실행된다.
도 46를 참조하면, 우선, 스텝(120)에서는 흡기관 압력(Pm), 기관 회전수(NE), 및 EGR 개방도(θe)가 읽힌다. 다음 스텝(121)에서는, 대기 온도 보정 계수 (ktha) 및 대기압 보정 계수 (kpa)가 산출된다. 다음 스텝(122)에서는, 도 36 및 도 45C 의 맵으로부터, 표준 환경상태 하의 접속점 (CP) 에서의 흡기관 압력(d*) 및 차 i* 가 산출된다. 다음 스텝(123)에서는, ktha 및 kpa 에 의해 d*, i* 를 보정함으로써, 파라미터 d , i 가 산출된다. 다음 스텝(124)에서는, 검출된 흡기관 압력 (Pm)이 접속점에서 흡기관 압력 d 이하인가 아닌가가 판별된다. Pm ≤ d 인 경우 다음 루틴인 스텝(125)에 진행하여 도 45A 맵으로부터 h1* 가 산출된다. 다음 스텝(126)에서는, 기울기 h* 는 h1* 이 된다. 다음, 루틴은 스텝 (129)로 진행한다. 이와 반대로, Pm > d의 때에는 ,다음 스텝(127)로 진행하여, 도 45 B 의 맵으로부터 h2*가 산출된다. 다음 스텝(128)에서는, 기울기 h* 가 h2* 이 된다. 이어서 스텝(129)에 진행한다.
스텝(129)에서는, ktha, kpa 로 h* 를 보정함으로써, 파라미터 h가 산출된 다. 다음 스텝(130)에서는, 식(48)에 따라 차 △KL이 산출된다. (△KL = h·(Pm - d) + i). 다음 단계(131)에서는, 식(46)에 따라 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr) 이 산출된다.(megr = kegr2·△KL). 여기서, EGR 개방도(θe) 에 관해서 간단히 설명한다. 전술한 바와 같이, EGR 개방도는 EGR 제어밸브(22)의 스텝모터의 스텝수(STP)로 표현된다. 즉, 스텝수(STP)가 0 이 되면 EGR 제어밸브(22)는 폐쇄된다. 스텝수 STP가 커지면 EGR 개방도 또한 커진다.
그러나, 실제로는, 도 47 에 나타나는 바와 같이 스텝수(STP)가 0 으로부터 커지더라도, EGR 제어밸브(22)는 즉시 개방되지 않고, 스텝수(STP)가 STP1 를 초과하면 결국 EGR 제어밸브(22)가 개방된다. 따라서, 스텝수 (STP)에서 정확하게 STP1 만 뺀 결과(STP-STP1)로 , EGR 개방도(θe)를 나타낼 필요가 있다. 또한, EGR 제어밸브(22)에는 통상 제조 오차를 포함하기 때문에, 스텝수 (STP) 에 대한 실제의 EGR 개방도(θe)가 정규의 개방도로부터 어긋날 가능성이 있다. 따라서, 도 1 에 나타난 내연기관에서는, 실제의 EGR 개방도를 정규의 개방도에 일치시키기 위한 보정 계수(kg)를 구하여, 이 보정 계수(kg)를 스텝수 (STP) 에 곱하도록 하고 있다.
따라서, EGR 개방도(θe)는 다음식에 따라 표현된다.
θ e = STP-STP0 + kg
여기서, STP0 는 도면 공차 중앙품에 있어서 EGR 제어밸브(22)가 폐쇄하기 시작하는 스텝수이다. 본 실시형태에서는, 이렇게 하여 산출된 EGR 개방도(θe)를 맵의 인수로서 사용하고 있다.
그러나, 전술한 바와 같이 산출되는 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr) 또는 정상 운전시의 실린더내 충전 EGR 가스량(Mc-egr)을, 배기온도 (Te)를 고려하여 보정할 수도 있다.
EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)를 보정한 경우에 관해 설명하면, 이 경우의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)은, 예를 들어 다음식으로 표현된다.
m egr = m egr ·kwu·krtd·kinc
여기서, kwu는 워밍업 보정 계수(warming-up corretion coefficent)를, krtd는 지연시 보정 계수(retardation corretion coefficent)를, kinc는 증량시 보정 계(increase corretion coefficent)수를 각각 나타내고 있다.
