JP2004225650A - Inside egr amount estimating device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の内部EGR量推定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から火花点火式内燃機関では、燃焼ガス中の不活性成分増大化による燃焼温度抑制によるNOx(窒素酸化物)の低減と、ポンプロスの低減による燃費低減とを図るために、可変動弁機構を利用して、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ量を拡大し、内部EGR量を増加させるものがある。この場合、内部EGR量に応じて、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを補正する制御を行うことが望ましい。
【0003】
特許文献1には、オーバーラップ無し条件での機関の運転状態(負荷・回転数・空燃比・EGR率・吸気負圧など)から内部EGR量の基本値を算出し、オーバーラップ時には、オーバーラップ時間とその中心クランク角位置、及び吸気圧に基づいて算出したオーバーラップによる増量補正分を、基本値に加算して内部EGR量を算出することが開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−221105号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1では、機関の運転状態が変化し、負荷・回転数・燃焼空燃比・吸気負圧などの組み合わせが変化するため、オーバーラップ量の補正により内部EGR量を一義的に推定することは困難であった。
【0006】
また、機関の定常状態における排気温度から筒内温度を推定して、これにより内部EGR量の推定精度を向上させることも考えられるが、始動時、加速時、燃料カット等の過渡状態においては温度の上昇・下降が早く、筒内温度の推定精度が十分ではないため、内部EGR量算出値に対する実内部EGR量の誤差が大きくなるおそれがあった。
【0007】
さらに、始動後の冷機中、減速時燃料カット運転後、高速高負荷運転時の高水温時においては、バルブやシリンダヘッドなどの温度変化によりバルブ構成部品(特にシャフト部)が熱膨張することで、バルブクリアランスが変化し、カム捻り角度に基づく弁開閉時期が実際の弁開閉時期と異なり、内部EGR量算出値に対する実内部EGR量の誤差が大きくなるおそれがあった。
【0008】
ここで、排気温度及びバルブ温度を温度センサの出力に基づいて検出することにより内部EGR量の推定精度を向上させることも可能であるが、センサ付加によりコストが増大し、センサの応答遅れが生じた場合には、誤差が生じてしまう。また、温度センサを設けずに、燃料噴射量に応じて排気温度及びバルブ温度を推定することも可能であるが、これらの推定温度は、機関の発熱量と放熱量との収支がバランスする平衡状態での温度であり、推定温度が平衡とならない過渡状態においては、推定温度に誤差が生じ、内部EGR量算出値に対する実内部EGR量の誤差が大きくなるおそれがあった。このため、実際の点火時期や要求噴射量を満足できず、運転性の悪化や燃費・排気悪化を招くおそれがあった。
【0009】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、機関の過渡状態においても内部EGR量の推定を精度良く推定することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、排気バルブ閉弁時の筒内温度推定値、筒内圧力、及びガス定数を各々算出して、少なくともこれらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出し、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する。ここで筒内温度推定値は、機関の定常状態での筒内平衡温度を算出し、筒内平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて算出する。そして、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて、内部EGR量を算出する。
【0011】
また本発明では、バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミング(排気バルブ閉時期、吸気バルブ開時期等)を算出するが、バルブ温度及びバルブクリアランスを推定し、バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する。ここで、バルブ温度推定値は、機関の定常状態でのバルブ平衡温度を算出し、バルブ平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて算出する。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度及び筒内圧力と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数とを算出し、少なくともこれらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出し、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する。そして、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて、内部EGR量を算出する。
【0012】
【発明の効果】
本発明によれば、過渡状態においても、筒内温度またはバルブ温度を精度良く推定でき、内部EGR量をより精度良く推定することができ、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、内燃機関の内部EGR量推定装置のシステム構成図である。
【0014】
エンジン1の各気筒のピストン2により画成される燃焼室3には、点火プラグ4を囲むように、吸気バルブ5と排気バルブ6とを備えている。吸気バルブ5及び排気バルブ6のリフト特性(開閉時期)は、吸気側及び排気側に設けられたバルブタイミング可変機構の可変動弁ソレノイド22,23により、カム軸に対するカムの位相を変化させることで、バルブタイミングの制御が可能である。
【0015】
吸気通路7には、電子制御スロットル弁19が設けられており、これにより吸入新気量が制御される。燃料の供給は、吸気通路7に気筒毎に(または各燃焼室3に直接臨ませて)設けたインジェクタ20によりなされる。燃焼室3内で混合気は点火プラグ4により点火されて燃焼し、排気通路8へ排出される。
【0016】
ここで、電子制御スロットル弁19、インジェクタ20、点火プラグ4(パワトラ内蔵点火コイル21)、可変動弁ソレノイド22,23の作動は、エンジンコントロールユニット(ECU)30により制御される。
【0017】
これらの制御のため、ECU30には、各種センサからの信号が入力されている。
クランク角センサ14は、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置と共にエンジン回転数を検出可能である。そして、カム角センサ16,17は、吸気バルブ5及び排気バルブ6のカム角を検出可能であり、これにより可変動弁ソレノイド22,23の作動状態を検出可能である。
【0018】
そして、吸気通路7にて吸入新気量を検出するエアフロメータ9、電子制御スロットル弁19下流にて吸気圧力を検出する吸気圧力センサ10、排気通路7にて排気圧力を検出する排気圧力センサ11、エンジン1の冷却水温度を検出する水温センサ15、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ18、エンジン1の振動(特にノッキング振動)を検出するノックセンサ25の出力信号もECU30に入力され、これらの状態を検出可能である。なおノックセンサ25は、吸気バルブ5及び排気バルブ6の動作振動(着座振動など)を検出可能である。
【0019】
さらにスタータスイッチ26によるON−OFF信号もECU30に入力される。
次に、ECU30が行う内部EGR量及び内部EGR率の推定について以下に説明する。図2〜図14は制御構成図であり、図15〜図32は制御フローチャートであり、図33〜図39及び図42は各値を求めるテーブルであり、図40及び図41はバルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【0020】
内部EGR率MRESFRの算出について、図2の内部EGR率算出手段の制御構成図と、図15の内部EGR率MRESFR算出フローとを用いて説明する。
【0021】
図2に示す吸入新気量算出手段は吸入新気量(新気質量)MACYL、目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比TFBYA、内部EGR量算出手段は内部EGR量MRESをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部EGR率算出手段は内部EGR率MRESFRを算出する。
【0022】
図15のステップ1(図では「S1」と記す。以下同様)では、エアフロメータ9により計測された吸入新気量に基づいて1シリンダ当たりの吸入新気量MACYLを算出する。
【0023】
ステップ2では、クランク角センサ14の信号に基づいて検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ18の信号に基づいて検出されるアクセル開度と、水温センサ15の信号に基づいて検出される冷却水温度とに応じて決まる目標燃焼当量比TFBYAを算出する。
【0024】
なお、目標燃焼当量比TFBYAは、理論空燃比(ストイキ)を14.7とすると、目標燃焼空燃比より次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに1となる。
【0025】
TFBYA=14.7/目標燃焼空燃比・・・(1)
ステップ3では、後述する図15のフローチャートに従って、1シリンダ当たりの内部EGR量MRESを算出する。
【0026】
ステップ4では、内部EGR率MRESFR(1シリンダ当たりの総ガス量に対する内部EGR量の割合)を次式により算出し、処理を終了する。
MRESFR=MRES/{MRES+MACYL×(1+TFBYA/14.7)}・・・(2)
ここで、ステップ3の内部EGR量MRESの算出について、図3の内部EGR量算出手段の制御構成図と、図15の内部EGR量算出フローとを用いて説明する。
【0027】
図3に示す排気バルブ閉弁時(図には「EVC時」と示す)筒内ガス量算出手段は筒内ガス量MRESCYL、吸気バルブ5及び排気バルブ6のオーバーラップ(図には「O/L」と示す)中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量MRESOLをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部EGR量算出手段は内部EGR量MRESを算出する。
【0028】
図16のステップ5では、後述する図17のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留しているガス量である排気バルブ閉弁時筒内ガス量MRESCYLを算出する。
【0029】
ステップ6では、後述する図18のフローチャートに従って、オーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量であるオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLを算出する。
【0030】
ステップ7では、排気バルブ閉弁時筒内ガス量MRESCYLとオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLとを加算して、内部EGR量MRESを次式により算出する。
【0031】
MRES=MRESCYL+MRESOL・・・(3)
ここで、ステップ5の排気バルブ閉弁時筒内ガス量MRESCYLの算出について、図4の排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図と、図17の排気バルブ閉弁時筒内ガス量MRESCYL算出フローとを用いて説明する。
【0032】
図4に示す目標燃焼当量比算出手段は排気ガスの目標燃焼当量比TFBYAを算出し、この値に基づき、排気ガスガス定数算出手段はガス定数REXを算出する。排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は筒内容積VEVC、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度TEVC、排気バルブ閉弁時圧力算出手段は筒内圧力PEVCをそれぞれ算出する。そして、これらの算出値に基づき、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は筒内ガス量MRESCYLを算出する。
【0033】
図17のステップ8では、後述する図24のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを求める。
ステップ9では、図33に示すテーブルから目標燃焼当量比TFBYAに応じた排気ガスのガス定数REXを求める。図33は、排気ガスガス定数REX算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比TFBYA、縦軸は排気ガスのガス定数REXを示している。なお、図33中の点線はストイキを示している。
【0034】
ステップ10では、後述する図31に示すフローに従って、排気バルブ閉弁時筒内温度TEVCを推定する。
ステップ11では、排気圧力センサ11の信号に基づいて検出された排気圧力に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCは、混合気体積と排気系の管内抵抗とで決まるため、混合気体積流量に応じたテーブルから求めてもよい。
【0035】
ステップ12では、ステップ8〜ステップ11において算出された排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC、排気ガスガス定数REX、排気バルブ閉弁時筒内温度TEVC、排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCの算出値から、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留している排気バルブ閉弁時筒内ガス量MRESCYLを次式により算出する。
【0036】
MRESCYL=(PEVC×VEVC)/(REX×TEVC)・・・(4)
ここで、図16のステップ6のオーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量MRESOLの算出について、図5のオーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図と、図18のオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOL算出フローとを用いて説明する。
【0037】
図5では、目標燃焼当量比算出手段は当量比TFBYAを算出し、この算出値に基づいて、排気ガスガス定数算出手段はガス定数REXを算出する。オーバーラップ中有効面積算出手段は、後述する図39に従って、有効面積ASUMOLを算出する。そして、これらの算出値と、エンジン回転数算出手段、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段、チョーク過給判定算出手段による各算出値とに基づいて、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量MRESOLを算出する。
【0038】
図18のステップ13では、後述する図29のフローチャートに従って、オーバーラップ中有効面積ASUMOLを算出する。
ステップ14では、クランク角センサ14の信号に基づいてエンジン回転数NRPMを算出する。
【0039】
ステップ15では、図34に示すマップから排気ガス比熱比SHEATRを算出する。この制御構成は図6に示す。
図6に示す目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比TFBYA、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度TEVCをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づき、排気ガス比熱比算出手段は排気ガス比熱比SHEATRを算出する。
【0040】
図34は、排気ガス比熱比算出マップであり、横軸は目標燃焼当量比TFBYA、縦軸は排気ガス比熱比SHEATRを示している。なお、図中の点線はストイキの位置を示しており、目標燃焼当量比TFBYAがストイキ近傍にあるときは排気ガス比熱比SHEATRが小さくなり、リッチ側またはリーン側になると比熱比SHEATRが大きくなる。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度TEVCが変化した場合を太線矢印で示す。ここで、図15のステップ2で算出した目標燃焼当量比TFBYAと、図17のステップ10で算出した排気バルブ閉弁時筒内温度TEVCとに応じて、排気ガス比熱比SHEATRを求める。
【0041】
ステップ16では、後述する図7の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図19の過給判定TBCRG・チョーク判定CHOKEフローとにより、過給判定TBCRG及びチョーク判定CHOKEを行う。
【0042】
ステップ17では、ステップ16での過給判定フラグTBCRGが0であるか否か、すなわち過給状態を判断する。過給判定フラグTBCRGが0の場合は、ステップ18へ進み、過給判定フラグTBCRGが0でない場合は、ステップ21へ進む。
