JP2011157852A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

Control device of internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2011157852A
JP2011157852A JP2010019253A JP2010019253A JP2011157852A JP 2011157852 A JP2011157852 A JP 2011157852A JP 2010019253 A JP2010019253 A JP 2010019253A JP 2010019253 A JP2010019253 A JP 2010019253A JP 2011157852 A JP2011157852 A JP 2011157852A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cylinder
ignition timing
cylinders
air
fuel ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010019253A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromichi Yasuda
宏通 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010019253A priority Critical patent/JP2011157852A/en
Publication of JP2011157852A publication Critical patent/JP2011157852A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and stably detect variation of an air-fuel ratio between cylinders without being affected by detecting environment of the individual cylinder. <P>SOLUTION: An ECU 60 calculates a combustion proportion MFB of the respective cylinders based on cylinder pressures and calculates the maximum change rate CS of the combustion proportion in a condition that the respective cylinders are equalized in ignition timing under ignition timing uniforming control. The ECU further calculates the maximum change rate CS<SB>one</SB>of the specific cylinder which is most different in maximum change rate CS from the other cylinders among all cylinders, and an average maximum change rate CS<SB>ave</SB>which averages the maximum change rates CS of the other cylinders. When a parameter K, which is a ratio (CS<SB>one</SB>/CS<SB>ave</SB>) of them, is larger than a predetermined threshold value α, A/F imbalance is determined to be abnormal. With this, even when there is variation in detection sensitivity and detection environment of sensors between the cylinders, the A/F imbalance can be determined accurately. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、気筒間の空燃比ばらつきを検出する構成とした内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine control device, and more particularly to an internal combustion engine control device configured to detect air-fuel ratio variation between cylinders.

従来技術として、例えば特許文献1(特開2004−36473号公報)に開示されているように、特定の制御対象モデルに基いて気筒間の空燃比ばらつきを検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。この制御対象モデルは、各気筒の燃料供給量を規定する特定の補正係数と、空燃比センサにより検出される排気空燃比との関係に基いて定義されている。従来技術では、この制御対象モデルにより各気筒の空燃比ばらつきを算出し、空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを気筒毎に判定するようにしている。   As a conventional technique, for example, as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-36473), a control device for an internal combustion engine configured to detect air-fuel ratio variation between cylinders based on a specific control target model. It has been known. This controlled object model is defined based on the relationship between a specific correction coefficient that defines the fuel supply amount of each cylinder and the exhaust air / fuel ratio detected by the air / fuel ratio sensor. In the prior art, the air-fuel ratio variation of each cylinder is calculated by this controlled object model, and it is determined for each cylinder whether or not the air-fuel ratio variation is within an allowable range.

特開2004−36473号公報JP 2004-36473 A

ところで、上述した従来技術では、排気空燃比等に基いて気筒間の空燃比ばらつき(空燃比のインバランス)を検出する構成としている。しかしながら、この方法による空燃比ばらつきの検出精度は、検出環境の影響を受け易い。即ち、例えば空燃比センサの配置、排気ガスの流量やセンサとガスとの接触状態、空燃比の変動幅等によっては、空燃比ばらつきの検出精度が低下するという問題がある。   By the way, the above-described conventional technology is configured to detect air-fuel ratio variation (air-fuel ratio imbalance) between cylinders based on the exhaust air-fuel ratio or the like. However, the detection accuracy of the air-fuel ratio variation by this method is easily affected by the detection environment. That is, for example, there is a problem that the detection accuracy of the air-fuel ratio variation decreases depending on the arrangement of the air-fuel ratio sensor, the exhaust gas flow rate, the contact state between the sensor and gas, the fluctuation range of the air-fuel ratio, and the like.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、個々の気筒の検出環境に影響されることなく、気筒間の空燃比ばらつきを正確かつ安定的に検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to accurately and stably vary the air-fuel ratio between cylinders without being affected by the detection environment of each cylinder. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be detected.