워밍업 보정 계수 kwu는 기관 워밍업 운전시의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 보정하기 위한 것이다. 즉, 워밍업 운전시에는 워밍업 운전 완료후와 비교하여 배기온도(Te)가 낮다. 그 양만큼 EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr(g/sec))이 많아진다. 상기 식 (43) 및 (44) 또는 식(48)을 사용하여 산출되는 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)은 워밍업 운전완료 후의 EGR 제어밸브 통과 가스유량이다. 따라서, 이를 보정할 필요가 있는 것이다.
워밍업 보정 계수(kwu) 는, 도 48A 에 나타나는 바와 같이, 워밍업의 정도를 나타내는 기관 냉각 수온(THW)이 높아짐에 따라 작아져서, 워밍업 완료를 나타내는 온도(THU) 이상이 되면 1.0 으로 유지된다. 이 워밍업시의 보정 계수(kwu)는 도 48 A 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다. 다른 한편으로, 지연시 보정 계수(krtd)는 점화 타이밍의 지연시 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr) 을 보정하기 위한 것이다. 즉, 점화 타이밍의 지연시에는 점화 타이밍이 지연되지 않을 때와 비교하여 배기온도(Te)가 높아지고, EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 그에 상응하는 양만큼 작아진다.
지연시 보정 계수(krtd)는, 도 48B 에 나타나는 바와 같이, 지연량(RTD)이 0 일때 1.0 이고, 지연량(RTD)가 커짐에 따라 작아진다. 지연시 보정 계수(krtd)는 도 48B 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34) 내에 저장된다.
증량시 보정 계수(kinc)는 연료 분사량이 증가하는 경우의 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 보정하기 위한 것이다. 즉, 연료 분사량이 증가하는 경우에는 연료 분사량이 증가하지 않는 경우와 비교할 때 배기온도(Re)는 낮아진다. 이 양만큼 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)이 많아진다. 증량시 보정 계수(kinc)는, 도 48C에 나타나는 바와 같이, 증량 보정분(Finc)이 0 일 때에 1.0 이고, 증량 보정분이 증가할수록 커진다. 이 증량시 보정 계수(kinc)는 도 48C 에 도시된 맵의 형태로 미리 ROM(34)에 저장된다. 이렇게 하여, EGR 제어밸브 통과 가스유량 (megr)을 보다 정확하게 구할 수 있다.
또한, 점화 타이밍이 지연되지 않을 경우 또는 연료 분사량이 미리 증가하지 않을때의 배기온도(Te)를 기관운전상태(예를 들어, 기관 회전수(NE) 및 요구 부하(L))의 함수로서 미리 구하여, 실제의 배기온도(Te)를 검출 및 추정하여, 점화 타이밍이 지연되지 않고 또는 연료 분사량이 증가하지 않는 경우의 배기온도(Te)와 실제의 배기온도(Te)와의 차에 따라 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)을 보정하는 것도 가능하다. 정상 운전시의 실린더내충전 EGR 가스량(Mc-egr) 에도 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 1에 도시된 내연기관에서는, 전술한 바와 같이, EGR 제어밸브(22) 하류측의 EGR 통로(21)는 분기되어 각 기통의 흡기관(12)에 각각 연결되어 있다. 이 구성에 있어서, 각 실린더에 공급되는 EGR 가스의 양에 격차가 생기는 것을 억제하기위하여, 도 49 에 나타나는 바와 같이, EGR 제어밸브(22) 하류의 각 EGR 통로(21) 에 컨스트릭션(23)을 형성할 수 있다.
이 경우, 우선, 정상 운전시이면 컨스트릭션(23)을 통과하는 EGR 가스의 유량인 컨스트릭션 통과 가스유량(mchk (g/sec))은 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)에 일치한다. 따라서, 지금까지의 설명한 것처럼 정상 운전시의 컨스트릭션 통과 가스유량(mchk)을 차 △KL에 따라서 산출할 수 있다. 또, 컨스트릭션 통과 가스유량 (mchk)은 흡기관부에 유입하는 EGR 가스의 유량을 나타내고 있다.
