特許 7191182 内燃機関の制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/00 20160101AFI20221209BHJP

   F02M 26/52 20160101ALI20221209BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20221209BHJP

【ＦＩ】

F02M26/00 301

F02M26/52

F02D21/08 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021179157

(22)【出願日】2021-11-02

【審査請求日】2021-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下川 大輔

(72)【発明者】

【氏名】西村 栄記

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１５５７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１００４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｄ ２１／００

Ｆ０２Ｄ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に流入する吸気量を制御するスロットルと、
前記内燃機関の排気管と前記スロットルの下流側のインマニとを連結し、前記内燃機関の排気の一部を前記インマニに戻すＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路におけるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、目標ＥＧＲガス流量を算出する第１の手段と、
前記目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換する第２の手段と、
前記インマニの内部の目標圧力と、大気圧又はスロットル上流圧と、の圧力比である目標圧力比に基づき、目標ＥＧＲガス流量上限値を算出する第３の手段と、
少なくとも、前記目標ＥＧＲガス流量上限値と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲバルブ通過ガス音速とに基づき、目標ＥＧＲバルブ開度上限値を算出する第４の手段と、
前記第１の手段により算出した目標ＥＧＲバルブ開度を、前記第４の手段により算出した前記目標ＥＧＲバルブ開度上限値により制限する第５の手段と、
を備え、
前記第５の手段により制限された前記目標ＥＧＲバルブ開度に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記目標ＥＧＲバルブ開度上限値は、前記内燃機関の失火を回避するＥＧＲバルブ開度の上限制限を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記目標ＥＧＲバルブ開度上限値は、前記内燃機関の失火を回避するＥＧＲ率による上限制限を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

前記目標圧力比は、あらかじめ適合されたマップにより算出され、
前記マップは、内燃機関の回転数毎に設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項5】

内燃機関の運転状態に基づき、前記内燃機関のＥＧＲバルブを通過する目標ＥＧＲガス流量を算出する第１の工程と、
前記目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換する第２の工程と、
前記内燃機関のインマニの内部の目標圧力と、大気圧又は前記内燃機関のスロットル上流圧と、の圧力比である目標圧力比に基づき、目標ＥＧＲ流量上限値を算出する第３の工程と、
少なくとも、前記目標ＥＧＲ流量上限値と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガスの音速とに基づき、前記目標ＥＧＲバルブ開度の上限値を算出する第４の工程と、
前記目標ＥＧＲガス流量を、前記目標ＥＧＲバルブ開度の上限値により制限する第５の工程と、
を有し、
前記制限された前記目標ＥＧＲバルブ開度に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する、
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、内燃機関の制御装置および制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、内燃機関には、燃費効率を上げるという重要な技術的課題が存在する。従来、内燃機関で燃焼済みの排気ガスを吸気側に再循環させ、内燃機関に吸入する新気と排気ガスとを混合して燃焼させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）制御装置を用いることにより、ポンピングロスの低減、燃焼温度低下によるノック抑制を利用した点火進角制御、などの燃費効率向上技術が提案されている。

【0003】

しかし、前述のＥＧＲ制御装置において、再循環された排気ガス（以下、ＥＧＲガス、と称する）は、一般的には再燃焼できないものであり、内燃機関のトルクは内燃機関に吸入する新気の量に基づく。そのため、目標とする内燃機関トルクを実現するためには、限られた内燃機関の吸気能力の中で必要な新気の量を確保しつつ、燃焼不良が発生しない範囲でできるだけＥＧＲガスの量を増量して、燃費効率を上げることが重要となる。

【0004】

従来、ＥＧＲ制御装置を用いた内燃機関の制御装置として、たとえば、特許文献１に開示された技術が知られている。この従来の技術は、目標内燃機関トルクに応じて目標ＥＧＲ率をあらかじめマップに記憶しておき、その記憶した目標ＥＧＲ率に基づきＥＧＲバルブの開度を制御するようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４０６１９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された従来の技術は、目標ＥＧＲ率を内燃機関の回転数と目標内燃機関トルクに応じたマップにあらかじめ設定しておき、このマップに基づいて目標ＥＧＲ率を決定するようにしたものであるが、環境が変化した場合、たとえば外気温度が低下した場合、一般的に空気密度が高くなるため、目標内燃機関トルクを実現できる吸気管内圧は、前述のマップの設定に対して低くなる。このような状況では、目標ＥＧＲ率を上げてさらにＥＧＲガスの流量を増加することで対処することが可能であるが、特許文献１に開示された従来の技術では、環境変化を加味した目標ＥＧＲ率の補正を行なうことがないため、たとえば外気温の低下時において、目標内燃機関トルクの実現に要する新気体積が減少する分、ＥＧＲ流量の増加が可能な状況においてもＥＧＲ流量を増加させることができず、燃費効率の改善代を残している。

