内燃机的控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在设有可变阀门正时（VVT :Variable Valve Timing)机构的内燃机中 计算出排气再循环（EGR:Exhaust Gas Recirculation)的流量的内燃机的控制装置及控制 方法。
【背景技术】
[0002] -般而言，为了恰当地控制内燃机（以下也称为"发动机"），高精度地计算出发动 机的气缸所吸入的空气量（以下称之为"气缸吸入空气量"）并进行与气缸吸入空气量相应 的燃料控制和点火时期控制十分重要。
[0003] 这里，作为计算出气缸吸入空气量的方法，一般已知的有使用空气流量传感器 (AFS :Air Flow Sensor)进行计算的方法（以下称之为"AFS方式")、使用进气歧管压力传 感器来进行计算的方法（以下称之为"S/D (速度/密度）方式"）。
[0004] 具体而言，在AFS方式中，利用设置于发动机进气管的节流阀上游侧的AFS来测定 通过AFS安装部的空气流量（以下称之为"AFS吸入空气量")，并考虑节流阀下游侧的响应 延迟来计算出气缸吸入空气量。
[0005] 而在S/D方式下，利用设置在进气管的节流阀下游侧的气室和进气歧管（以下统 称为"进气歧管"）中的进气歧管压力传感器来测定进气歧管内的压力（以下称之为"进气 歧管压力"），基于进气歧管压力和发动机转速来计算出气缸吸入空气量。
[0006] 另外，同时使用AFS和进气歧管压力传感器并根据运转状态来切换AFS方式和S/D 方式的技术、在AFS方式下也使用进气歧管压力来提高节流阀下游侧的响应延迟的精度的 技术也已被公众所知。
[0007] 而对于燃料控制，主要通过进行加减速修正或反馈控制，以喷射出相对于气缸吸 入空气量达到目标空燃比的燃料量，从而基本上能够得到良好的控制性。
[0008] 另一方面，对于点火时期控制，不仅需要根据发动机转速和气缸吸入空气量，还需 要基于其它因素例如发动机温度、爆震发生状况、燃料性状、EGR量与AFS吸入空气量之比 即EGR率等，在发动机输出达到最大时的点火提前角（MBT:Minimum Spark Advance for Best Torque)下进行控制。
[0009] 另外，在会影响MBT的上述因素中，例如发动机温度可以用发动机冷却水温度传 感器来检测，爆震发生状况可以用爆震传感器来检测，燃料性状可以根据爆震发生状况来 判断是普通汽油还是高辛烷值汽油。
[0010] 这里，对于EGR率，已知有对连接排气管和进气管的EGR通路中的EGR量进行控制 的外部EGR控制、利用残留在气缸内的废气来控制EGR量的内部EGR量控制，一般情况下也 会同时使用外部EGR控制和内部EGR控制。
[0011] 具体而言，在外部EGR控制中，在EGR通路中设置EGR阀，根据EGR阀的开度来控制 EGR量。而在内部EGR控制中，通过设置进气阀和排气阀的阀门开闭正时可变的VVT机构， 根据阀门开闭正时来改变进气阀和排气阀同时开放的状态即重叠期间，由此控制因废气残 留在气缸内而产生的EGR量。
[0012] 下文中，简单记为EGR的情况表示的是通过外部EGR控制而导入的EGR，通过外部 EGR控制而导入的EGR气体的流量（以下称之为"EGR流量")Q@例如可基于压缩性流体力 学中通过喷嘴的流量的计算式，根据下式（1)计算得到。
[0013] 【数学式1】
[0014] 式⑴中，S#表示EGR阀的有效开口面积，α，表示EGR气体的音速，〇 @表示 EGR气体的无量纲流量，P _表示EGR气体的密度。EGR阀的有效开口面积S @作为EGR阀 开度的相关值而计算出来。
[0015] EGR气体的音速α #可通过下式⑵计算得到。
[0016] 【数学式2】
[0017] 式⑵中，κ #表示EGR气体的比热比（例如1. 38)，R 表示EGR气体的气体常 数（例如0. 282 [kjAkg ·Κ) ])，表示EGR气体的温度。EGR气体的温度T @也可以使用 排气管内的温度Tm (以下称之为"排气管温度ΤΜ"）。
[0018] EGR气体的无量纲流量〇 #可通过下式（3)计算得到。
[0019] 【数学式3】
[0020] 式⑶中，P1^不进气歧管压力，P ex表不排气管内的压力（以下称之为"排气管 压力"）。排气管压力Pm在非增压式发动机的情况下也可以近似为大气压P a。