다른 한편으로, 과도 운전시에는, 컨스트릭션 통과 가스유량(mchk)은 EGR 제어밸브 통과 가스유량(megr)과 일치하지 않는다. 그러나, EGR 제어밸브(22)로부터 컨스트릭션까지의 EGR 통로(21)내의 용적이 비교적 작은 경우에는, mchk 는 megr과 대략 일치한다. 따라서, EGR 제어밸브(22) 로부터 컨스트릭션 (23) 까지의 EGR 통로(21)내의 용적이 비교적 작은 경우에는, 정상 운전시이든 과도 운전시든, 컨스트릭션 통과 가스유량(mchk)을 차(△KL)에 따라 산출할 수 있다.
지금까지 설명한 본 실시형태에서는, 예를 들어, 계산 모델을 사용하여 추정된 흡기관 압력(Pm) 또는 압력센서(39)에 의해 검출된 흡기관 압력(Pm)에서 기관 부하율(KLon 및 KLoff) 또는 차 △KL을 산출할 수 있다. 그러나, 예를 들어, 스로틀개방도 또는 스로틀밸브(17) 상류측의 흡기 덕트에어플로욱 배치된 공기 유량계의 출력에 근거하여 흡기관 압력(Pm)을 추정하여, 이 추정된 흡기관 압력(Pm)에서 기관 부하율(KL)을 산출할 수도 있다. 여기서, 스로틀개방도에 따라 흡기관 압력(Pm)을 추정하는 경우에, 흡기관 압력 (Pm)을 스로틀개방도(θt), 기관 회전수(NE), EGR 개방도(θe)의 함수로서 미리 구하여, 이것이 맵의 형태로 저장된다.
다른 한편으로, 공기 유량계의 출력에 따라 흡기관 압력(Pm)을 추정하는 경우, 공기 유량계의 검출 정밀도 등의 결함으로 추정된 흡기관 압력(Pm)이, 흡기관 압력(Pm)이 최고압 (Pmmax)를 넘는 경향이 있다. 그런데, Pm > Pmmax 영역에서는, 도 50B 에 나타난 바와 같이, 상기 식(43)으로 표현되는 기관 부하율(KLon)이 식(44)으로 표현되는 기관 부하율(KLoff) 보다도 커지고 있는 경우가 있어, 이 경우에는, 차 △KL이 음의 값이된다. 즉, 추정된 흡기관 압력(Pm)이 최고압 (Pmmax)를 넘으면, 차 △KL을 정확히 산출하기 어려운 경향이 있다.
따라서, 도 50A 에 나타난 바와 같이, Pm > Pmmax 의 영역에서는, 차 △KL을 일정치 △KLC 로 유지하면 이러한 문제를 제거할 수 있다. 즉, 추정된 흡기관 압력(Pm)이 최고압(Pmmax)을 초과할 때, 차(△KL)를 정확히 계속하여 산출할 수 있는 것이다.
그러나, 도 51A 및 51B 에 도시된 것처럼, 각 실린더(5)에 대응하는 흡기관(13) 내에, 격벽(24)에 의해서 서로 분리된 한 쌍의 흡기 통로(13a, 13b)가 형성되고, 흡기 통로(13b) 내에 선회류 제어밸브(swirl control valve,25)가 배치되어 있는 내연기관이 알려지고 있다.
이 선회류 제어밸브(25)는, 예를 들어, 기관저부하 운전시에 폐쇄되어, 기관고부하 운전시에 개방 된다. 도 51A 에 나타낸 바와 같이, 선회류 제어밸브(25)가 개방되면, 양 흡기 통로(13a, 13b)로 부터 가스가 실린더(5) 내에 유입하여, 따라서, 실린더(5) 내에 충분한 양의 신기가 공급된다. 다른 한편으로, 도 51B 에 나타낸 바와 같이, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄되면, 흡기 통로(13a)로 부터만만 가스가 실린더(5)내에 유입하여, 따라서 실린더(5) 내에 실린더 축선주위의 선회류가 형성된다.
여기서, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄되면, 전술한 바와 같이, 가스는 흡기 통로(13a)로부터만 실린더(5)내에 유입되기 때문에, EGR 제어밸브(22)로부터 실린더(5)까지의 채널의 용적은 선회류 제어밸브(25)가 개방되어 있는 경우에 비교하여 작다. 또한, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄되면, EGR 통로(21)의 출구 근방에 있어서의 가스의 유량이 빠르게 된다. 특히, 도 51A, 51B 및 51C 에 도시된 것처럼, EGR 통로(21)가 격벽(24)에 의해서 분리된 영역에서 흡기 통로(13a)에 접속되어 있는 경우에는, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄될 때의 EGR 통로(21)의 출구 근방에 있어서의 가스유량의 상승은 크다.