【0007】

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、環境変化が発生した場合においても、目標内燃機関トルクを実現しつつ、燃焼不良が発生しない範囲でできるだけＥＧＲガスの量を増量する内燃機関の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願に開示される内燃機関の制御装置は、
内燃機関に流入する吸気量を制御するスロットルと、
前記内燃機関の排気管と前記スロットルの下流側のインマニとを連結し、前記内燃機関の排気の一部を前記インマニに戻すＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路におけるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、目標ＥＧＲガス流量を算出する第１の手段と、
前記目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換する第２の手段と、
前記インマニの内部の目標圧力と、大気圧又はスロットル上流圧と、の圧力比である目標圧力比に基づき、目標ＥＧＲガス流量上限値を算出する第３の手段と、
少なくとも、前記目標ＥＧＲガス流量上限値と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲバルブ通過ガス音速とに基づき、目標ＥＧＲバルブ開度上限値を算出する第４の手段と、
前記第１の手段により算出した目標ＥＧＲバルブ開度を、前記第４の手段により算出した前記目標ＥＧＲバルブ開度上限値により制限する第５の手段と、
を備え、
前記第５の手段により制限された前記目標ＥＧＲバルブ開度に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するように構成されている、
ことを特徴とする。

【0009】

また、本願に開示される内燃機関の御制方法は、
内燃機関の運転状態に基づき、前記内燃機関のＥＧＲバルブを通過する目標ＥＧＲガス流量を算出する第１の工程と、
前記目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換する第２の工程と、
前記内燃機関のインマニの内部の目標圧力と、大気圧又は前記内燃機関のスロットル上流圧と、の圧力比である目標圧力比に基づき、目標ＥＧＲ流量上限値を算出する第３の工程と、
少なくとも、前記目標ＥＧＲ流量上限値と前記ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガスの音速とに基づき、前記目標ＥＧＲバルブ開度の上限値を算出する第４の工程と、
前記目標ＥＧＲガス流量を、前記目標ＥＧＲバルブ開度の上限値により制限する第５の工程と、
を有し、
前記制限された前記目標ＥＧＲバルブ開度に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本願に開示される内燃機関制御装置および制御方法によれば、環境変化が発生した場合においても、目標内燃機関トルクを実現しつつ、燃焼不良が発生しない範囲でできるだけＥＧＲガスの量を増量する内燃機関の制御装置および制御方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１による内燃機関の制御装置および制御方法が適用される内燃機関の制御系を示す構成図である。

【図2】実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック構成図である。

【図3】実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲバルブ開度演算部での処理を示す機能ブロック図である。

【図4】実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲガス流量基本値演算部での処理を示す機能ブロック図である。

【図5】実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標体積効率演算部での処理を示す機能ブロック図である。

【図6】実施の形態１による内燃機関の制御装置における、ＥＧＲガス無次元流量算出手段での処理を示す機能ブロック図である。

【図7】実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部での処理を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本願の実施の形態１による内燃機関の制御装置および制御方法を、図に基づいて説明する。各図において、同一、又は相当する部分については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による内燃機関の制御装置および制御方法が適用される内燃機関の制御系を示す構成図である。図１において、内燃機関１の吸気系を構成する吸気路６の上流側には、内燃機関１への吸入空気流量Ｑａを測定するエアフロセンサ２と、吸入空気温度（以下、「吸気温」と称する）ＡＴを測定する吸気温センサ３とが設けられている。

【0013】

なお、吸気量Ｑａを直接計測するエアフロセンサ２に代えて、他のセンサ情報から吸気量Ｑａを推定演算するようにしてもよい。また、吸気温センサ３は、エアフロセンサ２と一体に構成されていてもよく、エアフロセンサ２とは別体に構成されていてもよい。さらに、吸気温ＡＴを直接測定する吸気温センサ３に代えて、他のセンサ情報から吸気温ＡＴを推定演算するようにしてもよい。

【0014】

内燃機関１の吸気系において、エアフロセンサ２の下流側には、電子的に吸気路６の開口面積を調整できるバルブを備えたスロットル４が設けられている。また、スロットル４には、バルブの開度を測定するためのスロットルポジションセンサ５が設けられている。