【0043】
ステップ18では、ステップ16でのチョーク判定フラグCHOKEが0であるか否か、すなわちチョーク状態を判断する。
チョーク判定フラグCHOKEが0の場合は、ステップ19へ進み、後述する図20のフローから、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0044】
一方、ステップ18で、ステップ16でのチョーク判定フラグCHOKEが0でない場合には、ステップ20へ進み、後述する図21のフローから、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0045】
また、ステップ17で、ステップ16での過給判定フラグTBCRGが1、すなわち過給状態であり、且つステップ21でチョーク判定フラグCHOKEが0の場合は、ステップ22へ進み、後述する図22のフローから、過給有り・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0046】
一方、ステップ21で、ステップ16でのチョーク判定フラグCHOKEが1の場合は、ステップ23へ進み、後述する図23のフローから、過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。
【0047】
ステップ19,20,22,23で吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出した後は、ステップ24へ進む。
ステップ24では、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量MRESOLtmpとオーバーラップ期間中の積算有効面積ASUMOLとを積算することで、オーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLを次式により算出する。
【0048】
MRESOL=(MRESOLtmp×ASUMOL×60)/(NRPM×360)・・・(5)
ここで、ステップ16における過給・チョーク判定について、図7の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図19の過給判定TBCRG・チョーク判定CHOKEフローとを用いて説明する。
【0049】
図7に示す通り、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段の各算出値に基づき、過給・チョーク判定手段は過給判定TBCRGとチョーク判定CHOKEとを行う。
【0050】
図19のステップ25では、吸気圧力センサ10の信号に基づいて検出された吸気圧力PINと、図17のステップ11で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCとの比、すなわち吸気排気圧力比PINBYEXを次式により算出する。
【0051】
PINBYEX=PIN/PEVC・・・(6)
ステップ26では、吸気排気圧力比PINBYEXが1以下であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
【0052】
吸気排気圧力比PINBYEXが1以下の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ27へ進み、過給判定フラグTBCRGを0に設定し、ステップ30へ進む。
【0053】
一方、吸気排気圧力比PINBYEXが1より大きい場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ28へ進み、過給判定フラグTBCRGを1に設定し、ステップ29へ進み、図18のステップ15で算出した排気ガス比熱比SHEATRを、図35に示すテーブルから求めた空気及び燃料の混合気比熱比MIXAIRSHRとする(SHEATR=MIXAIRSHR)。
【0054】
図35は、混合気比熱比MIXAIRSHR算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比TFBYA、縦軸は混合気比熱比MIXAIRSHRを示している。なお、図中の点線はストイキを示し、比熱比MIXAIRSHRは、リーン側のときは大きく、リッチ側のときは小さくなる。そして、図15のステップ2で算出した目標燃焼当量比TFBYAに対応する混合気比熱比MIXAIRSHRをテーブルから求める。
【0055】
そして、ステップ29において、排気ガス比熱比SHEATRを混合気比熱比MIXAIRSHRに置き換える(SHEATR=MIXAIRSHR)ことで、ターボ過給や慣性過給等の過給時におけるオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう(吹き抜ける)ときにおいても、オリフィスを通過するガスの比熱比を排気ガスの比熱比から吸気混合気の比熱比に変更することにより、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部EGR量を精度良く算出する。
【0056】
ステップ30では、ステップ15またはステップ29で算出した排気ガス比熱比SHEATRに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値SLCHOKEL,SLCHOKEHを次式により算出する。
【0057】
SLCHOKEL={2/(SHEATR+1)}^{SHEATR/(SHEATR−1)}・・・(7a)
SLCHOKEH={2/(SHEATR+1)}^{−SHEATR/(SHEATR−1)}・・・(7b)
このチョーク判定しきい値SLCHOKEL,SLCHOKEHは、チョークする限界値を算出している。
【0058】
また、ステップ30において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、(7a),(7b)式の計算結果を、最小チョーク判定しきい値SLCHOKELテーブルと最大チョーク判定しきい値SLCHOKEHテーブルとして記憶しておき、排気ガス比熱比SHEATRに応じて求めてもよい。
【0059】
ステップ31では、ステップ25で算出した吸気排気圧力比PINBYEXが、最小チョーク判定しきい値SLCHOKEL以上で且つ最大チョーク判定しきい値SLCHOKEH以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態を判定する。
【0060】
吸気排気圧力比PINBYEXが範囲内にある場合、すなわちチョーク無しと判断した場合は、ステップ32へ進み、チョーク判定フラグCHOKEを0に設定する。
【0061】
一方、吸気排気圧力比PINBYEXが範囲内にない場合、すなわちチョーク有りと判断した場合は、ステップ33へ進み、チョーク判定フラグCHOKEを1に設定する。
【0062】
また、図18のステップ19の吹き返しガス流量MRESOLtmpの算出について、図20の過給無し・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【0063】
ステップ34では、図17のステップ9で算出された排気ガスのガス定数REXと、ステップ10で算出された排気バルブ閉弁時の筒内温度TEVCとに基づき、ガス流量算出式密度項MRSOLDを次式により算出する。
【0064】
MRSOLD=SQRT{1/(REX×TEVC)}・・・(8)
ここで、SQRTは温度及びガス定数に関する係数である。なお、制御構成上、ガス流量算出式密度項MRSOLDの算出が困難な場合は、予め、(8)式の計算結果をマップとして記憶しておき、排気ガスガス定数REXと筒内温度TEVCとに応じて求めてもよい。
【0065】
ステップ35では、図18のステップ15で算出された排気ガス比熱比SHEATRと、図19のステップ25で算出された吸気排気圧力比PINBYEXとに基づき、ガス流量算出式圧力差項MRSOLPを次式により算出する。
【0066】
MRSOLP=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)×{PINBYEX^(2/SHEATR)−PINBYEX^((SHEATR+1)/SHEATR)}]・・・(9)
ステップ36では、図17のステップ11で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCと、図20のステップ34とステップ35とで算出されたガス流量算出式密度項MRSOLDとガス流量算出式圧力差項MRSOLPとに基づいて、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し流量MRESOLtmpを次式により算出する。
【0067】
MRESOLtmp=1.4×PEVC×MRSOLD×MRSOLP・・・(10)
また、ステップ20の吹き返しガス流量MRESOLtmpについて、図21の過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【0068】
ステップ37では、図20のステップ34と同じく、ガス流量算出式密度項MRSOLDを前述の(8)式より算出する。
ステップ38では、図18のステップ15で算出された排気ガス比熱比SHEATRに基づき、ガス流量算出式チョーク時圧力差項MRSOLPCを次式により求める。
【0069】
MRSOLPC=SQRT[SHEATR×{2/(SHEATR+1)}^{(SHEATR+1)/(SHEATR−1)}]・・・(11)
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め(11)式の計算結果を、ガス流量算出式チョーク時圧力差項MRSOLPCマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比SHEATRに応じて求めてもよい。
【0070】
ステップ39では、図17のステップ11で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力PEVCと、図21のステップ37で算出されたガス流量算出式密度項MRSOLDと、ステップ38で算出されたチョーク時圧力差項MRSOLPCに基づいて、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し流量MRESOLtmpを次式により算出する。
【0071】
MRESOLtmp=PEVC×MRSOLD×MRSOLPC・・・(12)
また、ステップ22のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量MRESOLtmpの算出について、図22の過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【0072】
ステップ40では、図19のステップ29で算出された排気ガス比熱比SHEATRと、ステップ25で算出された吸気排気圧力比PINBYEXとに基づき、ガス流量算出式過給時圧力差項MRSOLPTを次式により求める。
【0073】
MRSOLPT=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)×{PINBYEX^(−2/SHEATR)−PINBYEX^(−(SHEATR+1)/SHEATR)}]・・・(13)
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め(13)式の計算結果を、ガス流量算出式過給時圧力差項MRSOLPTマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比SHEATRと吸気排気圧力比PINBYEXとに応じて求めてもよい。
【0074】
ステップ41では、吸気圧力センサ10の信号に基づいて検出された吸気圧力PINと、ステップ40で算出された過給時圧力差項MRSOLPTとに基づいて、過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量MRESOLtmpを次式により算出する。
【0075】
MRESOLtmp=−0.152×PIN×MRSOLPT・・・(14)
ここで、吹き返しガス流量MRESOLtmpは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、これに基づいて内部EGR量を減じる。
【0076】
また、ステップ23の吹き返しガス流量MRESOLtmpの算出について、図23の過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【0077】
ステップ42では、図21のステップ38と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項MRSOLPCを(11)式またはマップから求める。
ステップ43では、吸気圧力PINと、ガス流量算出式チョーク時圧力差項MRSOLPCとに基づいて、過給有り・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量MRESOLtmpを次式により算出する。
【0078】
MRESOLtmp=−0.108×PIN×MRSOLPC・・・(15)
ここで、吹き返しガス流量MRESOLtmpは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、内部EGR量を減じることとなる。
【0079】
ここで、ステップ19,20,22,23で、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量MRESOLtmpを算出する。そして、前述のステップ24でオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLを算出した後は、図16のステップ6からステップ7へ進み、前述のステップ7で内部EGR量MRESを算出する。そして、図15のステップ3からステップ4へ進み、前述の内部EGR率MRESFRを算出して、処理を終了する。
【0080】
また、図17のステップ8の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCの算出について、図8の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出の制御構成図と、図24の排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出フローとを用いて説明する。
【0081】
図8に示す排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、後述する排気バルブタイミング変化量算出手段の算出値VTEOFSに基づいて、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを算出する。
【0082】
図24のステップ44では、後述する図25のフローチャートに従って、オーバーラップ増大側、すなわち排気バルブ閉弁時が遅くなる方への変化量である排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0083】
ステップ45では、排気バルブタイミング変化量VTEOFSに応じて、図36に示すテーブルから排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを求める。
図36は、排気バルブ閉弁時筒内容積VEVC算出テーブルであり、横軸は排気バルブタイミング変化量VTEOFS、横軸は排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCを示している。
【0084】
なお、排気バルブ閉弁時のピストン2の位置と筒内容積VEVCとの関係を変化させる機構を有するエンジンにおいては、それらの変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCをテーブルから求めてもよい。
【0085】
なお、圧縮比を変化させる機構を有するエンジンにおいては、圧縮比の変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積VEVCをテーブルから求めてもよい。
ここで、図24のステップ44の排気バルブタイミング変化量VTEOFSの算出について、図9の排気バルブタイミング変化量VTEOFSの算出の制御構成図と、図25の排気バルブタイミング変化量VTEOFS算出フローとを用いて説明する。
【0086】
図9では、排気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及び排気側カム角センサ17の信号から、両者の相対関係に応じて検出される排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値VCLEに基づいて、バルブタイミング変化量補正量VTCLEを算出する。そして排気バルブタイミング変化量算出手段が、これらの算出値VTCNOWE、VTCLEとバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値VTHOSEとに基づいて、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0087】
図25のステップ46では、クランク角センサ14及び排気側カム角センサ17の信号に基づいて、排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。
【0088】
ステップ47では、後述する図26のフローチャートに従って、バルブクリアランス量VCLEを算出する。
ステップ48では、排気バルブクリアランス量VCLEに応じて、図37(イ)に示すテーブルから排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEを求める。
【0089】
