JP4244851B2 - エンジンの内部egr量推定装置 - Google Patents
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Description
EGRには、排気管と吸気管との間に接続されたEGR管を介して行う外部EGRと、このEGR管を介さずに行う内部EGRとがある。これらのうち、外部EGRによる還流ガス量を推定する装置として、次のものが知られている(特許文献1)。吸気行程中の吸気管内圧力とエンジン回転数とを検出し、検出した吸気管内圧力及びエンジン回転数をもとに、筒内への吸入総ガス量を算出する一方、吸気通路に設置されたエアフローメータの出力に一次遅れ処理を施し、一サイクル当たりの吸入空気量を算出する。算出した総吸入ガス量から吸入空気量を減算し、還流ガス量を算出するものである。
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン1の構成を示している。
吸気通路11の導入部には、エアクリーナ12が取り付けられており、エアクリーナ12により吸入空気中の粉塵等が除去される。吸気通路11において、エアクリーナ12の下流には、電子制御式のスロットル弁13が設置されている。スロットル弁13の下流には、サージタンク14が取り付けられており、サージタンク14にブランチ15が取り付けられ、吸気マニホールドが構成されている。サージタンク14内の吸入空気は、ブランチ15及びシリンダヘッドに形成された吸気ポート16を介して筒内に流入する。各気筒の吸気ポート16には、燃料供給用のインジェクタ17が設置されている。
インジェクタ17、点火プラグ27及び各可変動弁装置25,26の動作は、エンジンコントロールユニットとしての電子制御ユニット(以下「ECU」という。)41により制御される。ECU41には、エアフローメータ51からの吸気流量検出信号、圧力センサ52からのマニホールド圧力検出信号、温度センサ53からの冷却水温度検出信号、クランク角センサ54からの単位クランク角及び基準クランク角検出信号(ECU41は、これをもとに、エンジン回転数NEを算出する。)、圧力センサ55からの排気圧力検出信号、温度センサ56からの排気温度検出信号、酸素センサ57からの空燃比検出信号、アクセルセンサ58からのアクセル開度検出信号、及びカム角センサ59,60からのカム角検出信号(これをもとに、カムとカムシャフトとの実際の位相差を検出可能である。)が入力される。ECU41は、入力した各信号をもとに、上記の各デバイスの制御量を設定する。なお、本実施形態では、吸気温度Tintを検出するための温度センサが、エアフローメータ51と一体に構成されている。
以下に、ECU41による内部EGR量MRESの推定について説明する。
本実施形態に係る内部EGRによる還流ガスには、オーバーラップ期間に排気側から吸気側に吹き抜ける排気(すなわち、吹抜ガス)と、排気弁閉時期EVCを過ぎても筒内に残る排気とが含まれる。
図2は、内部EGR量推定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、基準クランク角信号に同期して、一サイクル毎に実行される。このルーチンでは、吸気弁閉時期IVCにおける筒内の状態をもとに、残ガス率Rrst、延いては内部EGR量MRESを算出する。
S104では、有効行程容積Vstrを算出する。対象気筒において、ピストン19が上死点にあるタイミングでのクランク角CAを0とすれば、有効行程容積Vstrは、次式により算出される。次式において、ボア断面積をAboreとし、有効行程長をLstreffとし、上死点及び下死点の間の全行程長をLstrとする。
Lstreff=(Lstr/2)×(1+|cosCA|) ・・・(1.2)
S105では、吸入空気量Qcylを読み込む。この吸入空気量Qcylは、対象気筒に対して一サイクル当たりに吸入される空気の量をいい、図示しない吸入空気量検出ルーチンにおいて、吸気流量Qairを吸気行程に亘り積算することにより算出される。
Rrst=1−(Qcyl×Tcyl)/(Vstr×Pcyl) ・・・(2)
S107では、内部EGR量MRESを算出する。内部EGR量MRESは、1から残ガス率Rrstを差し引いたものが、吸入総ガス量に対して吸入空気量Qcylが占める割合を与えるとして、次式により算出される。
以上のようにして算出した内部EGR量MRESは、インジェクタ17による燃料噴射制御や、点火プラグ27による点火制御に反映させる。
図3は、吸気圧力検出ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。このルーチンでは、吸気弁閉時期IVCにおける筒内圧力Pcylを、同時期におけるマニホールド圧力Pintにより近似する。
同調次数テーブルは、基準吸気温度(たとえば、Tint=25℃)での同調次数Mint0の理論式を、計算又は実験の結果により補正して設定する。図4に点線で示す直線L1は、基準吸気温度での理論上の同調次数Mint0の逆数を示しており、次式により表される。
(4)式において、吸気通路内での気柱振動の基本周波数をFintとしており、この基本周波数Fintは、吸気通路の等価管長をLeとし、音速をSpsdとして、次式により算出される。なお、(6)式において、吸気通路の実管長をLintとし、開放端補正値をDLとしている。また、(7)式において、比熱比をκairとし、ガス定数をRairとしている。
Le=2(Lint+DL) ・・・(6)
Spsd=√{κair×Rair×Tint} ・・・(7)
マニホールド圧力Pmaniを検出して、エンジン回転数毎にプロットするとともに、得られた曲線C1(図5)から、同調次数Mint=Aに相当する点P1のエンジン回転数NEa1を読み取る。図4において、直線L1上の1/Mint0=1/Aに対応するエンジン回転数NEa0を読み取り、理論式(4)の傾きを次式により補正する(直線L2)。なお、点P1のエンジン回転数NEa1は、机上計算により得られるマニホールド圧力をもとに、特定することもできる。