【0015】

スロットル４の下流側には、吸気路６の内部の圧力を均一化するサージタンク７、およびインテークマニホールド（以下、「インマニ」と称する）８に接続されている。インマニ８には、インマニ内部の圧力（以下、「インマニ圧」と称する）を測定するインマニ圧センサ９が設けられている。なお、インマニ圧は、直接測定するインマニ圧センサ９に代えて、他のセンサ情報から推定演算するようにしてもよい。

【0016】

内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気路６からシリンダ１０に導入される可燃混合気の量を調節する吸気バルブ１１と、シリンダ１０から排気路１２に排出される排気ガスの量を調節する排気バルブ１３が設けられている。吸気バルブ１１には、吸気バルブ１１の開閉タイミングを変化させる吸気バルブ可変タイミング機構１４（以下、「ＩＶＴ」と称する）が設けられている。排気バルブ１３には、排気バルブ１３の開閉タイミングを変化させる排気バルブ可変タイミング機構１５（以下、「ＥＶＴ」と称する）が設けられている。

【0017】

内燃機関１のシリンダヘッドには、シリンダ内で火花を発生させる点火プラグを駆動する点火コイル（図示せず）が設けられている。また、シリンダの下流側のエキゾーストマニホールドおよびそれよりも下流側の排気管（以下、「エキマニ」と総称する）には、排気ガスの空燃比を測定するＯ２センサ１６と、排気ガス中の有毒物質を浄化する触媒（図示せず）とが設けられている。なお、Ｏ２センサ１６の代わりにリニアＡ／Ｆセンサを設けても良い。

【0018】

インマニ８とエキマニとは、ＥＧＲ通路１７により互いに接続されており、ＥＧＲ通路１７には、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲバルブ１８が設けられている。さらに、内燃機関１のクランク軸には、クランク軸と一体に回転するクランク角プレート１９と、クランク角および内燃機関の回転速度を算出するためにクランク角プレート１９のエッジ間周期を検出するクランク角センサ２０と、が設けられている。

【0019】

さらに、図示していないが、大気圧を検出する大気圧センサ又はスロットル上流圧を検出するスロットル上流圧センサ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、を含む各種センサが設けられている。

【0020】

図２は、実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック構成図である。図２において、各種センサ３０には、前述のエアフロセンサ２、吸気温センサ３、スロットルポジションセンサ５、インマニ圧センサ９、Ｏ２センサ１６、クランク角センサ２０、および図１には図示していない大気圧センサ３１、上流圧センサ３２、水温センサ３３、が含まれている。各種センサ３０は、運転状態を検出する運転状態検出手段に相当する。

【0021】

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）２１は、入力インタフェース（以下、「入力Ｉ／Ｆ」と称する）２１ａと、演算処理部２１ｂと、出力インタフェース（以下、「出力Ｉ／Ｆ」と称する）２１ｃとを備えている。

【0022】

ＥＣＵ２１の入力Ｉ／Ｆ２１ａには、各種センサ３０におけるエアフロセンサ２からの吸入空気量Ｑａ、吸気温センサ３からの吸気温ＡＴ、スロットルポジションセンサ５からのスロットル開度Ｔｈ、インマニ圧センサ９からのインマニ圧Ｐｂ、Ｏ２センサ１６からの空燃比ＡＦ、クランク角センサ２０からのエッジ間周期から演算される内燃機関回転数Ｎｅとともに、大気圧センサ３１からの大気圧Ｐａ、上流圧センサ３２からのスロットル上流圧Ｐ１、水温センサ３３からの内燃機関の水温ＷＴ、を含む検出信号がそれぞれ入力される。

【0023】

なお、大気圧Ｐａは、直接計測する大気圧センサ３１の出力を用いず、他のセンサ情報から大気圧Ｐａを推定演算する手段の出力を用いてもよい。また、スロットル上流圧Ｐ１を直接計測する上流圧センサ３２の出力を用いず、他のセンサ情報からスロットル上流圧Ｐ１を推定演算する手段の出力を用いてもよい。

【0024】

ＥＣＵ２１における演算処理部２１ｂは、スロットル開度制御手段およびＥＧＲバルブ開度制御手段を含む。スロットル開度制御手段は、目標内燃機関トルクを実現するための目標吸入空気量ｔＱｃを算出し、目標吸入空気量ｔＱｃを実現するための目標スロットル開度を算出する。ＥＧＲバルブ開度制御手段は、目標吸入空気量ｔＱｃを実現しかつ燃焼不良が発生しないＥＧＲバルブ開度を算出する。