第1の発明は、内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記各気筒の点火時期を同一時期に揃える点火時期制御手段と、
前記筒内圧に基いて前記各気筒の燃焼割合を算出し、更に前記燃焼割合がクランク角に応じて変化するときの最大変化率を気筒毎に算出する燃焼割合算出手段と、
前記各気筒のうち前記燃焼割合の最大変化率が他の気筒と最も異なる特定気筒の最大変化率と、前記他の気筒の最大変化率を平均した平均最大変化率とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする。
A first aspect of the present invention is an in-cylinder pressure sensor that is mounted in each of a plurality of cylinders of an internal combustion engine and detects an in-cylinder pressure of each cylinder;
Ignition timing control means for aligning the ignition timing of each cylinder to the same timing;
A combustion rate calculating means for calculating a combustion rate of each cylinder based on the in-cylinder pressure, and further calculating a maximum rate of change for each cylinder when the combustion rate changes according to a crank angle;
Based on the maximum change rate of the specific cylinder having the maximum change rate of the combustion ratio that is the most different from the other cylinders among the cylinders and the average maximum change rate that averages the maximum change rate of the other cylinders, Air-fuel ratio variation determining means for determining whether the air-fuel ratio variation is within an allowable range;
It is characterized by providing.

第2の発明によると、前記点火時期制御手段は、前記各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を前記基準点火時期に合わせる構成としている。   According to the second invention, the ignition timing control means selects, as the reference ignition timing, the ignition timing of the cylinder in which the air-fuel ratio is relatively lean among the cylinders, and sets the ignition timing of the other cylinders as the ignition timing. It is configured to match the reference ignition timing.

第3の発明は、内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧に基いて算出される各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記各気筒のうち点火時期が他の気筒と最も異なる特定気筒の点火時期と、前記他の気筒の点火時期を平均した平均点火時期とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする。
A third invention includes an in-cylinder pressure sensor mounted on each of a plurality of cylinders of an internal combustion engine for detecting an in-cylinder pressure of each cylinder;
Ignition timing control means for controlling the ignition timing of each cylinder so that the combustion gravity center position of each cylinder calculated based on the in-cylinder pressure is aligned at the same position;
Based on the ignition timing of the specific cylinder having the ignition timing most different from that of the other cylinders among the cylinders and the average ignition timing obtained by averaging the ignition timings of the other cylinders, variation in the air-fuel ratio between the cylinders is within an allowable range. Air-fuel ratio variation determining means for determining whether there is,
It is characterized by providing.

第4の発明は、内燃機関の排気ガスを吸気系に還流させるEGR手段と、
前記EGR手段が作動している場合に、前記空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と、
を備える構成としている。
A fourth invention is an EGR means for recirculating exhaust gas of an internal combustion engine to an intake system;
Determination prohibiting means for prohibiting determination by the air-fuel ratio variation determining means when the EGR means is operating;
It is set as the structure provided with.

第1の発明によれば、点火時期制御手段は、気筒間の空燃比ばらつきを判定するときに、各気筒の点火時期を揃えることができる。これにより、各気筒の点火時期の違いが燃焼速度に影響するのを防止し、個々の気筒において空燃比のばらつきを燃焼速度(燃焼割合)に正確に反映させることができる。従って、通常は気筒別点火時期制御を行っている場合でも、空燃比ばらつきの判定時にその検出分解能が低下するのを防止することができる。この結果、空燃比ばらつき判定手段は、各気筒の燃焼割合の最大変化率に基いて空燃比ばらつきを正確かつ安定的に判定することができ、気筒間の検出環境のばらつき等に対して高いロバスト性を得ることができる。   According to the first invention, the ignition timing control means can align the ignition timing of each cylinder when determining the air-fuel ratio variation between the cylinders. Thereby, it is possible to prevent the difference in the ignition timing of each cylinder from affecting the combustion speed, and to accurately reflect the variation in the air-fuel ratio in the individual cylinders in the combustion speed (combustion ratio). Therefore, even when the cylinder-by-cylinder ignition timing control is normally performed, it is possible to prevent the detection resolution from being lowered when determining the air-fuel ratio variation. As a result, the air-fuel ratio variation determination means can accurately and stably determine the air-fuel ratio variation based on the maximum change rate of the combustion ratio of each cylinder, and is highly robust against variations in the detection environment between cylinders. Sex can be obtained.

