EGR控制装置以及EGR控制方法与流程

本发明涉及将排气的一部分作为排气再循环(Exhaust Gas Recirculation；下面称为“EGR”)气体并使其向进气通路再循环的EGR装置的控制装置以及控制方法。

背景技术：

已知下述EGR装置，即，将排气的一部分作为EGR气体并使其向进气侧再循环，由此能够实现防止爆震、改善燃油消耗性能等。EGR装置通常构成为包含：EGR通路，其从排气通路分支并向进气通路汇合；以及EGR阀，其安装于EGR通路，且为了对EGR气体量进行控制而开闭。而且，在将EGR气体导入的EGR控制的执行时，内燃机的控制器将EGR阀开阀以达到与运转状态相应地设定的目标EGR率。但是，从将EGR阀开阀起直至实际的EGR率达到目标EGR率为止会产生延迟，因此如果在EGR阀开阀的同时切换为与目标EGR率相应的点火时机，则产生爆震。因此，控制器基于EGR阀的开度、发动机转速等而计算出推定EGR率，并与推定EGR率相应地对点火时机进行控制，由此防止爆震。

但是，例如在未执行EGR控制的状态持续的情况下等，EGR通路的从与进气通路的汇合部至EGR阀为止的部分由新气体充满。如果在该状态下开始EGR控制，则即使将EGR阀开阀，在初期仅通过将新气体向进气通路挤出也不会将EGR气体向进气通路导入。因此，直至从EGR阀至汇合部的配管由EGR气体充满为止，实际的EGR率(实际EGR率)与推定EGR率产生偏离，在以比实际EGR率高的推定EGR率为前提而设定的点火时机会产生爆震。

在JP2007-278116A中，为了防止如上所述的实际EGR率与推定EGR率的偏离，在EGR通路与进气通路的汇合部还设置阀，利用EGR气体预先将该阀与EGR阀之间的配管充满。由此，在EGR控制开始之后立即将EGR气体导入至进气通路，因此能够防止推定EGR率与实际的EGR率的偏离。

技术实现要素：

然而，在上述文献的结构中，除了EGR阀以外还需要阀，因此成本增大，阀的控制也变得复杂。另外，在为了应对振动等而在进气通路与EGR通路的汇合部使用橡胶制的接头的情况下等，难以设置上述文献的阀，当然也难以设置EGR阀。

因此，在本发明中，其目的在于提供能够高精度地对实际EGR率进行推定的EGR控制装置以及EGR控制方法。

附图说明

图1是应用本发明的实施方式的内燃机系统的结构图。

图2是表示目标EGR率对应图的一个例子的图。

图3是表示EGR未导入状态下的EGR通路的图。

图4是表示EGR导入状态下的EGR通路的图。

图5是表示EGR率的变化特性的图。

图6是表示第1实施方式的推定EGR率校正运算程序的流程图。

图7是表示用于对EGR气体有无残留进行判定的程序的流程图。

图8是表示第1实施方式的汇合部EGR率推定值计算用的运算内容的框图。

图9是表示第2实施方式的推定EGR率校正运算程序的流程图。

图10是表示第2实施方式的汇合部EGR率推定值计算用的运算内容的框图。

图11是表示第3实施方式的推定EGR率校正运算程序的流程图。

图12是表示第3实施方式的汇合部EGR率推定值计算用的运算内容的框图。

图13是执行图11的程序的情况下的时序图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是应用本发明的实施方式的内燃机系统的结构图。

在内燃机1的进气通路2从进气流的上游侧起配置有空气流量计3、涡轮增压机4的压缩机4A、节流室5、中间冷却体侧的收集箱6。

此外，本系统具备：再循环通路13，其将压缩机4A的上游侧与下游侧连通；以及再循环阀14，其在减速时开阀而使进气从压缩机4A的下游侧向上游侧返回。

另一方面，在排气通路7从排气流的上游侧起配置有涡轮增压机4的涡轮4B、歧管催化器8、地板催化器9。此外，本系统具备：旁通通路15，其将涡轮4B的上游侧与下游侧连通；以及阀16，其对旁通通路15的流路进行开闭。