【0025】

また、演算処理部２１ｂは、各種アクチュエータ４０に含まれる他のアクチュエータ、たとえば、内燃機関１の燃焼室に設けられた燃料噴射装置のインジェクタおよび点火装置の点火コイルなど、に対する制御指令値を算出する。

【0026】

ＥＣＵ２１における出力Ｉ／Ｆ２１ｃは、演算処理部２１ｂの演算結果に基づく駆動制御信号を、スロットル４およびＥＧＲバルブ１８を駆動するアクチュエータを含む各種アクチュエータ４０に出力する。

【0027】

次に、ＥＣＵ２１の演算処理部２１ｂにより実行される演算処理について説明する。実施の形態１による内燃機関の制御装置および制御方法において、後述する上限制限値の演算に用いる目標ＥＧＲガス流量としての目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒは、圧縮性流体力学におけるノズルを通過する流量の算出式に基づいて、ＥＧＲバルブ有効開口面積Ｓｅｇｒと、ＥＧＲガス音速αｅｇｒと、ＥＧＲガス無次元流量σｅｇ_ｒと、ＥＧＲガス密度ρｅｇｒと、を用いて、下記の式（１）により算出することができる。

【数1】

【0028】

ここで、ＥＧＲガス音速αｅｇｒは、ＥＧＲガスの定圧熱容量と定積熱容量の比であるＥＧＲガス比熱比κｅｇｒと、ＥＧＲガス定数Ｒｅｇｒと、ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと、を用いて、下記の式（２）により算出することができる。

【数2】

なお、式（２）におけるＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ、および、以降述べる全てのＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒに代えて、排気温度Ｔｅｘを用いてもよい。

【0029】

次に、ＥＧＲガス無次元流量σｅｇｒは、インマニ圧Ｐｂと、排気路１２の内部の圧力である排圧Ｐｅｘと、を用いて下記の式（３）により算出することができる。

【数3】

【0030】

また、ＥＧＲガス密度ρｅｇｒは、下記の式（４）により算出することができる。

【数4】

【0031】

以下、前述の式（１）から式（４）に基づき、実施の形態１による内燃機関の制御装置および制御方法について、具体的に説明する。図３は、実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲバルブ開度演算部での処理を示す機能ブロック図である。図３において、目標ＥＧＲバルブ開度演算部１００は、目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒを演算する第１の手段としての目標ＥＧＲガス流量基本値演算部１１０と、ＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガスの音速であるＥＧＲガス音速αｅｇｒを算出するＥＧＲバルブ通過ガス音速算出手段１０１と、ＥＧＲガス無次元流量σｅｇｒを算出するＥＧＲガス無次元流量演算部１３０と、目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値ＬｉｍＳｅｇｒを算出する目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値算出手段１０２と、を備えている。

【0032】

さらに、目標ＥＧＲバルブ開度演算部１００は、目標ＥＧＲバルブ開度制限値ＬｉｍＰＳＴＭを算出する目標ＥＧＲバルブ開度制限値算出手段１０３と、失火要求上限目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｅｘを算出する失火要求上限目標ＥＧＲ率算出手段１０４と、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積ＲｅｇＳｅｇｒを算出する失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積算出手段１０５と、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度ＲｅｇＰＴＳＭを算出する失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度算出手段１０６と、目標ＥＧＲバルブ開度基本値ＰＳＴＭｂを算出する目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部１４０と、ＥＧＲバルブ開度上限値ＵｐｒＰＴＳＭを算出する第１の最小値算出手段１４５と、目標ＥＧＲバルブ開度ＰＳＴＭを算出する第２の最小値算出手段１４６と、を備えている。

【0033】

ここで、前述の目標ＥＧＲガス流量基本値演算部１１０について、さらに詳細に説明する。図４は、実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲガス流量基本値演算部での処理を示す機能ブロック図である。図４において、目標ＥＧＲガス流量基本値演算部１１０は、目標インマニ圧ｔＰｂを算出する目標インマニ圧算出手段１１１と、目標体積効率ｔＫｖを算出する目標体積効率演算部１２０と、目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒを算出する目標ＥＧＲガス流量基本値算出手段１４７と、を備えている。目標ＥＧＲガス流量基本値算出手段１４７は、目標ＥＧＲガス流量上限値を算出する第３の手段に相当する。