第2の発明によれば、点火時期制御手段は、各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒(リーン気筒)の点火時期を基準として、他気筒の点火時期をリーン気筒に合わせることができる。この場合、リッチ気筒の点火時期を基準にすると、混合気が薄いリーン気筒において点火時期が遅角され、燃焼状態が悪化する虞れがある。従って、点火時期制御手段によれば、燃焼状態を良好に保持しつつ、各気筒の点火時期を円滑に揃えることができる。   According to the second aspect of the invention, the ignition timing control means sets the ignition timing of the other cylinders to the lean cylinder with reference to the ignition timing of the cylinder (lean cylinder) in which the air-fuel ratio is relatively lean among the cylinders. Can be matched. In this case, when the ignition timing of the rich cylinder is used as a reference, the ignition timing is retarded in the lean cylinder having a thin mixture, and the combustion state may be deteriorated. Therefore, according to the ignition timing control means, it is possible to smoothly align the ignition timing of each cylinder while maintaining a good combustion state.

第3の発明によれば、点火時期制御手段は、各気筒の燃焼重心位置を揃えることにより、空燃比のばらつきを点火時期に反映させることができる。これにより、空燃比ばらつき判定手段は、気筒間に検出環境のばらつきが存在する場合でも、各気筒の点火時期の違いに基いて空燃比ばらつきを正確に判定することができる。しかも、第3の発明によれば、点火時期制御手段により各気筒の点火時期を最適化しつつ、空燃比ばらつきを安定的に判定することができ、運転性と判定精度を両立させることができる。また、点火時期を気筒別に制御するので、点火時期によるノック制御を容易に行うことができ、ノッキングの発生を抑制することができる。   According to the third aspect of the invention, the ignition timing control means can reflect the variation in the air-fuel ratio in the ignition timing by aligning the combustion gravity center positions of the cylinders. As a result, the air-fuel ratio variation determining means can accurately determine the air-fuel ratio variation based on the difference in the ignition timing of each cylinder even when the detection environment varies among the cylinders. In addition, according to the third aspect of the invention, the air-fuel ratio variation can be stably determined while optimizing the ignition timing of each cylinder by the ignition timing control means, and both drivability and determination accuracy can be achieved. Further, since the ignition timing is controlled for each cylinder, knock control based on the ignition timing can be easily performed, and the occurrence of knocking can be suppressed.

第4の発明によれば、EGR制御の実行中には、その影響で各気筒の燃焼割合が変動し易くなり、空燃比ばらつきの判定精度が低下する。このため、判定禁止手段は、EGR手段の作動中に空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止することができる。これにより、EGR制御を行う内燃機関でも、A/Fインバランスを正確に判定することができる。   According to the fourth aspect of the invention, during the execution of the EGR control, the combustion ratio of each cylinder is likely to fluctuate due to the influence, and the determination accuracy of the air-fuel ratio variation is lowered. For this reason, the determination prohibiting means can prohibit the determination by the air-fuel ratio variation determining means during the operation of the EGR means. As a result, even in an internal combustion engine that performs EGR control, the A / F imbalance can be accurately determined.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための全体構成図である。It is a whole block diagram for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 筒内での発熱量とクランク角との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the emitted-heat amount in a cylinder, and a crank angle. 燃焼割合とクランク角との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between a combustion ratio and a crank angle. 燃焼割合の変化率とクランク角との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the change rate of a combustion rate, and a crank angle. 燃焼割合の変化率とA/Fインバランスとの関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the change rate of a combustion ratio, and A / F imbalance. 判定パラメータKとA/Fインバランス率との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the determination parameter K and an A / F imbalance rate. A/Fインバランスに対する気筒別点火時期制御の影響を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the influence of the ignition timing control classified by cylinder with respect to A / F imbalance. 点火時期統一制御の実行時と非実行時のそれぞれについて、A/Fインバランス率と判定パラメータとの関係を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an A / F imbalance rate and a determination parameter for each of execution and non-execution of unified ignition timing control. 本発明の実施の形態1において、ECUにより実行される制御のフローチャートである。In Embodiment 1 of this invention, it is a flowchart of the control performed by ECU. 本発明の実施の形態2において、ECUにより実行される制御のフローチャートである。In Embodiment 2 of this invention, it is a flowchart of the control performed by ECU.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
以下、図1乃至図9を参照しつつ、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型のエンジンからなる内燃機関10を備えている。なお、図1では、内燃機関10に搭載された複数気筒のうちの1気筒を例示している。内燃機関10の各気筒12には、ピストン14の往復動作により拡大,縮小する燃焼室16が設けられている。ピストン14は、内燃機関10の出力軸であるクランク軸18に連結されている。また、内燃機関10は、各気筒12に吸入空気を吸込む吸気通路20と、各気筒12から排気ガスを排出する排気通路22とを備えている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system of the present embodiment includes an internal combustion engine 10 composed of a multi-cylinder engine. FIG. 1 illustrates one cylinder among a plurality of cylinders mounted on the internal combustion engine 10. Each cylinder 12 of the internal combustion engine 10 is provided with a combustion chamber 16 that expands and contracts by reciprocating movement of the piston 14. The piston 14 is connected to a crankshaft 18 that is an output shaft of the internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 also includes an intake passage 20 that sucks intake air into each cylinder 12 and an exhaust passage 22 that discharges exhaust gas from each cylinder 12.