이와 같이, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄되면 , 선회류 제어밸브(25)가 개방 되어 있는 경우와 비교하여, EGR 제어밸브(22)로부터 실린더(5)까지의 채널의 용적이 작게되어, EGR 통로(21)의 출구 근방의 가스의 유량이 빨라지고, 배기 가스가 EGR 제어밸브(22)을 통과할 때부터 실린더(5)에 도달할때 까지의 걸리는 시간 및 EGR 제어밸브(22) 하류의 EGR 통로(21) 및 흡기 통로(13a)내의 배기 가스의 확산이 촉진된다. 즉, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄되면, 선회류 제어밸브(25)가 개방되었을 때와 비교하여, 상기 데드 타임(Td2) 및 상기 시정수(τ2)가 작아진다.
따라서, 내연기관이 선회류 제어밸브(25)를 갖고 있는 경우에 있어서는, 상기 실시형태에 있어서, 선회류 제어밸브(25)가 개방된 상태를 기준으로, 기관 회전수(NE)를 변수로 한 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)의 맵을 미리 실험등으로 구하여 ROM(34)에 저장된다. 선회류 제어밸브(25)가 개방되었 때에는, 이 맵으로부터 기관 회전수(NE)에 따라 구한 데드 타임(Td2)및 시정수(τ2)를 사용하여, 실린 더내 유입배기 가스유량(megr-egr)을 산출한다.
여기서의 데드 타임(Td2)및 시정수(τ2)의 맵은 각각 도 17A 및 17B 같은 모양이 된다. 다른 한편으로, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄된 때에는, 도 17A 및 17B 에 나타낸 맵으로부터 기관 회전수(NE)에 따라 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 구하여, 이들 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)에 1.0 보다도 작은 보정 계수를 곱해 산출한 데드 타임(Td2) 및 시정수(τ2)를 사용하여, 실린더내 유입배기 가스유량(megr-egr)을 산출한다. 이에 의하면, 내연기관이 선회류 제어밸브를 구비하고 있는 경우에도, 보다 정확하데 실린더내 유입배기 가스유량을 산출할 수 있다.
이 기술 개념은, 보다 일반적으로 말하면, 기관 운전상태에 따라 EGR 제어밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변경이 가능하거나 또는 기관 운전상태에 따라 흡기 통로의 채널 단면적이 변경 가능한 것에 따라 흡기 통로에 개구하는 EGR 통로의 출구 근방의 가스유량이 변경가능하도록 설계된 내연기관에 적용가능하다.
그러나, 도 51A 및 51B 에 도시된 것처럼 선회류 제어밸브를 구비한 내연기관에 있어서, 선회류 제어밸브가 폐쇄되면, 전술한 바와 같이, 선회류 제어밸브가 개방되어 있는 경우에 비교하여, EGR 제어밸브로부터 실린더까지의 채널의 용적이 작아지고, EGR 통로의 출구근방의 가스의 유량이 빠를수록 실린더내에 충전되는 EGR 가스량은 많아진다. 즉, 선회류 제어밸브가 폐쇄되면 , 실린더내에 충전되는 EGR 가스량이 많아지고, 반대로 실린더내에 충전되는 신기의 양이 적어져서, 기관 부하율이 작아진다.
따라서, 내연기관이 선회류 제어밸브를 구비하고 있는 경우, 상기 식(43)을 이용하여 EGR 가스가 실린더내에 공급되어 있을 때의 기관 부하율(KLon)을 산출할 때에는, 선회류 제어밸브의 개폐여부에 따라 실린더내에 충전되는 EGR 가스의 량이 달라진다는 점을 고려하는 것이 바람직하다.