【0034】

前述のように構成された目標ＥＧＲガス流量基本値演算部１１０は、目標インマニ圧算出手段１１１が算出した目標インマニ圧ｔＰｂと、目標体積効率演算部１２０が算出した目標体積効率ｔＫｖと、目標吸入空気量ｔＱｃと、ＥＧＲバルブ通過ガス密度ρｅｇｒと、インマニ内温度Ｔｉｍと、内燃機関回転数Ｎｅと、ＥＧＲガス定数Ｒｅｇｒと、シリンダ行程容積Ｖｃとを用いて、目標ＥＧＲガス流量基本値算出手段１４７により、下記の式（５）を用いて目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒを算出する。

【0035】

【数5】

ここでＴｃｒｋは定数であり、内燃機関１が、３気筒の場合は「４０」、４気筒の場合は「３０」、６気筒の場合は「２０」となる。

【0036】

インマニ内温度Ｔｉｍは、直接計測するセンサを用いて検出してもよく、あるいは他のセンサ情報から推定して演算してもよい。実施の形態１では、吸気温ＡＴに対して内燃機関１からの受熱を考慮して、内燃機関の水温ＷＴとの対応マップから算出した値を検出値又は算出値に加算してインマニ内温度Ｔｉｍを算出している。

【0037】

ＥＧＲバルブ通過ガス密度ρｅｇｒは、前述の式（４）を用いて算出することができる。シリンダ行程容積Ｖｃは、内燃機関１の［総排気量／気筒数］により算出することができる。

【0038】

目標インマニ圧算出手段１１１は、まず、あらかじめ適合された内燃機関回転数Ｎｅを軸としたマップを用いて、目標インマニ圧ｔＰｂと大気圧Ｐａとの圧力比である目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ、又は、目標インマニ圧ｔＰｂとスロットル上流圧Ｐ１との圧力比である目標圧力比ｔＰｂ／Ｐ１、を算出する。つぎに、目標インマニ圧算出手段１１１は、前述の目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又はｔＰｂ／Ｐ１）と、大気圧センサからの大気圧Ｐａ（又はスロットル上流圧Ｐ１）と、の積を取ることにより、目標インマニ圧ｔＰｂを算出する。

【0039】

ここで、前述の目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又は、ｔＰｂ／Ｐ１）は、大気圧の影響を受けない目標値とすることを目的として圧力比としているが、内燃機関回転数Ｎｅを軸としたマップを用いた目標インマニ圧ｔＰｂを設定して使用するようにしても良い。ただし、目標インマニ圧ｔＰｂは、常圧「１０１．３」[ｋＰａ]における目標インマニ圧であるため、大気圧の影響を考慮して、目標インマニ圧ｔＰｂに対して大気圧補正をかけることにより、目標インマニ圧を算出する必要がある。

【0040】

つぎに、図４における目標体積効率演算部１２０について説明する。図５は、実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標体積効率演算部での処理を示す機能ブロック図である。図５において、目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又は、ｔＰｂ／Ｐ１）と、内燃機関回転数Ｎｅと、目標ＩＶＴ位相角と、目標ＥＶＴ位相角と、を用いて、目標体積効率基本値算出手段１２１により目標体積効率基本値Ｋｖｂを算出する。

【0041】

目標体積効率基本値Ｋｖｂは、内燃機関回転数Ｎｅと目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又は、ｔＰｂ／Ｐ１）を軸としたマップを用いて、目標ＩＶＴ位相角と目標ＥＶＴ位相角毎に設定することにより、目標体積効率基本値算出手段１２１により算出する。

【0042】

つぎに、目標体積効率算出手段１２２は、目標体積効率基本値Ｋｖｂと、インマニ内温度Ｔｉｍと、に基づき、下記の式（６）を用いて目標体積効率Ｋｖを算出する。

【数6】

なお、目標体積効率Ｋｖの算出時に入力する目標体積効率基本値Ｋｖｂには、フィルタ処理を入れるようにしても良い。

【0043】

以上のように、目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又は、ｔＰｂ／Ｐ１）となる総空気量（新気量＋ＥＧＲバルブ通過ガス量）から目標吸入空気量ｔＱｃを差し引くことで、目標吸入空気量ｔＱｃを実現しつつ、目標圧力比ｔＰｂ／Ｐａ（又は、ｔＰｂ／Ｐ１）となる目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒを、前述の式（５）により算出することができる。

【0044】

つぎに、図３に戻り、ＥＧＲバルブ通過ガス音速算出手段１０１は、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒに基づき、ＥＧＲバルブ通過ガス音速αｅｇｒを算出し、目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値算出手段１０２に入力する。