図37(イ)は、排気バルブタイミング変化量補正量VTCLE算出テーブルであり、横軸は排気バルブクリアランス量VCLE、縦軸は基準クリアランス量(定常状態時)でのバルブタイミングに対する排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEを示している。これによると、排気バルブ6のクリアランス量VCLEが小さくなると(左側へ向かうと)、閉弁時期がVTCLE分遅くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【0090】
図25のステップ49では、後述する図27のフローチャートに従って、バルブタイミング補正学習値VTHOSEを算出する。
ステップ50では、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを、排気バルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWE、バルブ温度VTMPEによるバルブクリアランス量VCLEの変化に基づく排気バルブタイミング変化量補正量VTCLE、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量VCLEの変化の学習値に基づく排気バルブタイミング補正学習値VTHOSEを加算することにより、次式により求める。
【0091】
VTEOFS=VTCNOWE+VTCLE+VTHOSE・・・(16)
ここで、ステップ47のバルブクリアランス量VCLEの算出について、図10の排気バルブクリアランス量VCLE算出の制御構成図と、図26のバルブクリアランス量VCLE算出フローとを用いて説明する。
【0092】
図10のバルブクリアランス量算出手段は、エアフロメータ9の信号に基づき算出される吸入新気量MACYLに応じた燃料噴射量から、バルブ温度VTMPEを算出するバルブ温度算出手段の算出値に基づいて、バルブクリアランス量VCLEを算出する。ここで、バルブ温度算出手段は、後述する図31の温度算出フローに従いバルブ温度VTMPEを算出する。なお、最終的な燃料噴射量TIは、エアフロメータ9により検出される実際の吸入新気量(質量)MACYLに基づき、ストイキ相当の基本燃料噴射量TP=K×MACYL/NRPM(Kは定数)を定め、これを次式のように、目標空燃比に対応する目標燃焼当量比TFBYAより補正し、または空燃比フィードバック補正係数LAMBDAにより補正して算出する。
【0093】
TI=TP×TFBYA×LAMBDA・・・(17)
図26のステップ51では、後述する図31のバルブ温度算出フローに従い、バルブ温度VTMPEを算出する。なお本フローでは、吸気バルブ5と排気バルブ6とについて各々独立して算出しているが、処理は同様であるため、排気バルブ6について説明する。
【0094】
ステップ52では、次式により、排気バルブ温度VTMPEに応じて、暫定バルブクリアランス量VCLEtmpを算出する。
VCLEtmp=−KVTMPE×(VTMPE−90)+VCLSTDE・・・(18)
ここで、−KVTMPEは、排気バルブ6の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ6の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他の部分(例えばシリンダヘッド等)の膨張は考慮しないようにして決められる。VCLSTDEは、基準温度(ここでは90℃)における基準バルブクリアランス量である。なおバルブ温度VTMPEが上昇すれば、クリアランス量VCLEtmpが小さくなる。
【0095】
ステップ53では、暫定バルブクリアランス量VCLEtmpが0以上であるか否かを判断する。VCLEtmpが0以上(VCLEtmp≧0)の場合には、ステップ55へ進む。一方、VTCLEtmpが0未満(VCLEtmp<0)の場合には、ステップ54へ進み、VCLEtmp=0としてステップ55へ進む。これはバルブクリアランス量VCLEが負の値にはならないためである。
【0096】
ステップ55では、バルブクリアランス量VCLEを暫定バルブクリアランス量VCLEtmpに置き換える(VCLE=VCLEtmp)。
次に、図25のステップ49のバルブタイミング補正学習値VTHOSEの算出について、図11のバルブタイミング補正学習値算出の制御構成図と、図27のバルブタイミング補正学習値VTHOSE算出フローとを用いて説明する。
【0097】
図11では、バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及びカム角センサ17の信号からバルブタイミング基本変化量(排気カム捻り角度)VTCNOWEを算出する。バルブ閉弁時期推定値算出手段が、バルブタイミング基本変化量VTCNOWEと、バルブタイミング変化量補正量算出手段の算出値VTCLEとに基づいて、バルブ閉弁時期推定値VCLTEEを算出する。一方、バルブ閉弁時期実際値算出手段がバルブ閉弁時期実際値判定手段と、クランク角センサ14及びノックセンサ25の信号からバルブ閉弁時期実際値VCLTREを算出する。そして、バルブタイミング補正学習値算出手段が、バルブ閉弁時期推定値VCLTEE及びバルブ閉弁時期実際値VCLTREに基づいてバルブタイミング補正学習値VTHOSEを算出する。
【0098】
図27のステップ56では、後述する図28のフローチャートに従って、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを算出する。
ステップ57では、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEが1であるか否かを判断する。これにより、バルブ閉弁時期を適切に検出できる状態であるか否かを判断する。フラグFVTHOSE=1の場合には、ステップ58へ進む。一方、フラグFVTHOSE=0の場合には、リターンとなる。
【0099】
ステップ58では、排気バルブ6が着座するときに生じる振動を検知するノックセンサ25の信号と、クランク角センサ14の信号との相対関係により、実際のバルブ6の着座時期、すなわち閉弁時期実際値VCLTRE(degATDC)を算出する。
【0100】
ステップ59では、バルブ閉弁時期推定値VCLTEEを、バルブ閉弁時期VCLTSTDEと排気バルブタイミング変化量補正量VTCLEとを加算することで、次式により算出する。
【0101】
VCLTEE=VCLTSTDE+VTCLE(degATDC)・・・(19)
ここでVCLTSTDEは、基準バルブクリアランス量(温間時におけるバルブクリアランス量)において、バルブタイミング基本変化量が0のときのバルブ閉弁時期である。
【0102】
ステップ60では、暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpを、バルブ閉弁時期の実際値VCLTREと推定値VCLTEEとの差(VCLTRE−VCLTEE)から算出する。
【0103】
ステップ61では、暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpとバルブタイミング補正学習値VTHOSEとの誤差の絶対値が所定値SLVCL以上であるか否かを判断する。誤差の絶対値が所定値SLVCL以上である場合には、ステップ62へ進む。一方、所定値SLVCL以下である場合には、リターンとなる。
【0104】
ステップ62では、バルブタイミング補正学習値VTHOSEに暫定バルブタイミング補正量VTHOSEtmpを代入する(VTHOSE=VTHOSEtmp)。
【0105】
ここで、誤差が正側に大きくなれば、実際のバルブ閉時期はさらに遅れるため、この誤差分は、バルブタイミング変化量に加算すればよい。ただし、実際はこの誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランスが拡大し、実際のバルブ閉時期が早まるため、負の値を示し、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【0106】
ここで、ステップ56のバルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEの算出について、図28のバルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSE算出フローを用いて説明する。
【0107】
ステップ63でバルブタイミング基本変化量が0(VTCNOW=0)と判断され、ステップ64で水温が所定水温VTHOSTW以上であると判断され、ステップ65で回転数が所定回転数VTHOSNE以下と判断され、ステップ66でスロットル開度が所定開度VTHOSTVO以下と判断されたとき、ステップ67において、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを1にする(FVTHOSE=1)。これは、バルブタイミング実際値VCLTREを算出するのに適した運転状態であるかを推定するためである。
【0108】
一方、ステップ63〜ステップ66までのいずれか1つでも成立しない場合には、ステップ68へ進み、バルブタイミング実際値算出許可フラグFVTHOSEを0にする(FVTHOSE=0)。これらの条件を満たさない場合には、バルブタイミング実際値VCLTREの算出に適した状態にないためである。
【0109】
次に、図18のステップ13のオーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLの算出について、図12のオーバーラップ中有効面積算出の制御構成図と、図29のオーバーラップ中有効面積積算値算出フローとを用いて説明する。
【0110】
図12のオーバーラップ中有効面積積算値算出手段は、吸気バルブタイミング変化量算出手段と排気バルブタイミング変化量算出手段との各算出結果に基づいて、オーバーラップ中有効面積算出値ASUMOLを算出する。
【0111】
図29のステップ69では、後述する図30のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSを算出する。
ステップ70では、前述の図25のフローチャートに従って、排気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0112】
ステップ71では、オーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLが、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSと排気バルブタイミング変化量VTEOFSとに応じて、図38に示すオーバーラップ中有効面積積算値算出マップから求められる。
【0113】
図38は、オーバーラップ中の有効面積についての特性図であり、横軸は吸気バルブタイミング変化量VTIOFS、縦軸は排気バルブタイミング変化量VTEOFSを示している。吸気バルブタイミング変化量VTIOFS、排気バルブタイミング変化量VTEOFSが大きくなると、オーバーラップ変化量が大きくなり、有効面積積算値ASUMOLが大きくなる。
【0114】
ここで、図39は、オーバーラップ中の有効面積積算値ASUMOLの説明図であり、横軸はクランク角度、縦軸は吸気バルブ5と排気バルブ6との開口面積を示している。そして、オーバーラップ中の或る時点における有効な開口面積は、排気バルブ開口面積と吸気バルブ開口面積とのうち小さい方とする。すなわち、オーバーラップ中の全期間における有効面積積算値ASUMOLは、吸気バルブ5及び排気バルブ6が開いている期間の積分値(図中の斜線部)となる。このようにして、オーバーラップ中有効面積積算値ASUMOLを算出することで、吸気バルブ5と排気バルブ6とのオーバーラップ量を1つのオリフィス(流出孔)と疑似でき、排気系の状態と吸気形の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出できる。
【0115】
次に、図29のステップ69の吸気バルブタイミング変化量VTIOFSの算出について、図13の吸気バルブタイミング変化量VTIOFS算出の制御構成図と、図30の吸気バルブタイミング変化量VTIOFS算出フローとを用いて説明する。なお、吸気バルブ5は、オーバーラップ量が大きくなるよう、すなわち開弁時期が早くなる場合について説明している。
【0116】
図13では、吸気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ14及び吸気側カム角センサ16の信号から吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOWを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値VCLIに基づいて、バルブタイミング変化量補正量VTCLIを算出する。そして、吸気バルブタイミング変化量算出手段が吸気バルブタイミング基本変化量VTCNOW、バルブタイミング変化量補正量VTCLI、及びバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値VTHOSIに基づいて、吸気バルブタイミング変化量VTEOFSを算出する。
【0117】
図30のステップ72では、クランク角センサ14及び吸気側カム角センサ16の信号に基づいて、吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOWを算出する。
【0118】
ステップ73では、前述の図26のフローチャートに従って、バルブ温度VTMPIから吸気バルブクリアランス量VCLIを算出する。ここで、ステップ52で算出される暫定バルブクリアランス量VCLItmpは、吸気バルブ温度VTMPIに応じて暫定バルブクリアランス量VCLItmpを次式により算出する。
【0119】
VCLItmp=−KVTMPI×(VTMPI−90)+VCLSTDI・・・(20)
ここで、−KVTMPIは、吸気バルブ5の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ5の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他の部分(例えばシリンダヘッド等)の膨張は考慮しないようにして決められる。VCLSTDIは、基準バルブクリアランス量(温間時(約90℃)におけるクリアランス量)である。
【0120】
ステップ74では、吸気バルブクリアランス量VCLIに応じて、前述の図37(ロ)に示すテーブルから吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLIを求める。
【0121】
図37(ロ)は、吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLI算出テーブルであり、横軸は吸気バルブクリアランス量VCLI、縦軸は基準クリアランス量でのバルブタイミングに対する吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLIを示している。これによると、吸気バルブ5のクリアランス量VCLIが小さくなれば開弁時期がVTCLI分早くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【0122】
ステップ75では、前述の図27のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング補正学習値VTHOSIを算出する。ここで、図27のステップ58では、吸気バルブ5がバルブシートから離れるとき、すなわち吸気バルブ5のリフターがカムと衝突するときの振動を検知するノックセンサ25の信号と、クランク角センサ14の信号との相対関係によりバルブリフト時期、すなわち開弁時期実際値VCLTRI(degBTDC)を算出する。
【0123】
ステップ59では、次式により、バルブ開弁時時期推定値VCLTSTDIにバルブタイミング変化量補正量VTCLIを加算することで、バルブ開弁時期推定値VCLTEIを算出する。
【0124】
VCLTEI=VCLTSTDI+VTCLI(degBTDC)・・・(21)
ここで、バルブ開弁時時期推定値VCLTSTDIは、基準バルブクリアランス量(温間時)における吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)が0のときのバルブ開弁時期である。
【0125】
ステップ60にて暫定バルブタイミング補正量VTHOSItmpをVCLTRI−VCLTEIに応じて算出しているが、この誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランス量が拡大し、実際の開弁時期が遅くなるため、負の値を示す。このとき、開弁時期は遅れるため、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【0126】
ステップ76では、吸気バルブタイミング変化量VTIOFSを、吸気バルブタイミング基本変化量(吸気カム捻り角度)VTCNOW、吸気バルブ5のバルブ温度VTMPIによるバルブクリアランス量VCLIの変化に基づく吸気バルブタイミング変化量補正量VTCLI、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量VCLIの変化の学習値に基づく吸気バルブタイミング補正学習値VTHOSIを加算することで、次式により算出する。
【0127】
VTIOFS=VTCNOW+VTCLI+VTHOSI・・・(22)
ここで、図40は、排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図であり、図41は、吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【0128】
図40では、排気バルブタイミング変化量は、進角側(時計回り)を正方向としている。また図41では、吸気バルブタイミング変化量は、遅角側(反時計回り)を正方向としている。吸気バルブ5及び排気バルブ6のいずれもオーバーラップ量を拡大する方向である。
【0129】
次に、図17のステップ10の排気バルブ閉弁時筒内温度TEVCの算出と、図26のステップ51の排気バルブ温度VTMPE及び吸気バルブ温度VTMPIの算出とについて、図14の温度TEVC、VTMPE、VTMPI算出の制御構成図と、図31の温度TEVC、VTMPE、VTMPI算出フローとを用いて説明する。