歧管催化器8以及地板催化器9均为排气净化用的催化器装置。歧管催化器8配置于接近涡轮4B的下游侧的位置以使排气尽量保持高温不变地流入。地板催化器9以比歧管催化器8的容量大的容量而配置于车辆的地板。

另外，本系统具备排气再循环装置(下面，也称为“EGR装置”)。EGR装置构成为包含：排气再循环通路(下面，也称为“EGR通路”)10，其从排气通路7的歧管催化器8与地板催化器9之间分支，在比进气通路2的压缩机4A靠上游侧且比空气流量计3靠下游侧的位置汇合；以及再循环阀(下面，也称为“EGR阀”)11，其对从EGR通路10通过的废气(下面，也称为“EGR气体”)的量进行调节。并且，可以包含对EGR气体进行冷却的EGR冷却器12。

如上所述，本实施方式的EGR装置是使废气的一部分从涡轮4B的下游侧向压缩机4A的上游侧且向空气流量计3的下游侧再循环的所谓的低压EGR装置。

上述的内燃机系统还具备加速器开度传感器19、排气温度传感器20、以及对内燃机1的转速(下面，也称为发动机转速)进行检测的曲轴转角传感器18，将这些传感器以及空气流量计3的检测值读入至控制器100。控制器100基于读入的检测值而执行燃料喷射控制、节气门开度控制、以及EGR装置的控制(EGR控制)。

控制器100在EGR控制中还作为推定EGR率计算部以及汇合部EGR率推定部而起作用。下面，对EGR控制进行说明。

在EGR控制中，控制器100首先基于运转状态(例如发动机转速和负荷)并通过检索对应图等而决定目标EGR率，将EGR阀开度控制为与目标EGR率相应的大小。在对目标EGR率的决定中所使用的对应图，例如如图2所示，在执行EGR控制的区域(下面，也称为“EGR区域”)中，负荷越大，另外发动机转速越高，则设定为越大的目标EGR率。

预先针对每个吸入空气量而使目标EGR率与EGR阀开度的关系匹配，通过检索对应图而求出与目标EGR率相应的EGR阀开度。针对每个吸入空气量进行匹配是因为例如在如低转速低负荷区域的EGR阀11的前后压差低的区域、和如高转速高负荷区域的EGR阀11的前后压差高的区域中，为了实现相同的目标EGR率所需的开度不同。即，这是因为在目标EGR率相同的情况下，在前后压差低的区域中，与前后压差高的区域相比，需要进一步增大EGR阀11的开度。

下面，对运转点从未执行EGR控制的区域(下面，也称为“非EGR区域”)向EGR区域转换的情况进行说明。

图3及图4是使EGR通路10简化后的图。图3示出运转点处于非EGR区域的情况(下面，也称为“EGR未导入状态”)，图4示出运转点处于EGR区域的情况(下面，也称为“EGR导入状态”)。此外，图3、图4中的阴影部分表示废气。

在刚从EGR导入状态向EGR未导入状态转换之后，EGR气体将EGR通路10的比EGR阀11靠进气通路2侧的部分(下面，也称为“导入通路30”)充满。然而，充满的EGR气体随着将EGR阀11闭阀之后的时间的经过而因在进气通路2流动的新气体被向进气通路2吸出，不久便如图3所示，导入通路30被置换为新气体。

如果从图3的状态起将EGR阀11开阀，则在刚开阀之后，仅通过如图4所示利用EGR气体将导入通路30内的新气体向进气通路2挤出则无法将EGR气体向进气通路2导入。即，从将EGR阀11开阀起直至导入通路30由EGR气体充满为止，EGR气体不会被导入至进气通路2。因此，如果不考虑导入通路30的容积Vd而对进气通路2与EGR通路10的汇合部的EGR率进行推定，则实际的EGR率与推定EGR率产生偏离。

图5是表示EGR率的变化特性的时序图。图中的实线表示未考虑导入通路30的容积Vd而是基于目标EGR率、从EGR阀11通过的EGR气体量等计算出的推定EGR率，虚线表示实际的EGR率。

如果在定时T1将EGR阀11开阀，则推定EGR率与经过时间成正比地增大而达到目标EGR率。越增大EGR阀11的开度，直至达到目标EGR率为止的推定EGR率的斜率、即EGR导入速度变得越大。通常，为了迅速地达到目标EGR率，优选EGR导入速度较大。