따라서, 내연기관이 선회류 제어밸브(25)를 구비하고 있는 경우, 상기 실시형태에 있어서, 선회류 제어밸브(25)가 개방된 상태를 기준으로, 식(43)에서 사용되는 파라미터 e (e1*, e2*) , d* , r* 를 설정하기 위한 맵을 실험등으로 구하여 ROM(34)에 저장한다. 선회류 제어밸브(25)가 개방될 때, 이들 맵으로부터 각 파라미터 e (e1, e2), d*, r* 를 구하고, 이들 파라미터에 따라 식(43)부터 기관 부하율(KLon)을 산출한다.
다른 한편으로, 선회류 제어밸브(25)가 폐쇄된 때에는, 상기 맵 및 기관 부하율로부터 구한 상기 파라미터 e (e1*, e2*) , d* , r* 를 이들 파라미터의 1 이상에 1. 0보다도 큰 보정 계수를 곱해 산출한 파라미터에 따라 식(43)으로부터 기관 부하율(KLon)을 산출한다. 이에 의하면, 내연기관이 선회류 제어밸브를 구비하고 있는 경우에도 보다 정확하게 기관 부하율(KLon)을 산출할 수 있다. 이 기술개념은, 보다 일반적으로 말하면, 기관 운전상태에 따라 EGR 제어밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적이 변경가능하거나 또는 기관 운전상태에 따라 흡기 통로의 채널 단면적이 변경가능한 것에따라 흡기 통로로 개방되는 EGR 통로의 출구 근방의 가스유량이 변경가능한 내연기관에도 동일하게 적용가능하다.
또한, 실린더내 유입배기 가스유량을 산출하기 보다는 실린더내 유입 신기유량을 직접 산출하는 경우, 선회류 제어밸브가 폐쇄되어 있고 또한 실린더내 유입배기 가스유량이 많아질 때에는, 실린더내 유입 신기유량이 선회류 제어밸브가 개방되어 있는 경우에 비교하여 약간 빨라지도록 보정하는 것도 가능하다. 또한, 상술의 식(43) 및 (44)에 있어서, 파라미터 d* 는, 상기 실시형태에서, 식(43) 및(44) 에 있어서와 동일한 맵으로부터 구한 값이지만, 그러나 식(43)에서 사용괴는 파라미터(d*) 및 식(44)에서 사용되는 파라미터(d*) 를 서로 다른 맵으로부터 구한 값으로 해도 된다. 또, 유량에 시간을 곱한 양이 산출되는 점에서, 상기 실시형태에 있어서 유량은 실질적인 양을 의미하는 것이다.
또한, 본 발명은 특히 EGR 통로를 통해 흡기관에 공급된 배기 가스가 그곳에 축적되도록, 흡기관(흡기 포트)에 연결된 EGR 통로를 갖는 내연기관에 적용되는 경우에 유리하다.
지금까지 본발명에 대해 설명을 위하여 선택된 구체적인 실시예를 따라 살명하였지만, 본발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고서도 당업자에게는 본발명의 다양한 변형과 수정이 가능하다.

Claims (26)

  1. 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어 밸브를 통과하는 배기 가스의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을 이용하여, 실린더 내에 유입하는 배기 가스의 양을 실린더내 유입 배기 가스량으로 규정하여 산출하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템에 있어서,
    상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 고려하여, 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하며, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 대해 설정되어 있는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에서 실제 실린더내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 그 분배 상수를 곱하여 각 실린더에 있어서의 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중 하나에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 및 가스의 유량 중의 하나에 의하여 변화되는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 하나에 의하여 흡기 통로에 개방되는 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 통과 배기 가스량을 흡기 통로내의 압력과 그 흡기 통로내의 압력 이외의 파라미터의 함수로 표현한 함수식을 미리 구하고 저장하여, 그 함수식을 이용하여 흡기 통로 내의 압력으로부터 통과 배기 가스량을 산출하고, 상기 통로 용적 또는 가스의 유량에 따라 상기 흡기 통로 내의 압력 이외의 파라미터가 변하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  8. 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을, 그 통과 배기 가스량을 변화시키는 파라미터를 이용하여 산출하고, 그 산출된 통과 배기 가스량을 이용하여, 실린더 내에 유입하는 배기 가스의 양인 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량의 산출시스템에 있어서,