【0130】
図14の平衡温度算出手段が、機関運転状態に基づいて、定常状態での筒内温度またはバルブ温度である筒内平衡温度TEQEVCまたは排気バルブ平衡温度VTMPEQE、吸気バルブ平衡温度VTMPEQIを算出する。そして、差分演算手段が、前サイクルにおける筒内温度TEVC(−1)、排気バルブ温度VTMPE(−1)、吸気バルブ温度VTMPI(−1)と、筒内平衡温度TEQEVC、排気バルブ平衡温度VTMPEQE、吸気バルブ平衡温度VTMPEQIとの差分TDEVC、VTMPDE、VTMPDIを各々算出する。一方、応答性算出手段が筒内温度TEVC、排気バルブ温度VTMPE、及び吸気バルブ温度VTMPIの各々の所定割合KTEVC、KVTMPE、KVTMPIを算出する。そして、積算演算手段が、差分演算手段の差分値TDEVC、VTMPDE、VTMPDIに応答性算出手段の所定割合KTEVC、KVTMPE、KVTMPIを積算する。そして、加算演算手段が、前サイクルにおける各温度TEVC(−1)、VTMPE(−1)、VTMPI(−1)と、積算演算手段の積算値を加算する。
【0131】
図31のステップ77では、スタータスイッチ26からON信号の入力があったか否かを判断する。ON信号の入力があった場合には、ステップ78へ進み、筒内温度TEVC及びバルブ温度VTMPE、VTMPIを、冷却水の温度TWNに設定し、初期化する。一方、OFFからONへの切り換え時点でない場合には、ステップ79へ進む。
【0132】
ステップ79では、機関での所定時間毎の発熱量FHEAT(cal/sec)を、後述の図32に示す発熱量算出フローより算出する。
ステップ80では、発熱量FHEATに応じて、図42に示すテーブルから筒内平衡温度TEQEVC及びバルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIを求める。
【0133】
図42は、各部平衡温度TEQEVC、VTMPEQE、VTMPEQI算出テーブルであり、横軸は発熱量FHEAT、縦軸は筒内平衡温度TEQEVC、排気バルブ平衡温度VTMPEQE、及び吸気バルブ平衡温度VTMPEQIを示している。
【0134】
ステップ81では、次式のように、各部平衡温度TEQEVC、VTMPEQE、VTMPEQIと、前サイクルの各部温度TEVC(−1)、VTMPE(−1)、VTMPI(−1)との差分として、各部差分値TDEVC、VTMPDE、VTMPDIを算出する。
【0135】
TDEVC=TEQEVC−TEVC(−1)・・・(23a)
VTMPDE=VTMPEQE−VTMPE(−1)・・・(23b)
VTMPDI=VTMPEQI−VTMPI(−1)・・・(23c)
ステップ82では、クランク角センサ14から燃料噴射のサイクル毎のREF信号(例えば4気筒の場合は180°、6気筒の場合は120°)が入力された場合にのみステップ83へ進む。
【0136】
ステップ83では、次式のように、前サイクルの各部温度TEVC(−1)、VTMPE(−1)、VTMPI(−1)に、各部差分値TDEVC、VTMPDE、VTMPDIと、各部位に応じて個別に設定された応答性を示す割合KTEVC、KVTMPE、KVTMPIとを積算した値を加算することで、筒内温度TEVC、排気バルブ温度VTMPE、吸気バルブ温度VTMPIを算出する。
【0137】
TEVC=TEVC(−1)+TDEVC×KTEVC・・・(24a)
VTMPE=VTMPE(−1)+VTMPDE×KVTMPE・・・(24a)
VTMPI=VTMPI(−1)+VTMPDI×KVTMPI・・・(24a)
ここで、応答性を示す割合KTEVC、KVTMPE、KVTMPIは、温度計測部位の比熱が小さいものほど、大きな値を設定し、各部平衡温度TEQEVC、VTMPEQE、VTMPEQIへの応答性を早くするよう個別に設定される。
【0138】
次に図31のステップ79の発熱量FHEATの算出について、図32の発熱量算出フローを用いて説明する。
ステップ84では、目標燃焼当量比TFBYAが1より大きいか否か(TFBYA>1)、すなわち、空燃比がリッチであるか否かを判断する。リッチである場合(TFBYA>1)には、ステップ85へ進み、発熱量計算用目標燃焼当量比TFBYAHTを1とする。これは、空燃比がリッチであっても、実際の発熱に寄与するのは理論空燃比の時の発熱量と同じであるためである。一方、目標燃焼当量比TFBYAが1以下である場合(TFBYA≦1)には、ステップ86へ進み、発熱量計算用目標当量比TFBYAHTを目標燃焼当量比TFBYAにする(TFBYAHT=TFBYA)。
【0139】
ステップ87では、発熱量FHEATを次式により算出する。
FHEAT=(TFBYAHT×HBN−(TFBYA−TFBYAHT)×HUBN)×TP×NRPM×K・・・(25)
ここで、HBNは、単位噴射パルス幅当たりの燃料が完全燃焼した場合の発熱量(cal/sec)である。HUBNは、単位噴射パルス幅当たりの燃料が完全に気化した場合の気化潜熱(cal/sec)である。TPは、1気筒1サイクル当たりのストイキ相当の基本噴射パルス幅(ms)を示し、吸入空気量に基づいて計算される値である。回転数NRPM(rpm)は、クランク角センサ14の信号に基づき計算される値である。Kは、一回転あたりに燃料を何回噴射しているのかを示す係数であり、4気筒の場合には2の値を代入し、6気筒の場合には3の値を代入するように、気筒数に応じて各値を代入する。
【0140】
本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時の筒内温度TEVCを推定する手段(ステップ10,83)と、排気バルブ閉弁時の筒内圧力PEVCを算出する手段(ステップ11)と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数REXを算出する手段(ステップ9)と、少なくとも筒内温度TEVC、筒内圧力PEVC、ガス定数REXに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量MRESCYLを算出する手段(ステップ12)と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLを算出する手段(ステップ24)と、筒内ガス量MRESCYLと吹き返しガス量MRESOLとに基づいて、内部EGR量MRESを算出する手段(ステップ7)と、を含んで構成され、筒内温度推定手段は、機関運転状態に基づいて定常状態での筒内温度である筒内平衡温度TEQEVCを算出する手段(ステップ80)と、筒内平衡温度TEQEVCの変化に対し時間遅れを持たせて筒内温度推定値TEVCを算出する手段(ステップ81〜83)と、を含んで構成される。このため、特に、過渡運転状態においては、シリンダ内部の筒内温度TEVCが刻々と変化するが、その変化していく筒内温度TEVCの変化に基づいて内部EGR量MRESを算出できるので、過渡運転時の内部EGR量MRESの推定精度を向上でき、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。そして、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量(温度TEVC・圧力PEVC・ガス定数REX)に基づき、物理式から内部EGR量MRESを算出できる。さらに、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化にも対応できる。
【0141】
また本実施形態によれば、筒内平衡温度算出手段は、機関での発熱量FHEATに関するパラメータ(目標燃焼当量比TFBYA、基本噴射量TP、回転数NRPM)に基づいて所定時間毎の発熱量FHEATを算出する手段(ステップ79,87)と、所定時間毎の発熱量FHEATに基づいて筒内平衡温度TEQEVCを推定する手段(ステップ80)と、を含んで構成される。このため、全開運転時や始動直後でのリッチ燃焼時においても、酸化されない燃料分は発熱されず、この燃料分による筒内温度TEVCの推定誤差の増大を防止でき、内部EGR量MRESをより精度良く推定でき、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【0142】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値算出手段は、筒内平衡温度TEQEVCと前回の筒内温度推定値TEVC(−1)との差分TDEVCを算出する手段(ステップ81)と、前回の筒内温度推定値TEVC(−1)に差分TDEVCの所定割合(TDEVC×KTEVC)を加算して一次遅れにより筒内温度推定値TEVCを更新する手段(ステップ82,83)と、を含んで構成される。このため、燃料カットによって平衡温度が急変する場合や、始動時・加速時等、発熱量と放熱量のバランスが崩れる過渡中においても、筒内温度TEVCの推定精度を向上でき、内部EGR量MRESが精度良く推定でき、燃費・排気・運転性の悪化を未然に防止できる。
【0143】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎に筒内温度推定値を更新する(ステップ82)。このため、筒内温度の上昇または下降は、クランク角センサ14のREF信号の入力により、燃焼による発熱量毎に行われ、過渡状態の現象に合わせた追随が可能となる。
【0144】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度TWNに基づいて筒内温度推定値TEVCを初期設定する初期設定手段を含んで構成される(ステップ78)。このため、エンジン停止中の筒内温度TEVCは、ほぼ冷却水の温度TWNに収束するため、始動直後からの温度推定が可能となる。
【0145】
また本実施形態によれば、排気バルブ6及び吸気バルブ5の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構(可変動弁ソレノイド)22,23と、バルブタイミング可変機構22,23の開閉タイミング変化量VTEOFS、VTIOFSに基づいてバルブタイミングを算出する手段と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度TEVCを推定する手段(ステップ10,83)と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力PEVCを算出する手段(ステップ11)と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数REXを算出する手段(ステップ9)と、少なくとも筒内温度TEVC、筒内圧力PEVC、ガス定数REXに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量MRESCYLを算出する手段(ステップ5,12)と、バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLを算出する手段と(ステップ6,24)、筒内ガス量MRESCYLと吹き返しガス量MRESOLとに基づいて内部EGR量MRESを算出する手段(ステップ7)と、を含んで構成され、バルブタイミング算出手段は、バルブ温度VTMPE、VTMPIを推定する手段(ステップ51)と、バルブ温度の推定値VTMPE、VTMPIに応じてバルブクリアランス量VCLEを推定する手段(ステップ47,55)と、バルブクリアランス量VCLEによりバルブタイミングを補正する手段(ステップ48、49)と、を含んで構成され、バルブ温度推定手段は、機関運転状態に基づいて定常状態でのバルブ温度VTMPE、VTMPIであるバルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIを算出する手段(ステップ80)と、バルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIの変化に対し時間遅れを持たせてバルブ温度推定値VTMPE、VTMPIを算出する手段(ステップ81〜83)と、を含んで構成される。このため、特に、過渡運転状態においては、排気バルブ6または吸気バルブ5のバルブ温度VTMPE、VTMPIが刻々と変化するが、その変化していくバルブ温度VTMPE、VTMPIの変化に基づいて内部EGR量MRESを算出できるので、過渡運転時の内部EGR量MRESの推定精度を向上でき、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【0146】
また本実施形態によれば、バルブ平衡温度算出手段は、機関での発熱量FHEATに関するパラメータ(目標燃焼当量比TFBYA、基本噴射量TP、回転数NRPM)に基づいて所定時間毎の発熱量FHEATを算出する手段と、所定時間毎の発熱量FHEATに基づいてバルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIを推定する手段(ステップ80)と、を含んで構成される。このため、全開運転時や始動直後でのリッチ燃焼時においても、酸化されない燃料分は発熱されず、この燃料分によるバルブ温度の推定誤差の増大を防止でき、内部EGR量をより精度良く推定でき、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【0147】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値算出手段は、バルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIと前回のバルブ温度推定値VTMPE(−1)、VTMPE(−1)との差分VTMPDE、VTMPDIを算出する手段(ステップ81)と、前回のバルブ温度推定値VTMPE(−1)、VTMPE(−1)に差分VTMPDE、VTMPDIの所定割合(VTMPDE×KVTMPE、VTMPDI×KVTMPI)を加算して一次遅れによりバルブ温度推定値VTMPE、VTMPIを更新する手段(ステップ82,83)と、を含んで構成される。このため、燃料カットによってバルブ平衡温度VTMPEQE、VTMPEQIが急変する場合や、始動時・加速時等、発熱量と放熱量のバランスが崩れる過渡中においても、バルブ温度VTMPE、VTMPIの推定精度を向上でき、内部EGR量MRESが精度良く推定でき、燃費・排気・運転性の悪化を未然に防止できる。
【0148】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎にバルブ温度推定値VTMPE、VTMPIを更新する(ステップ82)。このため、バルブ温度VTMPE、VTMPIの上昇または下降は、クランク角センサ14のREF信号の入力により、燃焼による発熱量毎に行われ、過渡状態の現象に合わせた追随が可能となる。
【0149】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度TWNに基づいてバルブ温度推定値VTMPE、VTMPIを初期設定する初期設定手段を含んで構成される(ステップ78)。このため、エンジン停止中のバルブ温度VTMPE、VTMPIは、ほぼ冷却水の温度TWNに収束するため、始動直後からの温度推定が可能となる。
【0150】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定手段(ステップ51)、バルブクリアランス推定手段(ステップ47)、及びバルブタイミング補正手段(ステップ48,49)は、吸気バルブ5及び排気バルブ6の各々について独立して設けられる。このため、吸気バルブ5と排気バルブ6との温度範囲が異なること及びバルブ5,6の材質が異なることが原因で、バルブクリアランス量VCLE、VCLIがそれぞれ異なる場合であっても、バルブタイミング変化量VTEOFS、VTIOFSを算出し、内部EGR量MRESを精度良く推定できる。そして、吸気・排気カムプロフィールの設計により、バルブタイミングが異なる場合であっても、バルブクリアランス量VCLE、VCLIに応じたバルブタイミング補正量VTHOSE、VTHOSIを考慮したバルブタイミングが算出でき、精度良く内部EGR量MRESの推定ができる。
【0151】
また本実施形態によれば、バルブタイミング補正手段は、所定条件下(ステップ63〜ステップ66)でバルブ5,6の動作振動に基づいて実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIを検出する手段(ステップ58)と、所定条件下(ステップ63〜ステップ66)でのバルブクリアランス量VCLE、VCLIによる補正後のバルブタイミングを推定する手段(ステップ59)と、実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIと推定バルブタイミングVCLTEE、VCLTEIとの誤差VTHOSEtmp、VTHOSItmpを算出する手段(ステップ60)と、誤差VTHOSEtmp、VTHOSItmpに基づいてバルブタイミング補正学習値VTHOSE、VTHOSIを算出する手段(ステップ49)とを備え、バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値VTHOSE、VTHOSIにより補正する(ステップ50)。このため、バルブ5,6の振動を精度良く検出できる領域(着座ノイズが精度良く検出できる低回転域、ノックが発生しない低負荷域、バルブタイミング誤差が生じにくいバルブタイミング基本変化量が0且つ暖機後の領域)で実バルブタイミング(バルブ閉時期実際値)VCLTRE、VCLTRIを検出できる。そして、バルブ振動の検出値に基づく実バルブタイミングVCLTRE、VCLTRIと、推定バルブタイミング(バルブ閉時期推定値)VCLTEE、VCLTEIとの誤差分は、摩耗によるものであり、この摩耗分は、全運転領域においてバルブタイミングに一律に影響を与えるものであるため、この誤差分を事前に補正することで経時劣化による誤差を防止できる。
【0152】
また本実施形態によれば、実バルブタイミング算出手段(ステップ58)は、バルブの動作振動を、ノックセンサ25により検出する。このため、既存のノックセンサ25の入力により実バルブタイミングの動作振動を検出でき、コスト削減が図れる。