另一方面，如上所述，在刚开阀之后，只有导入通路30内的新气体被向进气通路2挤出，因此实际的EGR率与推定EGR率相比，开始升高的时间更延迟。因此，如果基于推定EGR率对点火时机进行控制，则有可能在实际的EGR率比推定EGR率低的期间内产生爆震。

由如上所述的推定EGR率与实际的EGR率的偏离而引起的爆震，能够使EGR导入速度降低。这是因为越降低EGR导入速度，直至实际的EGR率开始升高为止的延迟时间内的推定EGR率与实际的EGR率的偏离变得越小。然而，EGR导入速度越低，直至达到目标EGR率为止的时间越长，因此目标EGR率下的运转时间变短。即，能够获得通过导入EGR气体实现的效果的时间变短。

因此，为了不使EGR导入速度降低而防止因推定EGR率与实际的EGR率的偏离而引起的爆震，控制器100执行下面说明的EGR控制。

图6是表示控制器100所执行的推定EGR率的校正运算的程序的流程图。

在步骤S100中，控制器100判定导入通路30内是否残留有EGR气体，在残留有EGR气体的情况下直接使处理结束，在未残留EGR气体的情况下执行步骤S110的处理。

能够通过各种方法判定在导入通路30是否残留有EGR气体，但这里作为其一个例子参照图7说明根据将EGR阀11闭阀之后的经过时间而进行判定的方法。

图7是表示控制器100所执行的、用于判定EGR气体有无残留的控制程序的流程图。例如以几毫秒左右的较短间隔反复执行本控制程序。

在步骤S200中，控制器100判定是否处于EGR控制中，如果处于EGR控制中则直接使处理结束，在未处于EGR控制中的情况下执行步骤S210的处理。

在步骤S210中，控制器100利用内置的换气计时器对将EGR阀11闭阀之后的经过时间进行测量。

在步骤S220中，控制器100判定将EGR阀11闭阀之后的经过时间是否大于或等于预先设定的换气时间。换气时间为从将EGR阀11闭阀起直至导入通路30内变为全部被新气体置换后的换气状态为止的时间，针对应用本控制程序的每个内燃机1，通过实验等求出该换气时间。

如果将EGR阀11闭阀之后的经过时间小于换气时间，则控制器100直接使处理结束，如果大于或等于换气时间，则执行步骤S230的处理。

在步骤S230中，控制器100判定为导入通路30内处于换气状态、即被新气体置换。

如上所述，在本实施方式中，在导入通路30内全部被新气体置换后的情况下判定为处于换气状态。

返回至图6的说明。

在步骤S110中，控制器100判定对从EGR阀11通过的EGR气体的体积流量进行累计所得的值(下面，也称为“EGR阀通过气体累计量”)是否比导入通路30的容积Vd大，即，判定导入通路30内是否由EGR气体充满。在EGR阀通过气体累计量比容积Vd大的情况下，控制器100使此次的程序结束，在EGR阀通过气体累计量比容积Vd小的情况下，控制部100执行步骤S120的处理。

只要通过公知的方法对EGR阀通过气体累计量进行计算即可。例如，将EGR通路10的流路剖面缩小的EGR阀11视为节流孔，基于EGR阀11的开度、隔着EGR阀11的进气侧与排气侧的压差、以及从EGR阀11通过的EGR气体的温度而对EGR阀通过气体量进行计算，并对其进行累计。

这里所使用的从EGR阀11通过的EGR气体的温度，是根据设置于排气通路7的排气温度传感器20的检测值、以及根据EGR冷却器12的冷却性能推定出的温度降低量而推定的。此外，可以设置对从EGR冷却器12通过后的温度进行检测的传感器而进行检测。

另外，还通过对基于目标EGR率以及利用空气流量计3检测出的新气体量计算出的EGR阀通过气体量进行累计而求出EGR阀通过气体累计量。这是因为基于新气体量和目标EGR率而求出为了实现目标EGR率所需的EGR气体量，将EGR阀11的开度控制为使得上述的EGR气体量通过。

在步骤S120中，控制器100如后所述对推定EGR率进行校正而计算出汇合部EGR率推定值，再次执行步骤S110。即，直至导入通路30内全部被EGR气体置换为止，控制器100反复执行推定EGR率的校正。