【0045】

ここで、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒは、センサ検出値を用いてもよく、あるいは他のセンサ情報から推定演算するようにしてもよい。また、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒとして排気温度Ｔｅｘを用いてもよい。排気温度Ｔｅｘは、内燃機関回転数Ｎｅと、充填効率Ｅｃを軸としたマップに、あらかじめ実測したこれらの関係を適合させておき、排気温度Ｔｅｘを算出する。なお、必要に応じて排気温度Ｔｅｘにフィルタ処理を施しても良い。

【0046】

続いて、ＥＧＲバルブ１８を通過するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒに基づき、ＥＧＲバルブ通過ガス音速αｅｇｒを前述の式（２）を用いて算出する。なお、ＥＧＲバルブ１８を通過するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを軸としたマップをあらかじめ適合させておき、ＥＧＲバルブ通過ガス音速αｅｇｒを算出するようにしても良い。

【0047】

つぎに、ＥＧＲガス無次元流量演算部１３０について説明する。図６は、実施の形態１による内燃機関の制御装置における、ＥＧＲガス無次元流量算出手段での処理を示す機能ブロック図である。図６において、ＥＧＲガス無次元流量演算部１３０は、目標インマニ圧算出手段１１１と、ＥＧＲガス無次元流量基本値算出手段１３１と、リップル補正係数算出手段１３２と、を備えている。

【0048】

目標インマニ圧算出手段１１１は、前述のようにして目標インマニ圧ｔＰｂを算出する。ＥＧＲガス無次元流量基本値算出手段１３１は、目標インマニ圧ｔＰｂと、排圧Ｐｅｘと、に基づき、前述の式（３）を用いてＥＧＲガス無次元流量基本値σｅｇｒｂを算出する。なお、目標インマニ圧ｔＰｂと排圧Ｐｅｘとの圧力比である排圧比ｔＰｂ／Ｐｅｘを軸としたマップをあらかじめ適合させておき、ＥＧＲガス無次元流量基本値σｅｇｒｂを算出するようにしても良い。

【0049】

リップル補正係数算出手段１３２では、目標インマニ圧ｔＰｂとＥＧＲバルブ通過ＥＧＲガス圧力Ｐｅｇｒとの排圧比が［ｔＰｂ／Ｐｅｇｒ≒１．０］となる状態における、吸排気脈動の重畳によるＥＧＲガス通過流量の変化を補正するリップル補正係数Ｋｒｉｐｐｌｅを算出する。すなわち、前述の排圧比においても、吸排気脈動の重畳が大きい場合には、重畳が小さい場合に対してＥＧＲガスが逆流するため、実のＥＧＲ流量が小さくなるように、前述のリップル補正係数Ｋｒｉｐｐｌｅにより補正する。リップル補正係数Ｋｒｉｐｐｌｅは、内燃機関回転数Ｎｅと、排圧比ｔＰｂ／Ｐｅｇｒと、ＥＶＴ位相角と、を軸としたマップをあらかじめ適合させておくことで算出することができる。

【0050】

ＥＧＲバルブ通過ＥＧＲガス圧力Ｐｅｇｒは、直接測定するセンサの出力値を用いてもよく、あるいは他のセンサ情報、たとえば排圧Ｐｅｘ、から推定演算してもよく、さらには、排圧Ｐｅｘを直接用いるようにしてもよい。

【0051】

最後に、ＥＧＲガス無次元流量基本値σｅｇｒｂを前述のリップル補正係数Ｋｒｉｐｐｌｅにより補正することにより、ＥＧＲガス無次元流量σｅｇｒを算出する。

【0052】

図３に戻り、目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値算出手段１０２は、目標ＥＧＲガス流量基本値Ｑｖｅｅｇｒと、ＥＧＲバルブ通過ガス音速αｅｇｒと、ＥＧＲガス無次元流量σｅｇｒと、に基づき、下記の式（７）を用いて目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値ＬｉｍＳｅｇｒを算出する。目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値算出手段１０２は、目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換する第２の手段に相当する、

【数7】

【0053】

つぎに、前述の目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値ＬｉｍＳｅｇｒを用いて、目標ＥＧＲバルブ開度制限値算出手段１０３により、目標ＥＧＲバルブ開度制限値ＬｉｍＰＳＴＭを算出する。具体的には、目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値ＬｉｍＳｅｇｒを軸としたマップをあらかじめ適合させておくことにより、目標ＥＧＲバルブ開度制限値ＬｉｍＰＳＴＭを算出する。目標ＥＧＲバルブ開度制限値算出手段１０３は、目標ＥＧＲバルブ開度上限値を算出する第４の手段に相当する。