【0153】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は、排気バルブ閉弁時の筒内容積VEVCを算出する手段(ステップ8,45)と、排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段(ステップ10,83)と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段(ステップ11)と、ガス定数算出手段(ステップ9)と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量MRESCYLを算出する(ステップ24)。このため、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積VEVCを考慮して、シリンダ内部の状態量(容積VEVC・温度TEVC・圧力PEVC・ガス定数REX)に基づき、物理式から内部EGR量MRESを精度良く推定できる。そして、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部EGR量MRESを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【0154】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段(ステップ6,24)は、排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段(ステップ10,83)と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段(ステップ11)と、ガス定数算出手段(ステップ9)と、吸気圧力PINを算出する手段(ステップ25)と、排気ガス組成変化に対応した比熱比SHEATRを算出する手段(ステップ15,29)と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の有効面積積算値ASUMOLを算出する手段(ステップ13)と、機関回転数NRPMを算出する手段(ステップ14)と、過給TBCRG及びチョークCHOKEの有無を判定する手段(ステップ17,18,20)と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLを算出する。このため、オーバーラップ中の状態量(回転数NRPM、排気ガス比熱比SHEATR、過給TBCRG、チョークCHOKE)に応じて、吹き返しガス量MRESOLを精度良く算出できる。そして、状態量の変化による密度変化やオリフィス通過体積流量変化に対応でき、あらゆる運転状態において精度良くオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLを算出できる。
【0155】
なお、本実施形態では、吸気バルブ5と排気バルブ6との双方にバルブタイミング可変機構を設けるものとしたが、これに限定されず、吸気バルブ5と排気バルブ6とのいずれかのリフト特性が可変であり、以ってバルブオーバーラップ量が可変となるものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内部EGR量推定装置のシステム構成図
【図2】内部EGR率算出手段の制御構成図
【図3】内部EGR量算出手段の制御構成図
【図4】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図
【図5】オーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図
【図6】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図7】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図8】排気バルブ閉弁時筒内容積算出の制御構成図
【図9】排気バルブタイミング変化量の算出の制御構成図
【図10】排気バルブクリアランス量算出の制御構成図
【図11】バルブタイミング補正学習値算出の制御構成図
【図12】オーバーラップ中有効面積算出の制御構成図
【図13】吸気バルブタイミング変化量算出の制御構成図
【図14】温度推定算出の制御構成図
【図15】内部EGR率算出フロー
【図16】内部EGR量算出フロー
【図17】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フロー
【図18】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フロー
【図19】過給判定・チョーク判定フロー
【図20】過給無し・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図21】過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図22】過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図23】過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図24】排気バルブ閉弁時筒内容積算出フロー
【図25】排気バルブタイミング変化量算出フロー
【図26】バルブクリアランス量算出フロー
【図27】バルブタイミング補正学習値算出フロー
【図28】バルブタイミング実際値算出許可フラグ算出フロー
【図29】オーバーラップ中有効面積積算値算出フロー
【図30】吸気バルブタイミング変化量算出フロー
【図31】温度算出フロー
【図32】発熱量算出フロー
【図33】排気ガスガス定数算出テーブル
【図34】排気ガス比熱比算出テーブル
【図35】混合気比熱比算出テーブル
【図36】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図37】排気・吸気バルブタイミング変化量補正量算出テーブル
【図38】オーバーラップ中有効面積特性図
【図39】オーバーラップ中の有効面積積算値の説明図
【図40】排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図41】吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図42】発熱量と平衡温度との関係を示す特性図
【符号の説明】
1 エンジン
5 吸気バルブ
6 排気バルブ
9 エアフロメータ
10 吸気圧力センサ
11 排気圧力センサ
14 クランク角センサ
15 水温センサ
16 吸気側カム角センサ
17 排気側カム角センサ
18 アクセル開度センサ
25 ノックセンサ
26 スタータスイッチ
30 ECU[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal EGR amount estimating device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a spark ignition type internal combustion engine has a variable valve mechanism in order to reduce NOx (nitrogen oxide) by suppressing combustion temperature by increasing inert components in combustion gas and to reduce fuel consumption by reducing pump loss. In some cases, the amount of overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period is expanded to increase the internal EGR amount. In this case, it is desirable to perform control for correcting ignition timing, fuel injection amount, valve opening / closing timing, and the like according to the internal EGR amount.
[0003]
In
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-221105 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in
[0006]
It is also conceivable to estimate the in-cylinder temperature from the exhaust gas temperature in the steady state of the engine, thereby improving the accuracy of estimating the internal EGR amount. Rise and fall quickly, and the accuracy of estimating the in-cylinder temperature is not sufficient, so that the error of the actual internal EGR amount with respect to the internal EGR amount calculation value may increase.
[0007]
Furthermore, during cold start after start-up, after deceleration fuel cut-off operation, and at high water temperature during high-speed high-load operation, valve components (particularly the shaft part) thermally expand due to temperature changes in the valve and cylinder head. Then, the valve clearance changes, the valve opening / closing timing based on the cam twist angle differs from the actual valve opening / closing timing, and the error of the actual internal EGR amount with respect to the internal EGR amount calculation value may increase.
[0008]
Here, it is possible to improve the accuracy of estimating the internal EGR amount by detecting the exhaust gas temperature and the valve temperature based on the output of the temperature sensor. However, adding the sensor increases the cost and causes a response delay of the sensor. In such a case, an error occurs. Further, it is possible to estimate the exhaust gas temperature and the valve temperature according to the fuel injection amount without providing a temperature sensor. However, these estimated temperatures are balanced so that the balance between the heat generation amount and the heat release amount of the engine is balanced. In the transient state in which the estimated temperature does not reach equilibrium, an error occurs in the estimated temperature, and the error of the actual internal EGR amount with respect to the calculated internal EGR amount value may increase. For this reason, the actual ignition timing and the required injection amount cannot be satisfied, and there is a possibility that the drivability is deteriorated and the fuel efficiency and the exhaust are deteriorated.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problem, and has as its object to accurately estimate the internal EGR amount even in a transient state of the engine.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the present invention, the in-cylinder temperature estimated value when the exhaust valve is closed, the in-cylinder pressure, and the gas constant are calculated, and the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed is calculated based on at least these values. Then, the blowback gas amount during the overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period is calculated. Here, the in-cylinder temperature estimated value is calculated by calculating the in-cylinder equilibrium temperature in a steady state of the engine and giving a time delay to a change in the in-cylinder equilibrium temperature. Then, the internal EGR amount is calculated based on the in-cylinder gas amount and the blowback gas amount.
[0011]
Further, in the present invention, the valve timing (exhaust valve closing timing, intake valve opening timing, etc.) is calculated based on the amount of change in the opening / closing timing of the variable valve timing mechanism. However, the valve temperature and valve clearance are estimated, and the valve timing is calculated based on the valve clearance. Is corrected. Here, the valve temperature estimated value is calculated by calculating a valve equilibrium temperature in a steady state of the engine and giving a time delay to a change in the valve equilibrium temperature. Then, the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure when the exhaust valve is closed and the gas constant of the exhaust gas composition according to the combustion air-fuel ratio are calculated, and based on at least these, the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed Is calculated, and the blowback gas amount during the overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period is calculated. Then, the internal EGR amount is calculated based on the in-cylinder gas amount and the blowback gas amount.