此外，在使本程序结束之后，与通常的推定EGR率的计算方法相同地，基于EGR阀通过气体量而对汇合部EGR率推定值进行计算。

图8是表示用于对上述的汇合部EGR率推定值进行计算的运算内容的框图。后述的推定EGR率校正量运算部B20以及校正运算部B30相当于图7中的步骤S120。

汇合部推定基础EGR率运算部B10基于EGR阀开度而对进气通路2的与EGR通路10的汇合部的推定EGR率(下面，也称为“汇合部推定基础EGR率”)进行计算。汇合部推定基础EGR率是未考虑导入通路30的容积Vd而是基于在进气通路2流动的新气体量和EGR阀通过气体量计算出的EGR率，与图5的实线所示的EGR率相当。

推定EGR率校正量运算部B20基于导入通路30的容积Vd、以及EGR阀通过气体量而对推定EGR率校正量进行计算。导入通路30的容积Vd根据应用本实施方式的内燃机1的规格而确定。EGR阀通过气体量是在步骤S110中用于EGR阀通过气体累计量的计算的值。

在推定EGR率校正量运算部B20中，根据对EGR阀通过气体量进行累计所得的EGR阀通过气体累计量、以及导入通路30的容积Vd，决定如后所述用于将推定EGR率校正为实际的EGR率的推定EGR率校正量。

这里，对推定EGR率校正量的计算方法进行说明。

在EGR阀11的开阀定时，导入通路30内处于不存在EGR气体而仅存在新气体的气体状态，因此根据导入通路30的容积Vd以及EGR阀通过气体累计量而求出导入通路30内的新气体量以及EGR气体量。而且，设为EGR阀通过气体被导入至进气通路2而对推定EGR率进行计算，因此基于导入通路30内的气体状态和EGR阀通过气体量而求出推定EGR率与实际的EGR率之差。如果求出推定EGR率与实际的EGR率之差，则求出推定EGR率校正量。

导入通路30内的EGR气体量越少、即EGR阀11的开阀之后的经过时间越短，推定EGR率与实际的EGR率之差越大，因此推定EGR率校正量越大。

在校正运算部B30中，根据汇合部推定基础EGR率和推定EGR率校正量而对汇合部EGR率推定值进行计算。即，从汇合部推定基础EGR率减去推定EGR率校正量，由此计算出汇合部EGR率推定值。

下面，对本实施方式的作用效果进行说明。

(1)在本实施方式中，控制器100根据进气通路2的与EGR通路10的汇合部的新气体流量、以及从EGR阀11通过的EGR气体量而对推定EGR率进行计算。并且，控制器100在EGR阀11从闭阀状态向开阀状态转换的情况下，基于导入通路30内的气体状态而对推定EGR率进行校正，由此计算出汇合部EGR率推定值。由此，汇合部EGR率推定值与实际的EGR率的偏离得到抑制。因此，如果控制器100基于汇合部EGR率推定值而对点火时机进行控制，则能够防止爆震而不会使EGR导入速度降低。

(2)在本实施方式中，直至EGR阀通过气体累计量超过导入通路30的容积Vd为止，控制器100执行推定EGR率的校正。由此，仅通过在导入通路30内将新气体向进气通路2挤出而能够高精度地推定EGR率未升高的期间中的实际的EGR率。

(3)在本实施方式中，控制器100基于EGR阀的开度、EGR阀的前后压差以及EGR气体的温度而对EGR阀通过气体累计量进行计算，因此能够提高EGR阀通过气体累计量的计算精度。

(4)在本实施方式中，控制器100基于目标EGR率以及基于运转状态计算出的新气体量而对EGR阀11的开度进行控制，因此能够不依赖隔着EGR阀11的进气侧与排气侧的压差而实现目标EGR率。

(5)在本实施方式中，控制器100还能够基于目标EGR率和由空气流量计检测出的新气体量对EGR阀通过气体累计量进行计算以代替上述(3)的计算方法。在该情况下，也与上述(3)的情况同样地能够提高EGR阀通过气体累计量的计算精度。