【0054】

ここで、目標ＥＧＲバルブ開度制限値ＬｉｍＰＳＴＭを燃焼不良が発生しない開度に制限する手法について説明する。まず、失火要求上限目標ＥＧＲ率算出手段１０４により、失火要求上限目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｅｘを算出する。これは、目標充填効率ｔＥｃと、内燃機関回転数Ｎｅと、を軸としたマップにあらかじめ記憶しておくことで算出する。一般的に、ＥＧＲ率は［ＥＧＲガス量／(新気量＋ＥＧＲガス量)］で表わされるが、ここでは算出を容易にするため、便宜上[ＥＧＲガス量／新気量]をＥＧＲ率とする。

【0055】

つぎに、失火要求上限目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｅｘに基づいて、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積算出手段１０５により、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積ＲｅｇＳｅｇｒを算出する。具体的には、失火要求上限目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｅｘと目標吸入空気量ｔＱｃとの積を取ることで、ＥＧＲガス流量に変換し、これを前述の式（７）のＱｖｅｅｇｒの部分に置き換えて、算出する。

【0056】

また、前述の失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積ＲｅｇＳｅｇｒに基づいて、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度算出手段１０６により失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度ＲｅｇＰＴＳＭを算出する。目標ＥＧＲバルブ開度制限値算出手段１０３と、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度算出手段１０６は、ＥＧＲバルブの有効開口面積とＥＧＲバルブ開度の関係は共通であるため、同一マップを使用して良い。

【0057】

前述の失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度ＲｅｇＰＴＳＭは、目標充填効率ｔＥｃと、内燃機関回転数Ｎｅとに基づくマップにより算出される失火要求上限目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｅｘから算出しているが、簡易的に、目標充填効率ｔＥｃと、内燃機関回転数Ｎｅとに基づくマップを用いて直接、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度ＲｅｇＰＴＳＭを算出するようにしても良い。

【0058】

つぎに、第１の最小値算出手段１４５により、前述の目標ＥＧＲバルブ開度制限値ＬｉｍＰＳＴＭと、失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度ＲｅｇＰＴＳＭとのうちの最小値であるＥＧＲバルブ開度上限値ＵｐｒＰＴＳＭを算出する。このＥＧＲバルブ開度上限値ＵｐｒＰＴＳＭは、目標吸入空気量ｔＱｃを実現し、かつ、燃焼不良が発生しないＥＧＲバルブ開度を示す。

【0059】

最後に、第２の最小値算出手段１４６により、前述のＥＧＲバルブ開度上限値ＵｐｒＰＴＳＭと、後述する目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部１４０により算出した目標ＥＧＲバルブ開度基本値ＰＳＴＭｂとのうちの最小値を算出し、これを目標ＥＧＲバルブ開度ＰＳＴＭとする。この目標ＥＧＲバルブ開度ＰＳＴＭにより、ＥＧＲバルブ１８を制御するアクチュエータへの開度指示を行う。第１の最小値算出手段１４５と第２の最小値算出手段１４６とは、前述の第１の手段により算出した目標ＥＧＲバルブ開度を、前述の第４の手段により算出した目標ＥＧＲバルブ開度上限値により制限する第５の手段に相当する。

【0060】

ここで、目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部１４０について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１による内燃機関の制御装置における、目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部での処理を示す機能ブロック図である。図７において、目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部１４０は、補正前目標ＥＧＲバルブ開度算出手段１４１と、目標ＥＧＲバルブ開度温度補正係数算出手段１４８と、目標ＥＧＲバルブ開度圧力比補正係数算出手段１４９と、を備えている、

【0061】

まず、目標充填効率ｔＥｃと、内燃機関回転数Ｎｅと、を軸としたマップをあらかじめ記憶しておくことで、補正前目標ＥＧＲバルブ開度算出手段１４１を用いて、補正前目標ＥＧＲバルブ開度ＢＰＳＴＭｂを算出する。

【0062】

つぎに、補正前目標ＥＧＲバルブ開度ＢＰＳＴＭｂに対して、目標ＥＧＲバルブ開度温度補正係数算出手段１４８により算出した目標ＥＧＲバルブ開度温度補正係数と、目標ＥＧＲバルブ開度圧力比補正係数算出手段１４９により算出した目標ＥＧＲバルブ開度圧力比補正係数と、による補正をかけることで、目標ＥＧＲバルブ開度基本値ＰＳＴＭｂを算出する。