[0012]
【The invention's effect】
According to the present invention, even in the transient state, the in-cylinder temperature or the valve temperature can be accurately estimated, the internal EGR amount can be estimated more accurately, and the ignition timing, the fuel injection amount, and the valve opening / closing timing can be appropriately set. By doing so, it is possible to improve drivability and improve fuel efficiency and exhaust.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal EGR amount estimating device for an internal combustion engine.
[0014]
A combustion chamber 3 defined by a
[0015]
An electronically controlled
[0016]
Here, the operations of the electronic
[0017]
For these controls, signals from various sensors are input to the
The
[0018]
An
[0019]
Further, an ON-OFF signal from the
Next, the estimation of the internal EGR amount and the internal EGR rate performed by the
[0020]
The calculation of the internal EGR rate MRESFR will be described with reference to the control configuration diagram of the internal EGR rate calculation means in FIG. 2 and the internal EGR rate MRESFR calculation flow in FIG.
[0021]
The intake fresh air amount calculating means shown in FIG. 2 calculates the intake fresh air amount (fresh air mass) MACYL, the target combustion equivalent ratio calculating means calculates the target combustion equivalent ratio TFBYA, and the internal EGR amount calculating means calculates the internal EGR amount MRES. Based on these calculated values, the internal EGR rate calculation means calculates the internal EGR rate MRESFR.
[0022]
In
[0023]
In
[0024]
When the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) is 14.7, the target combustion equivalent ratio TFBYA is expressed by the following equation from the target combustion air-fuel ratio, and becomes 1 when the target combustion air-fuel ratio is stoichiometric.
[0025]
TFBYA = 14.7 / target combustion air-fuel ratio (1)
In step 3, the internal EGR amount MRES per cylinder is calculated according to the flowchart of FIG.
[0026]
In
MRESFR = MRES / {MRES + MACYL × (1 + TFBYA / 14.7)} (2)
Here, the calculation of the internal EGR amount MRES in step 3 will be described with reference to the control configuration diagram of the internal EGR amount calculation means in FIG. 3 and the internal EGR amount calculation flow in FIG.
[0027]
When the exhaust valve shown in FIG. 3 is closed (shown as “EVC” in the figure), the in-cylinder gas amount calculation means uses the in-cylinder gas amount MRESCYL and overlaps the
[0028]
In
[0029]
In
[0030]
In
[0031]
MRES = MRESCYL + MRESOL (3)
Here, regarding the calculation of the in-cylinder gas amount MRESCYL when the exhaust valve is closed in
[0032]
The target combustion equivalent ratio calculating means shown in FIG. 4 calculates the target combustion equivalent ratio TFBYA of the exhaust gas, and based on this value, the exhaust gas constant calculating means calculates the gas constant REX. The exhaust valve closing cylinder volume calculating means calculates the cylinder volume VEVC, the exhaust valve closing cylinder temperature calculating means calculates the cylinder temperature TEVC, and the exhaust valve closing pressure calculating means calculates the cylinder pressure PEVC. Then, based on these calculated values, the in-cylinder gas amount calculation means when the exhaust valve is closed calculates the in-cylinder gas amount MRESCYL.
[0033]
In
In
[0034]
In
In
[0035]
In
[0036]
MRESCYL = (PEVC × VEVC) / (REX × TEVC) (4)
Here, regarding the calculation of the gas amount MRESOL that is blown back from the exhaust side to the intake side during the overlap in
[0037]
In FIG. 5, the target combustion equivalence ratio calculating means calculates the equivalence ratio TFBYA, and the exhaust gas constant calculating means calculates the gas constant REX based on the calculated value. The effective area during overlap calculation means calculates the effective area ASUMOL according to FIG. 39 described later. Then, these calculated values are compared with the engine speed calculating means, the exhaust gas specific heat ratio calculating means, the in-cylinder temperature calculating means when the exhaust valve is closed, the in-cylinder pressure calculating means when the exhaust valve is closed, the intake pressure calculating means, and the choke excess. On the basis of the values calculated by the supply determination calculating means, the blowback gas amount calculating means during the overlap calculates the blowback gas amount MRESOL.
[0038]
In
In
[0039]
In
The target combustion equivalence ratio calculation means shown in FIG. 6 calculates the target combustion equivalence ratio TFBYA, and the in-cylinder temperature at exhaust valve closing calculation means calculates the in-cylinder temperature TEVC, respectively, and based on these calculated values, the exhaust gas specific heat ratio calculation means. Calculates the exhaust gas specific heat ratio SHEATR.
[0040]
FIG. 34 is an exhaust gas specific heat ratio calculation map, in which the horizontal axis indicates the target combustion equivalent ratio TFBYA, and the vertical axis indicates the exhaust gas specific heat ratio SHEATR. The dotted line in the figure indicates the position of stoichiometry. When the target combustion equivalent ratio TFBYA is near stoichiometry, the exhaust gas specific heat ratio SHEATR decreases, and when the ratio becomes rich or lean, the specific heat ratio SHEATR increases. Then, the case where the in-cylinder temperature TEVC at the time of closing the exhaust valve changes is indicated by a thick arrow. Here, the exhaust gas specific heat ratio SHEATR is determined according to the target combustion equivalent ratio TFBYA calculated in
[0041]
In
[0042]
In
[0043]
In
If the choke determination flag CHOKE is 0, the process proceeds to step 19, and the flow rate of the blow-back gas MRESOLtmp during the overlap when there is no supercharging and no choke is calculated from the flow of FIG.
[0044]
On the other hand, if it is determined in
[0045]
In
[0046]
On the other hand, when the choke determination flag CHOKE in
[0047]
After calculating the blowback gas flow rate MRESOLtmp in
In step 24, the blow-back gas amount MRESOL during the overlap is calculated by integrating the blow-back gas flow rate MRESOLtmp and the integrated effective area ASAMOL during the overlap period in accordance with the state of the presence or absence of the supercharging and the presence or absence of the choke. It is calculated by the formula.
[0048]
MRESOL = (MRESOLtmp × ASUMOL × 60) / (NRPM × 360) (5)
Here, the supercharging / choke determination in
[0049]
As shown in FIG. 7, based on the calculated values of the exhaust gas specific heat ratio calculating means, the in-cylinder pressure calculating means for closing the exhaust valve, and the intake pressure calculating means, the supercharging / choke determining means performs the supercharging determination TBCRG and the choke determination CHOKE. And do.
[0050]
In
[0051]
PINBYEX = PIN / PEVC (6)
In
[0052]
If the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is 1 or less, that is, if there is no supercharging, the routine proceeds to step 27, where the supercharging determination flag TBCRG is set to 0, and the routine proceeds to step 30.
[0053]
On the other hand, if the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is larger than 1, that is, if there is a supercharging, the routine proceeds to step 28, where the supercharging determination flag TBCRG is set to 1, the routine proceeds to step 29, and the calculation is performed in
[0054]
FIG. 35 is a calculation table for the mixture specific heat ratio MIXAIRSHR. The horizontal axis indicates the target combustion equivalent ratio TFBYA, and the vertical axis indicates the mixture specific heat ratio MIXAIRSHR. Note that the dotted line in the figure indicates stoichiometry, and the specific heat ratio MIXAIRSHR is large on the lean side and small on the rich side. Then, the mixture specific heat ratio MIXAIRSHR corresponding to the target combustion equivalent ratio TFBYA calculated in
[0055]
Then, in
[0056]
In
[0057]
SLCHOKEL = {2 / (SHEATR + 1)} SHEATR / (SHEATR-1)} (7a)
SLCHOKEH = {2 / (SHEATR + 1)}-SHEATR / (SHEATR-1)} (7b)
The choke determination threshold values SLCHOKEEL and SLCHOKEH are calculated as choke limit values.
[0058]
If it is difficult in
[0059]
In
[0060]
When the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is within the range, that is, when it is determined that there is no choke, the process proceeds to step 32, and the choke determination flag CHOKE is set to 0.
[0061]
On the other hand, if the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is not within the range, that is, if it is determined that there is a choke, the process proceeds to step 33, and the choke determination flag CHOKE is set to 1.
[0062]
In addition, the calculation of the blowback gas flow rate MRESOLtmp in
[0063]
In
[0064]
MRSOLD = SQRT {1 / (REX × TEVC)} (8)
Here, SQRT is a coefficient relating to temperature and gas constant. If it is difficult to calculate the density term MRSOLD in the gas flow rate calculation equation due to the control configuration, the calculation result of the equation (8) is stored in advance as a map, and the calculation result is calculated according to the exhaust gas constant REX and the in-cylinder temperature TEVC. You may ask for it.
[0065]
In
[0066]
MRSOLP = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1) × {PINBYEX} (2 / SHEATR) -PINBYEX} ((SHEATR + 1) / SHEATR)} (9)
In
[0067]
MRESOLtmp = 1.4 × PEVC × MRSOLD × MRSOLP (10)
The blowback gas flow rate MRESOLtmp in
[0068]
In
In step 38, the gas flow rate calculation equation choke pressure difference term MRSOLPC is determined by the following equation based on the exhaust gas specific heat ratio SHEATR calculated in
[0069]
MRSOLPC = SQRT [SHEATR × {2 / (SHEATR + 1)} (SHEATR + 1) / (SHEATR-1)} (11)
If the power calculation is difficult due to the control configuration, the calculation result of equation (11) is stored in advance as a gas flow rate calculation equation choke-time pressure difference term MRSOLPC map, and is calculated according to the exhaust gas specific heat ratio SHEATR. You may ask.
[0070]
In
[0071]
MRESOLtmp = PEVC × MRSOLD × MRSOLPC (12)
The calculation of the average blowback gas flow rate MRESOLtmp during the overlap in
[0072]
In
[0073]
MRSOLPT = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1) × {PINBYEX} (− 2 / SHEATR) −PINBYEX} (− (SHEATR + 1) / SHEATR)} (13)
If the power calculation is difficult due to the configuration of the control, the calculation result of the equation (13) is stored in advance as a gas flow rate calculation type supercharged pressure difference term MRSOLPT map, and the exhaust gas specific heat ratio SHEATR and the intake air It may be determined according to the exhaust pressure ratio PINBYEX.
[0074]
In
[0075]
MRESOLtmp = −0.152 × PIN × MRSOLPT (14)
Here, when the blowback gas flow rate MRESOLtmp indicates a negative value, the flow rate of gas flowing through the intake system to the exhaust system during the overlap can be represented, and the internal EGR amount is reduced based on this.
[0076]
The calculation of the blowback gas flow rate MRESOLtmp in
[0077]
In
In step 43, based on the intake pressure PIN and the gas flow rate calculation type choke-time pressure difference term MRSOLPC, the overlap blowback gas flow rate MRESOLtmp when there is supercharging and choke is calculated by the following equation.
[0078]
MRESOLtmp = −0.108 × PIN × MRSOLPC (15)
Here, when the blowback gas flow rate MRESOLtmp indicates a negative value, the flow rate of the gas flowing from the intake side to the exhaust side during the overlap can be represented, and the internal EGR amount is reduced.
[0079]
Here, in
[0080]
In addition, regarding the calculation of the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed in
[0081]
The exhaust-valve-closed-cylinder-in-cylinder-capacity calculating means shown in FIG. 8 is based on a calculated value VTEOFS of the exhaust-valve-timing-change-quantity calculating means described later. The valve-time in-cylinder volume VEVC is calculated.
[0082]
In
[0083]
In
FIG. 36 is a table for calculating the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed, in which the horizontal axis indicates the exhaust valve timing change amount VTEOFS and the horizontal axis indicates the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed.
[0084]
In an engine having a mechanism for changing the relationship between the position of the
[0085]
In an engine having a mechanism for changing the compression ratio, the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed according to the amount of change in the compression ratio may be obtained from a table.