    상기 파라미터의 값을 읽고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 시간에 상당하는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 상기 읽은 파라미터 값에 반영하고, 이 데드 타임과 추종 지연이 반영된 읽은 파라미터 값을 이용하여 통과 배기 가스량을 산출하며, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 대해 설정되어 있는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 내연기관에는 복수의 실린더가 제공되고 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에서 실제 실린더내 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 그 분배 상수를 곱하여 각 실린더에 있어서의 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 1 에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적과 가스의 유량중의 하나에 의하여 변화되는 내연기관의 실린더내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  14. 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로 및 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 흡기 통로 내에 유입하는 배기 가스의 양으로 규정된 흡기 통로내 유입 배기 가스량을, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을 이용하여 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템에 있어서,
    상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 흡기 통로에 도달하는데 걸리는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 흡기 통로내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 고려하여, 흡기 통로내 유입 배기 가스량을 산출하며, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 대해 설정되어 있는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 통로는 각각의 실린더에 연결된 흡기 통로에 연결되고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에 연결된 흡기 통로내 실재 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 흡기 통로내 유입 배기 가스량에 그 분배 상수를 곱하여 각 실린더에 연결된 흡기 통로에서의 흡기 통로내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 14 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 하나에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적과 가스의 유량 중의 하나에 의하여 변화되는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  20. 제 14 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적이 변화 중의 하나에 의하여 흡기 통로에 개방되는 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 통과 배기 가스량을 흡기 통로내의 압력과 그 흡기 통로내의 압력 이외의 파라미터의 함수로 표현한 함수식을 미리 구하고 저장하여, 그 함수식을 이용하여 흡기 통로 내의 압력으로부터 통과 배기 가스량을 산출하고, 상기 통로 용적 또는 가스의 유량에 따라 상기 흡기 통로 내의 압력 이외의 파라미터가 변하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  21. 흡기 통로, 배기 통로, 흡기 통로와 배기 통로를 연결하는 배기 가스 재순환 통로, 및 배기 가스 재순환 통로를 흐르는 배기 가스의 유량을 제어하도록 상기 배기 가스 재순환 통로 내에 배치된 배기 가스 유량 제어 밸브가 제공되고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과하는 배기 가스의 양으로 규정된 통과 배기 가스량을, 그 통과 배기 가스량을 변화시키는 파라미터를 이용하여 산출하고, 그 산출된 통과 배기 가스량을 이용하여, 흡기통로에 유입하는 배기 가스의 양으로 규정된 흡입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출 시스템에 있어서,
    상기 파라미터의 값을 읽고, 상기 배기 가스 유량 제어밸브를 통과한 배기 가스가 실린더에 도달하는데 걸리는 데드 타임 및 상기 통과 배기 가스량의 변화에 대한 실린더내 유입 배기 가스량의 변화의 추종 지연을 상기 읽은 파라미터 값에 반영하고, 이 데드 타임과 추종 지연이 반영된 읽은 파라미터 값을 이용하여 통과 배기 가스량을 산출하며, 상기 내연기관이 복수의 실린더를 구비하고, 상기 추종 지연과 데드 타임이 각 실린더에 대해 설정되어 있는 내연기관의 흡기통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 추종 지연은 1차 지연이고 상기 1차 지연의 시정수 및 상기 데드 타임이 기관 회전수에 따라 변하는 실린더내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 통로는 각각의 실린더에 연결된 흡기 통로에 연결되고, 상기 산출된 실린더내 유입 배기 가스량에 대한 각 실린더에 연결된 흡기 통로내의 실제 유입 배기 가스량의 비를 분배 상수로서 미리 구하고, 상기 산출된 흡기 통로내 유입 배기 가스량에 그 분배 상수를 곱하여 각 실린더에 연결된 흡기 통로에서 흡기 통로내 유입 배기 가스량을 산출하는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
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  26. 제 21 항에 있어서, 기관 운전상태에 따른 상기 배기 가스 유량 제어 밸브로부터 흡기 밸브까지의 통로 용적의 변화 및 기관 운전상태에 따른 흡기 통로의 채널 단면적의 변화 중의 하나에 의하여 흡기 통로에 개방된 배기 가스 재순환 통로의 개구 근방의 가스의 유량이 변화되고, 상기 추종 지연의 설정 및 데드 타임의 설정이 상기 통로 용적 및 가스의 유량중의 하나에 의하여 변화되는 내연기관의 흡기 통로내 유입 배기 가스량 산출시스템.
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