【0063】

より具体的には、目標ＥＧＲバルブ開度温度補正係数は、水温ＷＴと、吸気温ＡＴと、を軸としたあらかじめ記憶したマップから算出することができる。また、目標圧力比ＥＧＲバルブ開度圧力比補正係数は、内燃機関回転数Ｎｅと、スロットル開度Ｔｈと、を軸としたあらかじめ記憶したマップから算出した目標圧力比と、内燃機関回転数Ｎｅとを軸としたあらかじめ記憶したマップから算出することができる。

【0064】

以上述べた、実施の形態１による内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、環境変化が発生した場合においても、目標内燃機関トルクを実現できる内燃機関制御装置および制御方法が得られる。また、目標内燃機関トルクを実現するのに必要な目標吸入空気量ｔＱｃを確保しつつ、燃焼不良が発生しない範囲で最大のＥＧＲ流量を導入することが可能となる。さらに、目標ＥＧＲ流量のマップ設定時に対して環境変化が発生した場合においても、インマニ内の圧力であるインマニ圧の目標値と、スロットル上流圧との比である目標圧力比に基き、目標ＥＧＲ流量の上限値を算出し、算出結果に基づいて目標ＥＧＲ流量を制限することで、ＥＧＲ制御を行う内燃機関において、燃焼不良が発生しない範囲でできるだけＥＧＲ流量を増量して、燃費効率を上げることができる。

【0065】

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0066】

１ 内燃機関、２ エアフロセンサ、３ 吸気温センサ、４ スロットル、
５ スロットルポジションセンサ、６ 吸気路、７ サージタンク、８ インマニ、
９ インマニ圧センサ、１０ シリンダ、１１ 吸気バルブ、１２ 排気路、
１３ 排気バルブ、１４ ＩＶＴ、１５ ＥＶＴ、１６ Ｏ２センサ、
１７ ＥＧＲ通路、１８ ＥＧＲバルブ、１９ クランク角プレート、
２０ クランク角センサ、２１ ＥＣＵ、２１ａ 入力Ｉ／Ｆ、２１ｂ 演算処理部、
２１ｃ 出力Ｉ／Ｆ、３０ 各種センサ、３１ 大気圧センサ、３２ 上流圧センサ、
３３ 水温センサ、４０ 各種アクチュエータ、１００ 目標ＥＧＲバルブ開度演算部、
１０１ ＥＧＲバルブ通過ガス音速算出手段、
１０２ 目標ＥＧＲバルブ有効開口面積制限値算出手段、
１０３ 目標ＥＧＲバルブ開度制限値算出手段、
１０４ 失火要求上限目標ＥＧＲ率算出手段、
１０５ 失火要求上限目標ＥＧＲバルブ有効開口面積算出手段、
１０６ 失火要求上限目標ＥＧＲバルブ開度算出手段、
１１０ 目標ＥＧＲガス流量基本値演算部、１１１ 目標インマニ圧算出手段、
１２０ 目標体積効率演算部、１２１ 目標体積効率基本値算出手段、
１２２ 目標体積効率算出手段、１３０ ＥＧＲガス無次元流量演算部、
１３１ ＥＧＲガス無次元流量基本値算出手段、１３２ リップル補正係数算出手段、
１４０ 目標ＥＧＲバルブ開度基本値演算部、
１４１ 補正前目標ＥＧＲバルブ開度算出手段、
１４５ 第１の最小値算出手段、１４６ 第２の最小値算出手段、
１４７ 目標ＥＧＲガス流量基本値算出手段、
１４８ 目標ＥＧＲバルブ開度温度補正係数算出手段、
１４９ 目標ＥＧＲバルブ開度圧力比補正係数算出手段

【要約】

【課題】環境変化が発生した場合においても、目標内燃機関トルクを実現できる内燃機関制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関（１）の運転状態に基づき、内燃機関（１）のＥＧＲバルブ（１８）を通過する目標ＥＧＲガス流量を算出し、目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度に変換し、内燃機関（１）のインマニ（８）の内部の目標圧力と、大気圧又は前記内燃機関のスロットル上流圧と、の圧力比である目標圧力比に基づき、目標ＥＧＲ流量上限値を算出し、少なくとも、目標ＥＧＲ流量上限値とＥＧＲバルブを通過するＥＧＲガスの音速と、に基づき、目標ＥＧＲバルブ開度の上限値を算出し、目標ＥＧＲガス流量を目標ＥＧＲバルブ開度の上限値により制限し、前記制限された目標ＥＧＲバルブ開度に基づいて、ＥＧＲバルブ（１８）の開度を制御するようにした内燃機関の制御装置および制御方法。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】