Here, the calculation of the exhaust valve timing change amount VTEOFS in
[0086]
In FIG. 9, the basic change amount of the exhaust valve timing is detected from the signals of the
[0087]
In
[0088]
In
In
[0089]
FIG. 37 (a) is an exhaust valve timing variation correction amount VTCLE calculation table. The horizontal axis represents the exhaust valve clearance VVCLE, and the vertical axis represents the exhaust valve timing variation relative to the valve timing at the reference clearance (in a steady state). The correction amount VTCLE is shown. According to this, when the clearance amount VCLE of the
[0090]
In
In
[0091]
VTEOFS = VTCNOWE + VTCLE + VTHOSE (16)
Here, the calculation of the valve clearance amount VCLE in
[0092]
The valve clearance amount calculating means in FIG. 10 calculates the valve temperature VTMPE from the fuel injection amount corresponding to the intake fresh air amount MACYL calculated based on the signal from the
[0093]
TI = TP × TFBYA × LAMBDA (17)
In
[0094]
In
VCLEtmp = −KVTMPE × (VTMPE−90) + VCLSTDE (18)
Here, -KVTMPE is a coefficient relatively determined by the material and the length of the
[0095]
In
[0096]
In step 55, the valve clearance amount VCLE is replaced with the provisional valve clearance amount VCLEtmp (VCLE = VCLEtmp).
Next, the calculation of the valve timing correction learning value VTHOSE in
[0097]
In FIG. 11, the basic valve timing change amount calculating means calculates the basic valve timing change amount (exhaust cam twist angle) VTCNOWE from the signals of the
[0098]
In step 56 of FIG. 27, a valve timing actual value calculation permission flag FVTHOSE is calculated according to a flowchart of FIG. 28 described later.
In
[0099]
In
[0100]
In
[0101]
VCLTEE = VCLTSTDE + VTCLE (degATDC) (19)
Here, VCLTSTDE is the valve closing timing when the basic valve timing change amount is 0 in the reference valve clearance amount (valve clearance amount at the time of warming).
[0102]
In
[0103]
In
[0104]
In
[0105]
Here, if the error increases to the positive side, the actual valve closing timing will be further delayed, so this error may be added to the valve timing change amount. However, in practice, the error is a negative value because the clearance increases mainly due to shim wear and cam wear, and the actual valve closing timing is advanced.
[0106]
Here, the calculation of the valve timing actual value calculation permission flag FVTHOSE in step 56 will be described using the valve timing actual value calculation permission flag FVTHOSE calculation flow in FIG.
[0107]
At
[0108]
On the other hand, if any one of the
[0109]
Next, regarding the calculation of the effective area integrated value during overlap ASAMOL in
[0110]
12 calculates the effective area during overlap ASAMOL based on the calculation results of the intake valve timing change amount calculation means and the exhaust valve timing change amount calculation means.
[0111]
In
In
[0112]
In
[0113]
FIG. 38 is a characteristic diagram of the effective area during the overlap. The horizontal axis indicates the intake valve timing change amount VTIOFS, and the vertical axis indicates the exhaust valve timing change amount VTEOFS. When the intake valve timing change amount VTIOFS and the exhaust valve timing change amount VTEOFS increase, the overlap change amount increases, and the effective area integrated value ASAMOL increases.
[0114]
Here, FIG. 39 is an explanatory diagram of the integrated effective area value ASUMOL during the overlap. The horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the opening area of the
[0115]
Next, the calculation of the intake valve timing variation VTIOFS in
[0116]
In FIG. 13, the intake valve timing basic change amount calculating means calculates the intake valve timing basic change amount (intake cam twist angle) VTCNOW from the signals of the
[0117]
In
[0118]
In
[0119]
VCLItmp = −KVTMPI × (VTMPI−90) + VCLSTDI (20)
Here, -KVTMPI is a coefficient relatively determined by the material and length of the
[0120]
In step 74, an intake valve timing change amount correction amount VTCLI is obtained from the table shown in FIG. 37B according to the intake valve clearance amount VCLI.
[0121]
FIG. 37 (b) is an intake valve timing change amount correction amount VTCLI calculation table. The horizontal axis indicates the intake valve clearance amount VCLI, and the vertical axis indicates the intake valve timing change amount correction amount VTCLI with respect to the valve timing at the reference clearance amount. ing. This indicates that if the clearance amount VCLI of the
[0122]
In
[0123]
In
[0124]
VCLTEI = VCLTSTDI + VTCLI (degBTDC) (21)
Here, the valve opening time estimated value VCLSTSTDI is the valve opening timing when the basic intake valve timing change amount (intake cam twist angle) at the reference valve clearance amount (at the time of warming) is 0.
[0125]
In
[0126]
In
[0127]
VTIOFS = VTCNOW + VTCLI + VTHOSI (22)
Here, FIG. 40 is a diagram showing the definition of the change amount of the exhaust valve timing in the positive and negative directions, and FIG. 41 is a diagram showing the definition of the change amount of the intake valve timing in the positive and negative directions.
[0128]
In FIG. 40, the exhaust valve timing change amount has the positive direction on the advance side (clockwise). In FIG. 41, the intake valve timing change amount is positive on the retard side (counterclockwise). Each of the
[0129]
Next, regarding the calculation of the in-cylinder temperature TEVC when the exhaust valve is closed in
[0130]
The equilibrium temperature calculating means in FIG. 14 calculates the in-cylinder equilibrium temperature TEQEVC, the exhaust valve equilibrium temperature VTMPEQE, and the intake valve equilibrium temperature VTMPEQI, which are the in-cylinder temperature or the valve temperature in the steady state, based on the engine operating state. The difference calculating means calculates the in-cylinder temperature TEVC (-1), the exhaust valve temperature VTMPE (-1), the intake valve temperature VTMPI (-1), the in-cylinder equilibrium temperature TEQEVC, the exhaust valve equilibrium temperature VTMPEQE, The differences TDEVC, VTMPDE, and VTMPDI from the intake valve equilibrium temperature VTMPEQI are calculated. On the other hand, the responsiveness calculating means calculates predetermined ratios KTEVC, KVTMPE, and KVTMPI of the in-cylinder temperature TEVC, the exhaust valve temperature VTMPE, and the intake valve temperature VTMPI. Then, the integrating operation means integrates the predetermined ratios KTEVC, KVTMPE, and KVTMPI of the responsiveness calculating means to the difference values TDEVC, VTMPDE, and VTMPDI of the difference calculating means. Then, the addition operation means adds each temperature TEVC (-1), VTMPE (-1), VTMPI (-1) in the previous cycle and the integrated value of the integration operation means.
[0131]
In
[0132]
In
In
[0133]
FIG. 42 is a table for calculating the equilibrium temperatures TEQEVC, VTMPEQE, and VTMPEQI of each section. The horizontal axis indicates the calorific value FHEAT, and the vertical axis indicates the in-cylinder equilibrium temperature TEQEVC, the exhaust valve equilibrium temperature VTMPEQE, and the intake valve equilibrium temperature VTMPEQI.
[0134]
In step 81, as shown in the following equation, each part difference value is calculated as a difference between each part equilibrium temperature TEQEVC, VTMPEQE, VTMPEQI and each part temperature TEVC (-1), VTMPE (-1), VTMPI (-1) in the previous cycle. Calculate TDEVC, VTMPDE, and VTMPDI.
[0135]
TDEVC = TEQEVC-TEVC (-1) (23a)
VTMPDE = VTMPEQE−VTMPE (−1) (23b)
VTMPDI = VTMPEQI-VTMPI (-1) (23c)
In
[0136]
In
[0137]
TEVC = TEVC (-1) + TDEVC × KTEVC (24a)
VTMPE = VTMPE (-1) + VTMPDE × KVTMPE (24a)
VTMPI = VTMPI (-1) + VTMPDI × KVTMPI (24a)
Here, the ratios KTEVC, KVTMPE, and KVTMPI indicating the response are set to a larger value as the specific heat of the temperature measurement part is smaller, and individually set so as to increase the response to the equilibrium temperatures TEQEVC, VTMPEQE, and VTMPEQI of each part. Is done.
[0138]
Next, the calculation of the calorific value FHEAT in
In step 84, it is determined whether the target combustion equivalence ratio TFBYA is greater than 1 (TFBYA> 1), that is, whether the air-fuel ratio is rich. If it is rich (TFBYA> 1), the routine proceeds to step 85, where the target combustion equivalent ratio for calorific value calculation TFBYAHT is set to 1. This is because even if the air-fuel ratio is rich, the contribution to the actual heat generation is the same as the calorific value at the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, if the target combustion equivalent ratio TFBYA is 1 or less (TFBYA ≦ 1), the routine proceeds to step 86, where the calorific value calculation target equivalent ratio TFBYAHT is set to the target combustion equivalent ratio TFBYA (TFBYAHT = TFBYA).
[0139]
In
FHEAT = (TFBYAHT × HBN− (TFBYA−TFBYAHT) × HUBN) × TP × NRPM × K (25)
Here, HBN is a calorific value (cal / sec) when the fuel per unit injection pulse width is completely burned. HUBN is the latent heat of vaporization (cal / sec) when the fuel per unit injection pulse width is completely vaporized. TP indicates a basic injection pulse width (ms) corresponding to stoichiometry per one cylinder cycle, and is a value calculated based on the intake air amount. The rotation speed NRPM (rpm) is a value calculated based on a signal from the
[0140]
According to the present embodiment, means for estimating the in-cylinder temperature TEVC when the exhaust valve is closed (
[0141]
Further, according to the present embodiment, the in-cylinder equilibrium temperature calculating means calculates the heat value FHEAT for each predetermined time based on the parameters related to the heat value FHEAT in the engine (the target combustion equivalent ratio TFBYA, the basic injection amount TP, and the rotation speed NRPM). (Steps 79 and 87), and a means (Step 80) for estimating the in-cylinder equilibrium temperature TEQEVC based on the heat generation amount FHEAT for each predetermined time. Therefore, even during the full-open operation or during the rich combustion immediately after the start, the fuel that is not oxidized does not generate heat, so that it is possible to prevent an increase in the estimation error of the in-cylinder temperature TEVC due to this fuel and to improve the accuracy of the internal EGR amount MRES. Estimation can be made well, and drivability can be improved and fuel consumption and exhaust can be improved.
[0142]
Further, according to the present embodiment, the in-cylinder temperature estimated value calculating means calculates the difference TDEVC between the in-cylinder equilibrium temperature TEQEVC and the previous in-cylinder temperature estimated value TEVC (−1) (step 81). Means (
[0143]
Further, according to the present embodiment, the in-cylinder temperature estimated value updating means updates the in-cylinder temperature estimated value for each fuel injection cycle (step 82). For this reason, the rise or fall of the in-cylinder temperature is performed for each calorific value due to combustion in response to the input of the REF signal of the
[0144]
Further, according to the present embodiment, the in-cylinder temperature estimated value calculating means includes an initial setting means for initial setting the in-cylinder temperature estimated value TEVC based on the engine cooling water temperature TWN at the time of starting the engine (step). 78). Therefore, the in-cylinder temperature TEVC when the engine is stopped almost converges to the temperature TWN of the cooling water, so that the temperature can be estimated immediately after the engine is started.
[0145]
Further, according to the present embodiment, variable valve timing mechanisms (variable valve solenoids) 22, 23 for changing the opening / closing timing of the
[0146]
Further, according to the present embodiment, the valve equilibrium temperature calculating means calculates the heat value FHEAT for each predetermined time based on the parameters (the target combustion equivalence ratio TFBYA, the basic injection amount TP, and the rotation speed NRPM) relating to the heat value FHEAT in the engine. Means for calculating, and means (step 80) for estimating the valve equilibrium temperatures VTMPEQE and VTMPEQI based on the calorific value FHEAT for each predetermined time. For this reason, even at the time of the full-open operation or at the time of the rich combustion immediately after the start, the non-oxidized fuel does not generate heat, and it is possible to prevent the estimation error of the valve temperature from increasing due to the fuel and to more accurately estimate the internal EGR amount. In addition, drivability can be improved and fuel consumption and exhaust can be improved.
