內(nèi)燃機的控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在設(shè)有可變閥門正時（VVT :Variable Valve Timing)機構(gòu)的內(nèi)燃機中 計算出排氣再循環(huán)（EGR:Exhaust Gas Recirculation)的流量的內(nèi)燃機的控制裝置及控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -般而言，為了恰當(dāng)?shù)乜刂苾?nèi)燃機（以下也稱為"發(fā)動機"），高精度地計算出發(fā)動 機的氣缸所吸入的空氣量（以下稱之為"氣缸吸入空氣量"）并進行與氣缸吸入空氣量相應(yīng) 的燃料控制和點火時期控制十分重要。
[0003] 這里，作為計算出氣缸吸入空氣量的方法，一般已知的有使用空氣流量傳感器 (AFS :Air Flow Sensor)進行計算的方法（以下稱之為"AFS方式")、使用進氣歧管壓力傳 感器來進行計算的方法（以下稱之為"S/D (速度/密度）方式"）。
[0004] 具體而言，在AFS方式中，利用設(shè)置于發(fā)動機進氣管的節(jié)流閥上游側(cè)的AFS來測定 通過AFS安裝部的空氣流量（以下稱之為"AFS吸入空氣量")，并考慮節(jié)流閥下游側(cè)的響應(yīng) 延遲來計算出氣缸吸入空氣量。
[0005] 而在S/D方式下，利用設(shè)置在進氣管的節(jié)流閥下游側(cè)的氣室和進氣歧管（以下統(tǒng) 稱為"進氣歧管"）中的進氣歧管壓力傳感器來測定進氣歧管內(nèi)的壓力（以下稱之為"進氣 歧管壓力"），基于進氣歧管壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算出氣缸吸入空氣量。
[0006] 另外，同時使用AFS和進氣歧管壓力傳感器并根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)來切換AFS方式和S/D 方式的技術(shù)、在AFS方式下也使用進氣歧管壓力來提高節(jié)流閥下游側(cè)的響應(yīng)延遲的精度的 技術(shù)也已被公眾所知。
[0007] 而對于燃料控制，主要通過進行加減速修正或反饋控制，以噴射出相對于氣缸吸 入空氣量達到目標空燃比的燃料量，從而基本上能夠得到良好的控制性。
[0008] 另一方面，對于點火時期控制，不僅需要根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和氣缸吸入空氣量，還需 要基于其它因素例如發(fā)動機溫度、爆震發(fā)生狀況、燃料性狀、EGR量與AFS吸入空氣量之比 即EGR率等，在發(fā)動機輸出達到最大時的點火提前角（MBT:Minimum Spark Advance for Best Torque)下進行控制。
[0009] 另外，在會影響MBT的上述因素中，例如發(fā)動機溫度可以用發(fā)動機冷卻水溫度傳 感器來檢測，爆震發(fā)生狀況可以用爆震傳感器來檢測，燃料性狀可以根據(jù)爆震發(fā)生狀況來 判斷是普通汽油還是高辛烷值汽油。
[0010] 這里，對于EGR率，已知有對連接排氣管和進氣管的EGR通路中的EGR量進行控制 的外部EGR控制、利用殘留在氣缸內(nèi)的廢氣來控制EGR量的內(nèi)部EGR量控制，一般情況下也 會同時使用外部EGR控制和內(nèi)部EGR控制。
[0011] 具體而言，在外部EGR控制中，在EGR通路中設(shè)置EGR閥，根據(jù)EGR閥的開度來控制 EGR量。而在內(nèi)部EGR控制中，通過設(shè)置進氣閥和排氣閥的閥門開閉正時可變的VVT機構(gòu)， 根據(jù)閥門開閉正時來改變進氣閥和排氣閥同時開放的狀態(tài)即重疊期間，由此控制因廢氣殘 留在氣缸內(nèi)而產(chǎn)生的EGR量。
[0012] 下文中，簡單記為EGR的情況表示的是通過外部EGR控制而導(dǎo)入的EGR，通過外部 EGR控制而導(dǎo)入的EGR氣體的流量（以下稱之為"EGR流量")Q@例如可基于壓縮性流體力 學(xué)中通過噴嘴的流量的計算式，根據(jù)下式（1)計算得到。
[0013] 【數(shù)學(xué)式1】
[0014] 式⑴中，S#表示EGR閥的有效開口面積，α，表示EGR氣體的音速，〇 @表示 EGR氣體的無量綱流量，P _表示EGR氣體的密度。EGR閥的有效開口面積S @作為EGR閥 開度的相關(guān)值而計算出來。
[0015] EGR氣體的音速α #可通過下式⑵計算得到。
[0016] 【數(shù)學(xué)式2】
[0017] 式⑵中，κ #表示EGR氣體的比熱比（例如1. 38)，R 表示EGR氣體的氣體常 數(shù)（例如0. 282 [kjAkg ·Κ) ])，表示EGR氣體的溫度。EGR氣體的溫度T @也可以使用 排氣管內(nèi)的溫度Tm (以下稱之為"排氣管溫度ΤΜ"）。
[0018] EGR氣體的無量綱流量〇 #可通過下式（3)計算得到。
[0019] 【數(shù)學(xué)式3】
[0020] 式⑶中，P1^不進氣歧管壓力，P ex表不排氣管內(nèi)的壓力（以下稱之為"排氣管 壓力"）。排氣管壓力Pm在非增壓式發(fā)動機的情況下也可以近似為大氣壓P a。
[0021] 當(dāng)PbAVh于（P b/PMU寸，表示為節(jié)流區(qū)，此時的EGR氣體的無量綱流量σ _ 與（Pb/PJch.時的 σegr@choke 為同一值。
[0022] EGR氣體的密度P #可通過下式（4)計算得到。
[0023] 【數(shù)學(xué)式4】