(6)在本实施方式中，仅在将EGR阀11开阀时导入通路30内由新气体充满的换气状态的情况下，控制器100对推定EGR率进行校正。由此，能够防止汇合部EGR率推定值比实际的EGR率小。其结果，点火时机不会过度延迟，因此能够防止燃油消耗性能的下降。

(7)在本实施方式中，如果EGR阀11的闭阀状态经过了大于或等于规定时间的时间则控制器100判断为处于换气状态，因此能够减轻是否为换气状态的判断所需的运算负荷。

(第2实施方式)

第2实施方式的内燃机系统的结构与第1实施方式相同，但汇合部EGR率推定值的计算方法不同。

图9是在本实施方式中从EGR气体未导入状态向EGR气体导入状态转换时，控制器100所执行的控制程序的流程图。步骤S300-S320与图6中的步骤S100-S120相同，因此将说明省略。

控制器100在步骤S300中判定为导入通路30内残留有EGR气体的情况下，执行步骤S330的处理。

在步骤S330中，控制器100对EGR阀11的开阀定时的导入通路30内的气体状态、即导入通路30内的新气体量进行推定。例如如果通过实验等预先创建在导入通路30内全部为EGR气体的状态下从将EGR阀11闭阀起直至变为换气状态为止的新气体量的时间变化的模型，则能够利用在图7的控制程序中所使用的换气计时器的计数值对新气体量进行推定。另外，可以准备与进气通路2的新气体流量相应的多个模型。

如果如上所述对导入通路30内的气体状态进行推定，则控制器100在步骤S340中判定EGR阀通过气体累计量是否比导入通路30内的新气体量多。在EGR阀通过气体累计量比导入通路30内的新气体量多的情况下使此次的程序结束，在EGR阀通过气体累计量比导入通路30内的新气体量少的情况下执行步骤S350的处理。

在步骤S350中，控制器100如后所述对推定EGR率进行校正而计算出汇合部EGR率推定值。直至EGR阀通过气体累计量比导入通路30内的新气体量多为止，控制器100反复执行步骤S350的处理。

在使本程序结束之后，与第1实施方式相同地，基于EGR阀通过气体量而对汇合部EGR率推定值进行计算。

图10是表示用于对上述的汇合部EGR率推定值进行计算的运算内容的框图。与图8的不同点在于除了导入通路30的容积Vd和EGR阀通过气体量以外，还将EGR阀11的开阀定时的导入通路30内的气体状态读入至推定EGR率校正量运算部B20。

在本实施方式中，推定EGR率校正量运算部B20将EGR阀11的开阀定时的气体状态作为初始状态，根据EGR阀通过气体累计量以及导入通路30的容积Vd而对导入通路30内的气体状态进行推定。而且，与第1实施方式相同地，基于导入通路30内的气体状态和EGR阀通过气体量而对推定EGR率校正量进行计算。如上所述，在对推定EGR率校正量进行计算时，考虑EGR阀11的开阀定时的气体状态，由此能够计算出更高精度的推定EGR率校正量。

如上所述，根据本实施方式，控制器100根据EGR阀11的开阀定时的导入通路30内的新气体量而使推定EGR率的校正量变化，因此汇合部EGR率推定值的推定精度提高。

(第3实施方式)

第3实施方式的内燃机系统的结构与第1实施方式相同，但汇合部EGR率推定值的计算方法不同。

图11是利用流程图来表示控制器100所执行的用于对汇合部EGR率推定值进行计算的程序的图。

在步骤S400中，控制器100判定导入通路30内是否为换气状态，如果为换气状态则执行步骤S410的处理，如果并非换气状态则使此次的程序结束。本步骤是与图6中的步骤S100相同的处理。即，通过执行图7的控制程序而判定是否为换气状态。

在步骤S410中，控制器100利用内置的填充计时器对EGR阀11的开阀定时之后的经过时间进行测量。

在步骤S420中，控制器100判定是否经过了填充时间，如果经过了填充时间则使本程序结束，如果未经过填充时间则执行步骤S430的处理。填充时间是直至变为导入通路30内由EGR气体充满的填充状态为止所需的时间，基于根据EGR阀11的开口面积所设想的EGR阀通过气体量、以及导入通路30的容积Vd而预先设定。