[0021] 当PbAVh于（P b/PMU寸，表示为节流区，此时的EGR气体的无量纲流量σ _ 与（Pb/PJch.时的 σegr@choke 为同一值。
[0022] EGR气体的密度P #可通过下式（4)计算得到。
[0023] 【数学式4】
[0024] 式⑷中，如上所述，EGR气体的温度T#也可以使用排气管温度TM。
[0025] 这里，作为使用上述式（1)~（4)来计算EGR流量的方法，提出了例如专利文献1 和专利文献2中记载的方法。
[0026] 具体而言，专利文献1中，基于EGR阀的开度计算出EGR通路的开口面积，用大气 压检测值来修正进气管内压力检测值并求出进气管内压力相关值，将与该进气管内压力相 关值及发动机转速相对应的EGR流速在规定大气压下的关系加以存储而得到映射，根据该 映射，基于进气管内压力相关值和发动机转速的检测值计算出EGR流速，并基于大气压检 测值计算出密度修正系数，由此根据EGR通路的开口面积、EGR流速和密度修正系数而计算 出EGR流量。此时，上述关系相当于规定大气压下上述式（2)~（4)之积。
[0027] 另外，专利文献2中，使用上式（1)~（4)计算出暂定EGR气体流量，并求出相当于 排气管压力的上游侧气体压力与相当于进气歧管压力的下游侧气体压力的压差越大就越 向1增大的修正值，将该修正值与暂定EGR气体流量相乘，从而对暂定EGR气体流量中包含 的因相当于EGR通路的排气回流管与EGR气体之间发生的管摩擦而引起的误差进行修正， 由此计算出从排气回流管流入进气通路的EGR气体的流量。 现有技术文献 专利文献
[0028] 专利文献1 :日本专利第4019265号公报 专利文献2 :日本专利第3861046号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0029] 然而，现有技术中，存在如下问题。 上述式（1)~（4)是在假定为等熵的无粘性的理想气体中成立的数学式，对于氮和氧 的混合气体即空气或氮与二氧化碳及水蒸气的混合气体即EGR气体在内燃机内移动这样 的程度，可以认为熵的变化和比热的影响并没有那么大。
[0030] 因此，若使用相当于流量系数与开口面积之积的考虑了粘性影响的有效开口面积 来应用上述式（1)~（4)，则可以认为能够没有大误差地计算出EGR流量。
[0031] 尽管如此，专利文献1中还是记载了针对每一个发动机转速计算出上述式（2)~ (4)之积，专利文献2中也记载了使用排气管压力与进气歧管压力的压差越大就越向1增大 的修正值来对EGR通路与EGR气体之间发生的管摩擦所引起的误差进行修正。
[0032] 上述问题是连接发动机的排气管与进气管的EGR通路所特有的问题，可以认为其 暗示了只是简单地应用上述式（1)~（4)并不能以足够的精度计算出EGR流量。
[0033] 因此，本申请的发明人通过在具有进气VVT机构和排气VVT机构且进行外部EGR 控制的发动机中应用上述式（1)~（4)来计算EGR流量，确认了 EGR流量的计算误差不仅 仅受到发动机转速和排气管压力与进气歧管压力的压差的影响，EGR流量的计算误差还会 因 VVT相位角而扩大。
[0034] 而且，明确了进气VVT与排气VVT中尤其是排气VVT的相位角会给EGR流量的计 算结果带来很大的影响。由此，对于具有进气VVT机构和排气VVT机构且进行外部EGR控 制的发动机，存在仅通过上述基于发动机转速和排气管压力与进气歧管压力的压差进行的 修正无法高精度地计算出EGR流量的问题。
[0035] 本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够在具有进气VVT 机构和排气VVT机构且进行外部EGR控制的发动机中高精度地计算出EGR流量的内燃机的 控制装置及控制方法。 用于解决技术问题的技术手段
[0036] 本发明所涉及的内燃机的控制装置具备：设置于内燃机的进气管的节流阀；使内 燃机的阀门开闭正时可变的进气VVT机构和排气VVT机构；将内燃机的排气管与位于进气 管的节流阀的下游侧的进气歧管连接并将一部分废气导入进气歧管内的EGR通路；设置于 EGR通路以控制从EGR通路流入进气歧管内的EGR流量的EGR阀；检测内燃机的运转状态 的运转状态检测部；以及计算EGR流量的EGR流量计算部，EGR流量计算部包括：基本EGR 流量计算部，该基本EGR流量计算部基于进气歧管内的压力即进气歧管压力