このようにして得られた(8)式をテーブル化し、同調次数テーブルとしてECU41に記憶する。なお、同調次数Mintの特性は、テーブルに代え、関数として記憶してもよい。
S201では、吸気温度Tint、マニホールド圧力Pmani及びエンジン回転数NEを読み込む。
S202では、実際の運転条件での同調回転数NEKを算出する。読み込んだ吸気温度Tint(たとえば、70℃)での同調次数特性線(図4のL3)を、(5)〜(8)式により算出し、算出した特性線上の、1/Mint=1/Aに対応するエンジン回転数NEa2を、同調回転数NEKとして算出する。同調回転数NEKの算出に際して採用する同調次数Mintは、実用運転領域を考慮して選択する。
S204では、ずらした後の脈動圧力比テーブル(以下「補正脈動圧力比テーブル」という。)を用い、脈動補正値DPintを算出する。脈動補正値DPintは、補正脈動圧力比テーブルから現在のエンジン回転数NEに対応する脈動圧力比RPpulを読み出し、読み出した脈動圧力比RPpulにマニホールド圧力Pmaniを乗算することにより算出する。
S205では、算出した脈動補正値DPintにマニホールド圧力Pmaniを加算して、吸気圧力Pintを算出する。
Pint(=Pcyl)=Pmani+DPint ・・・(11)
図7は、筒内温度検出ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。このルーチンでは、吸気弁閉時期IVCにおける筒内温度Tcylを、排気弁閉時期EVCにおける排気温度Texhにより近似する。
S302では、読み込んだクランク角CAをもとに、排気弁閉時期EVCにあるか否かを判定する。排気弁閉時期EVCにあるときは、S303へ進み、ないときは、このルーチンをリターンする。
S303では、排気弁閉時期EVCにおける排気温度Texhを、吸気弁閉時期IVCにおける筒内温度Tcylとして保持する。
第1に、一サイクル当たりの吸入空気量Qairを検出するとともに、吸気弁閉時期IVCにおける筒内圧力Pcylを検出し、検出した吸入空気量Qair等をもとに、内部EGR量を算出することとしたので、排気の吹抜けが生じたうえでの筒内の状態に基づいて内部EGR量を算出することができ、吹抜ガスの影響を反映させて、内部EGR量を正確に推定することができる。
第3に、筒内圧力Pcylの検出に際し、基準吸気温度での脈動圧力比テーブルを設定し、実際の運転時における吸気温度Tintに応じてこのテーブルをずらすとともに、ずらした後のテーブルを参照して、脈動補正値DPintを算出することとしたので、脈動圧力比テーブルを異なる温度毎に作成する必要がなく、制御上の適合工数を削減することができる。
なお、以上では、筒内圧力Pcylの算出に用いられるマニホールド圧力Pmaniとして、吸気行程中の平均圧力を採用したが、これに限らず、圧力センサ52により吸気行程中の所定のタイミングで検出される瞬時圧力を代表圧力として採用し、筒内圧力Pcylを算出することとしてもよい。
更に、脈動圧力比テーブル(図6)は、スロットル弁13の開度毎に作成し、設定するとよい。
Claims (6)
- 吸気弁開期間と排気弁開期間とがオーバーラップするエンジンに設けられ、
一サイクル当たりの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
吸気行程中の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
少なくとも検出された吸入空気量及び筒内圧力をもとに、エンジンの内部EGR量を算出する内部EGR量算出手段と、
吸気圧力の平均圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
基準温度下で設定された、吸気圧力に関するエンジン回転数毎の基本脈動補正値を有し、実際の運転条件に応じた同調回転数の変化量分、この基本脈動補正値をずらして、実際の脈動補正値を算出する脈動補正値算出手段と、を含んで構成され、
前記筒内圧力検出手段は、検出された吸気圧力を算出された脈動補正値により補正して、筒内圧力を検出することを特徴とするエンジンの内部EGR量推定装置。 - 内部EGR量算出手段は、吸気弁閉時期における筒内圧力をもとに、内部EGR量を算出する請求項1に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- 吸気行程中の筒内温度を検出する筒内温度検出手段を更に含んで構成され、
内部EGR量算出手段は、検出された吸入空気量、筒内圧力及び筒内温度をもとに、内部EGR量を算出する請求項2に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。 - 排気温度を検出する排気温度検出手段を更に含んで構成され、
筒内温度検出手段は、検出された排気温度をもとに、筒内温度を推定して検出する請求項3に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。 - 筒内温度検出手段は、排気弁閉時期における排気温度をもとに、筒内温度を推定する請求項4に記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
- ピストンの実質的な行程容積を検出する行程容積検出手段を更に含んで構成され、
内部EGR量算出手段は、検出された吸入空気量、筒内圧力、筒内温度及び行程容積をもとに、内部EGR量を算出する請求項3〜5のいずれかに記載のエンジンの内部EGR量推定装置。
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