[0024] 式⑷中，如上所述，EGR氣體的溫度T#也可以使用排氣管溫度TM。
[0025] 這里，作為使用上述式（1)~（4)來計算EGR流量的方法，提出了例如專利文獻1 和專利文獻2中記載的方法。
[0026] 具體而言，專利文獻1中，基于EGR閥的開度計算出EGR通路的開口面積，用大氣 壓檢測值來修正進氣管內(nèi)壓力檢測值并求出進氣管內(nèi)壓力相關(guān)值，將與該進氣管內(nèi)壓力相 關(guān)值及發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的EGR流速在規(guī)定大氣壓下的關(guān)系加以存儲而得到映射，根據(jù)該 映射，基于進氣管內(nèi)壓力相關(guān)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的檢測值計算出EGR流速，并基于大氣壓檢 測值計算出密度修正系數(shù)，由此根據(jù)EGR通路的開口面積、EGR流速和密度修正系數(shù)而計算 出EGR流量。此時，上述關(guān)系相當(dāng)于規(guī)定大氣壓下上述式（2)~（4)之積。
[0027] 另外，專利文獻2中，使用上式（1)~（4)計算出暫定EGR氣體流量，并求出相當(dāng)于 排氣管壓力的上游側(cè)氣體壓力與相當(dāng)于進氣歧管壓力的下游側(cè)氣體壓力的壓差越大就越 向1增大的修正值，將該修正值與暫定EGR氣體流量相乘，從而對暫定EGR氣體流量中包含 的因相當(dāng)于EGR通路的排氣回流管與EGR氣體之間發(fā)生的管摩擦而引起的誤差進行修正， 由此計算出從排氣回流管流入進氣通路的EGR氣體的流量。 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0028] 專利文獻1 :日本專利第4019265號公報 專利文獻2 :日本專利第3861046號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0029] 然而，現(xiàn)有技術(shù)中，存在如下問題。 上述式（1)~（4)是在假定為等熵的無粘性的理想氣體中成立的數(shù)學(xué)式，對于氮和氧 的混合氣體即空氣或氮與二氧化碳及水蒸氣的混合氣體即EGR氣體在內(nèi)燃機內(nèi)移動這樣 的程度，可以認為熵的變化和比熱的影響并沒有那么大。
[0030] 因此，若使用相當(dāng)于流量系數(shù)與開口面積之積的考慮了粘性影響的有效開口面積 來應(yīng)用上述式（1)~（4)，則可以認為能夠沒有大誤差地計算出EGR流量。
[0031] 盡管如此，專利文獻1中還是記載了針對每一個發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算出上述式（2)~ (4)之積，專利文獻2中也記載了使用排氣管壓力與進氣歧管壓力的壓差越大就越向1增大 的修正值來對EGR通路與EGR氣體之間發(fā)生的管摩擦所引起的誤差進行修正。
[0032] 上述問題是連接發(fā)動機的排氣管與進氣管的EGR通路所特有的問題，可以認為其 暗示了只是簡單地應(yīng)用上述式（1)~（4)并不能以足夠的精度計算出EGR流量。
[0033] 因此，本申請的發(fā)明人通過在具有進氣VVT機構(gòu)和排氣VVT機構(gòu)且進行外部EGR 控制的發(fā)動機中應(yīng)用上述式（1)~（4)來計算EGR流量，確認了 EGR流量的計算誤差不僅 僅受到發(fā)動機轉(zhuǎn)速和排氣管壓力與進氣歧管壓力的壓差的影響，EGR流量的計算誤差還會 因 VVT相位角而擴大。
[0034] 而且，明確了進氣VVT與排氣VVT中尤其是排氣VVT的相位角會給EGR流量的計 算結(jié)果帶來很大的影響。由此，對于具有進氣VVT機構(gòu)和排氣VVT機構(gòu)且進行外部EGR控 制的發(fā)動機，存在僅通過上述基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和排氣管壓力與進氣歧管壓力的壓差進行的 修正無法高精度地計算出EGR流量的問題。
[0035] 本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠在具有進氣VVT 機構(gòu)和排氣VVT機構(gòu)且進行外部EGR控制的發(fā)動機中高精度地計算出EGR流量的內(nèi)燃機的 控制裝置及控制方法。 用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0036] 本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置具備：設(shè)置于內(nèi)燃機的進氣管的節(jié)流閥；使內(nèi) 燃機的閥門開閉正時可變的進氣VVT機構(gòu)和排氣VVT機構(gòu)；將內(nèi)燃機的排氣管與位于進氣 管的節(jié)流閥的下游側(cè)的進氣歧管連接并將一部分廢氣導(dǎo)入進氣歧管內(nèi)的EGR通路；設(shè)置于 EGR通路以控制從EGR通路流入進氣歧管內(nèi)的EGR流量的EGR閥；檢測內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài) 的運轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測部；以及計算EGR流量的EGR流量計算部，EGR流量計算部包括：基本EGR 流量計算部，該基本EGR流量計算部基于進氣歧管內(nèi)的壓力即進氣歧管壓力