在步骤S430中，控制器100如后所述对推定EGR率进行校正而计算出汇合部EGR率推定值。

即，在本实施方式中，控制器100仅在换气状态下EGR阀11被开阀的情况下执行推定EGR率的校正。而且，执行该校正的期间从将EGR阀11开阀起直至经过预先设定的填充时间为止。

而且，在使本程序结束之后，与第1实施方式相同地，基于EGR阀通过气体量而对汇合部EGR率推定值进行计算。

图12是表示用于对上述的汇合部EGR率推定值进行计算的运算内容的框图。

EGR-ON/OFF判定部B100将EGR阀开度读入，并基于此而判定EGR阀11处于开阀状态还是闭阀状态、即是否处于EGR控制的执行中。即，与图7中的步骤S200相当。EGR-ON/OFF判定部B100的判定结果被读入至换气-填充判定部B110。

换气-填充判定部B110在EGR控制的执行中判定导入通路30是否为换气状态，在未执行EGR中判定导入通路30是否为填充状态。该判定与图11中的步骤S400、S420的处理相同。这里的判定基于换气计时器的计数值是否超过换气时间、填充计时器的计数值是否超过填充时间而进行。因此，在将EGR阀11闭阀之后且在变为换气状态之前EGR阀11开阀的情况下，判定为填充状态。另一方面，在将EGR阀11开阀之后且在变为填充状态之前EGR阀11闭阀的情况下，判定为换气状态。

汇合部推定基础EGR率运算部B120与图8、图10中的汇合部推定基础EGR率运算部B10相同地，对基于EGR阀开度的汇合部推定基础EGR率的变化特性、即与图5中的实线相当的变化特性进行计算。

汇合部EGR配置(profile)推定部B130基于换气-填充判定部B110的判定结果、以及汇合部推定基础EGR率对汇合部推定基础EGR率进行校正而计算出汇合部EGR率推定值。例如，如果在EGR阀11的开阀定时导入通路30内为换气状态，则直至变为填充状态为止通过与第1实施方式相同的校正而对汇合部EGR率推定值进行计算。另一方面，如果在EGR阀11的开阀定时导入通路30内为填充状态，则不执行校正而将汇合部推定基础EGR率直接设为汇合部EGR率推定值。

此外，在汇合部EGR配置推定部B130中，在判定为换气状态的情况下，可以将根据运转状态而规定的目标新气体流量读入，直至导入通路30变为填充状态为止，以基于目标新气体流量对汇合部推定基础EGR率的变化特性的斜率进行限制的方式进行校正。在该情况下，如果针对每个目标新气体流量预先调查并存储对斜率进行限制以能够防止爆震的汇合部推定基础EGR率的变化特性，则能够根据所存储的变化特性和EGR阀开阀定时之后的经过时间而计算出能够防止爆震的汇合部EGR率推定值。

图13是执行图11所示的计算程序的情况下的时序图。

在定时T1，如果在换气状态下开始EGR控制，则换气计时器被重置，填充计时器开始计数。

如果开始EGR控制，则直至在定时T2判定为填充状态为止，如上所述对汇合部推定基础EGR率进行校正而计算出汇合部EGR率推定值。而且，在定时T2以后，基于EGR阀通过气体量而计算出汇合部EGR率推定值。其结果，汇合部EGR率推定值比汇合部推定基础EGR率晚开始增大。

另外，如果EGR控制在定时T3结束而将EGR阀11闭阀，则换气计时器开始计数，填充计时器被重置。而且，如果在定时T4判定为换气状态、且在定时T5重新开始EGR控制而将EGR阀11开阀，则直至再次成为填充状态的定时T6为止，执行汇合部推定基础EGR率的校正。

此外，假设在比定时T4提前重新开始EGR控制的情况下，判定为导入通路30内处于填充状态，因此不执行上述校正。这是因为在导入通路30内残留有EGR气体，因此与在换气状态下不执行上述校正的情况相比，汇合部EGR率推定值与实际的EGR率的偏离更小。

如上所述，根据本实施方式，与第1实施方式相同地，汇合部EGR率推定值与实际的EGR率的偏离得到抑制，因此能够防止爆震而不会使EGR导入速度降低。并且，利用计时器的计数值而进行是否为换气状态的判定以及是否为填充状态的判定，因此不会使运算负荷增大而能够获得上述效果。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。