[0147]
Further, according to the present embodiment, the valve temperature estimated value calculating means calculates the differences VTMPDE, VTMPDI between the valve equilibrium temperatures VTMPEQE, VTMPEQI and the previous valve temperature estimated values VTMPE (-1), VTMPE (-1). (Step 81) and adding the predetermined ratios (VTMPDE × KVTMPE, VTMPDI × KVTMPI) of the differences VTMPDE and VTMPDI to the previous estimated valve temperature values VTMPE (−1) and VTMPE (−1) and estimating the valve temperature by the first-order lag. Means for updating the values VTMPE and VTMPI (steps 82 and 83). Therefore, the estimation accuracy of the valve temperatures VTMPE and VTMPI can be improved even when the valve equilibrium temperatures VTMPEQE and VTMPEQI suddenly change due to the fuel cut, or during a transition in which the balance between the amount of heat generation and the amount of heat radiation is lost, such as during start-up and acceleration. In addition, the internal EGR amount MRES can be accurately estimated, and deterioration in fuel efficiency, exhaust, and drivability can be prevented.
[0148]
Further, according to the present embodiment, the valve temperature estimated value updating means updates the valve temperature estimated values VTMPE and VTMPI for each fuel injection cycle (step 82). For this reason, the valve temperatures VTMPE and VTMPI are increased or decreased by input of the REF signal of the
[0149]
Further, according to the present embodiment, the valve temperature estimated value calculating means includes initial setting means for initially setting the valve temperature estimated values VTMPE and VTMPI based on the engine coolant temperature TWN at the time of starting the engine (step S1). 78). Therefore, the valve temperatures VTMPE and VTMPI when the engine is stopped almost converge to the cooling water temperature TWN, so that the temperature can be estimated immediately after the start.
[0150]
Further, according to the present embodiment, the valve temperature estimating means (step 51), the valve clearance estimating means (step 47), and the valve timing correcting means (
[0151]
Further, according to the present embodiment, the valve timing correction means includes means (step 58) for detecting actual valve timings VCLTRE and VCLTRI based on operation vibrations of the
[0152]
Further, according to the present embodiment, the actual valve timing calculating means (step 58) detects the operation vibration of the valve by the
[0153]
Further, according to the present embodiment, the means for calculating the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed includes a means for calculating the in-cylinder volume VEVC when the exhaust valve is closed (
[0154]
Further, according to the present embodiment, the means for calculating the amount of gas to be blown back during the overlap (
[0155]
In the present embodiment, the variable valve timing mechanism is provided for both the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal EGR amount estimating apparatus.
FIG. 2 is a control configuration diagram of an internal EGR rate calculation unit.
FIG. 3 is a control configuration diagram of an internal EGR amount calculation unit;
FIG. 4 is a control configuration diagram of an in-cylinder gas amount calculation unit when the exhaust valve is closed.
FIG. 5 is a control configuration diagram of calculating the amount of blown-back gas during the overlap;
FIG. 6 is a control configuration diagram of an exhaust gas specific heat ratio calculation unit.
FIG. 7 is a control configuration diagram of a supercharging / choke determining unit.
FIG. 8 is a control configuration diagram for calculating the in-cylinder volume when the exhaust valve is closed.
FIG. 9 is a control configuration diagram for calculating an exhaust valve timing change amount.
FIG. 10 is a control configuration diagram for calculating an exhaust valve clearance amount.
FIG. 11 is a control configuration diagram for calculating a valve timing correction learning value.
FIG. 12 is a control configuration diagram for calculating an effective area during overlap;
FIG. 13 is a control configuration diagram for calculating an intake valve timing change amount.
FIG. 14 is a control configuration diagram of temperature estimation calculation.
FIG. 15 is a flowchart for calculating an internal EGR rate.
FIG. 16 is an internal EGR amount calculation flow.
FIG. 17 is a flowchart for calculating the in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed.
FIG. 18 is a flow chart for calculating the amount of gas blown back during the overlap.
FIG. 19 is a flowchart for determining a supercharging / choke.
FIG. 20 is a flow chart for calculating the flow rate of blow-back gas when there is no supercharging and no choke
FIG. 21 is a flow chart for calculating a blowback gas flow rate when there is no supercharging and there is a choke.
FIG. 22 is a flow chart for calculating the flow rate of blow-back gas when there is supercharging and no choke
FIG. 23 is a flow chart for calculating a blowback gas flow rate when there is supercharging or choke.
FIG. 24 is a flowchart for calculating the cylinder volume when the exhaust valve is closed.
FIG. 25 is an exhaust valve timing change amount calculation flow.
FIG. 26 is a flow chart for calculating a valve clearance amount.
FIG. 27 is a flowchart for calculating a valve timing correction learning value.
FIG. 28 is a flowchart for calculating a valve timing actual value calculation permission flag.
FIG. 29 is a flow chart of calculating an effective area integrated value during overlap;
FIG. 30 is an intake valve timing change amount calculation flow.
FIG. 31 is a flowchart of temperature calculation.
FIG. 32 is a flowchart for calculating a calorific value;
FIG. 33: Exhaust gas gas constant calculation table
FIG. 34: Exhaust gas specific heat ratio calculation table
FIG. 35 is a mixture heat ratio calculation table.
FIG. 36 is an in-cylinder volume calculation table when the exhaust valve is closed.
FIG. 37 is an exhaust / intake valve timing change amount correction amount calculation table
FIG. 38 is a characteristic diagram of an effective area during overlap.
FIG. 39 is an explanatory diagram of an effective area integrated value during overlap.
FIG. 40 is a diagram showing a definition of the amount of change in exhaust valve timing in the positive and negative directions.
FIG. 41 is a diagram showing a definition of a positive / negative direction of an intake valve timing change amount.
FIG. 42 is a characteristic diagram showing a relationship between a calorific value and an equilibrium temperature.
[Explanation of symbols]
1 engine
5 Intake valve
6 Exhaust valve
9 Air flow meter
10 Intake pressure sensor
11 Exhaust pressure sensor
14 Crank angle sensor
15 Water temperature sensor
16 Intake side cam angle sensor
17 Exhaust cam angle sensor
18 Accelerator opening sensor
25 Knock sensor
26 Starter switch
30 ECU
Claims (15)
排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出する手段と、
少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、前記ガス定数に基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する手段と、
排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する手段と、
前記筒内ガス量と前記吹き返しガス量とに基づいて、内部EGR量を算出する手段と、
を含んで構成され、
前記筒内温度推定手段は、
機関運転状態に基づいて定常状態での筒内温度である筒内平衡温度を算出する手段と、
前記筒内平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて筒内温度推定値を算出する手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の内部EGR量推定装置。Means for estimating the in-cylinder temperature when the exhaust valve is closed,
Means for calculating the in-cylinder pressure when the exhaust valve is closed,
Means for calculating a gas constant of the exhaust gas composition according to the combustion air-fuel ratio,
Means for calculating an in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed, based on at least the in-cylinder temperature, the in-cylinder pressure, and the gas constant;
Means for calculating a blowback gas amount during an overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period,
Means for calculating an internal EGR amount based on the in-cylinder gas amount and the blowback gas amount;
Is composed of
The in-cylinder temperature estimation means,
Means for calculating an in-cylinder equilibrium temperature that is an in-cylinder temperature in a steady state based on the engine operating state;
Means for calculating an in-cylinder temperature estimated value with a time delay with respect to the change in the in-cylinder equilibrium temperature,
An internal EGR amount estimating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度を推定する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出する手段と、
少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、前記ガス定数に基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する手段と、
前記筒内ガス量と前記吹き返しガス量とに基づいて内部EGR量を算出する手段と、
を含んで構成され、
前記バルブタイミング算出手段は、
バルブ温度を推定する手段と、
バルブ温度の推定値に応じてバルブクリアランスを推定する手段と、
バルブクリアランスによるバルブタイミングを補正する手段と、
を含んで構成され、
前記バルブ温度推定手段は、
機関運転状態に基づいて定常状態でのバルブ温度であるバルブ平衡温度を算出する手段と、
前記バルブ平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせてバルブ温度推定値を算出する手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の内部EGR量推定装置。A variable valve timing mechanism that changes the opening / closing timing of at least one of the exhaust valve and the intake valve;
Means for calculating valve timing based on the opening / closing timing change amount of the variable valve timing mechanism;
Means for estimating the in-cylinder temperature at the time of closing the exhaust valve calculated by the valve timing calculating means,
Means for calculating the in-cylinder pressure at the time of closing the exhaust valve calculated by the valve timing calculating means,
Means for calculating a gas constant of the exhaust gas composition according to the combustion air-fuel ratio,
Means for calculating an in-cylinder gas amount when the exhaust valve is closed, based on at least the in-cylinder temperature, the in-cylinder pressure, and the gas constant;
Means for calculating a blowback gas amount during the overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period calculated by the valve timing calculating means,
Means for calculating an internal EGR amount based on the in-cylinder gas amount and the blowback gas amount;
Is composed of
The valve timing calculation means,
Means for estimating the valve temperature;
Means for estimating valve clearance according to the estimated value of valve temperature;
Means for correcting valve timing due to valve clearance;
Is composed of
The valve temperature estimating means,
Means for calculating a valve equilibrium temperature that is a valve temperature in a steady state based on the engine operating state;
Means for calculating a valve temperature estimated value with a time delay with respect to the change in the valve equilibrium temperature,
An internal EGR amount estimating apparatus for an internal combustion engine, comprising:
所定条件下でバルブの動作振動に基づいて実バルブタイミングを算出する手段と、
所定条件下でのバルブクリアランスによる補正後のバルブタイミングを推定する手段と、
前記実バルブタイミングと前記推定バルブタイミングとの誤差を算出する手段と、
前記誤差に基づいてバルブタイミング補正学習値を算出する手段と、
を備え、
バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値により補正することを特徴とする請求項6〜請求項11のいずれか1つに記載の内燃機関の内部EGR量推定装置。The valve timing correction means,
Means for calculating the actual valve timing based on the operating vibration of the valve under predetermined conditions,
Means for estimating valve timing after correction by valve clearance under predetermined conditions,
Means for calculating an error between the actual valve timing and the estimated valve timing,
Means for calculating a valve timing correction learning value based on the error,
With
12. The internal EGR amount estimating device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the valve timing is further corrected by the valve timing correction learning value.
排気バルブ閉弁時の筒内容積を算出する手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか1つに記載の内燃機関の内部EGR量推定装置。The in-cylinder gas amount calculating means at the time of closing the exhaust valve,
Means for calculating the cylinder volume when the exhaust valve is closed,
The exhaust valve closing in-cylinder temperature estimating means,
The exhaust valve closing in-cylinder pressure calculating means,
The gas constant calculation means,
The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the in-cylinder gas amount at the time of closing the exhaust valve is calculated by a physical equation based on these calculated values. An internal EGR amount estimating device for an internal combustion engine.
前記排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
吸気圧力を算出する手段と、
排気ガス組成変化に対応した比熱比を算出する手段と、
排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の有効面積積算値を算出する手段と、
機関回転数を算出する手段と、
過給及びチョークの有無を判定する手段と、
を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項14のいずれか1つに記載の内燃機関の内部EGR量推定装置。The overlapped blow-back gas amount calculating means,
The exhaust valve closing in-cylinder temperature estimating means,
The exhaust valve closing in-cylinder pressure calculating means,
The gas constant calculation means,
Means for calculating the intake pressure;
Means for calculating a specific heat ratio corresponding to the exhaust gas composition change,
Means for calculating an effective area integrated value during the overlap between the exhaust valve open period and the intake valve open period,
Means for calculating the engine speed;
Means for determining the presence or absence of supercharging and chalk;
The internal EGR amount of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 14, wherein the amount of the blowback gas during the overlap is calculated based on the calculated values. Estimation device.
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