吸気通路20には、エアクリーナ24と、サージタンク26と、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ28とが設けられている。一方、排気通路22には、排気ガスを浄化する触媒30が設けられている。また、各気筒12には、燃焼室16内(筒内)に燃料を噴射する燃料噴射弁32と、筒内の混合気に点火する点火プラグ34と、吸気通路20を燃焼室16に対して開,閉する吸気バルブ36と、排気通路22を燃焼室16に対して開,閉する排気バルブ38とが設けられている。また、内燃機関10は、排気通路22を流れる排気ガスを吸気通路20に還流させるEGR通路40と、EGR通路40を流れる排気ガスの流量を調整する電磁駆動式のEGR弁42とを備えており、これらはEGR手段を構成している。   The intake passage 20 is provided with an air cleaner 24, a surge tank 26, and an electronically controlled throttle valve 28 for adjusting the amount of intake air. On the other hand, the exhaust passage 22 is provided with a catalyst 30 for purifying exhaust gas. Each cylinder 12 has a fuel injection valve 32 for injecting fuel into the combustion chamber 16 (in the cylinder), an ignition plug 34 for igniting the air-fuel mixture in the cylinder, and an intake passage 20 with respect to the combustion chamber 16. An intake valve 36 that opens and closes and an exhaust valve 38 that opens and closes the exhaust passage 22 with respect to the combustion chamber 16 are provided. The internal combustion engine 10 also includes an EGR passage 40 that recirculates the exhaust gas flowing through the exhaust passage 22 to the intake passage 20 and an electromagnetically driven EGR valve 42 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 40. These constitute the EGR means.

さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ44、吸気圧センサ46、筒内圧センサ48、ノックセンサ50等を含むセンサ系統と、内燃機関10の運転状態を制御するECU(Electronic Control Unit)60とを備えている。クランク角センサ44は、クランク軸18の回転に同期した信号を出力するもので、ECU60は、この出力に基いて機関回転数を検出したり、クランク角を検出することができる。吸気圧センサ46は、例えばサージタンク26において吸気圧を検出するもので、ECU60は、この吸気圧に基いて内燃機関の吸入空気量を算出することができる。また、筒内圧センサ48は、圧電素子や歪みゲージ等を用いた一般的な圧力センサにより構成され、燃焼室16内の圧力(筒内圧)を検出する。さらに、ノックセンサ50は、各気筒にそれぞれ設けられた振動センサ、圧力センサ等により構成され、ノッキングに伴って発生する振動を検出する。   Furthermore, the system of the present embodiment includes a sensor system including a crank angle sensor 44, an intake pressure sensor 46, an in-cylinder pressure sensor 48, a knock sensor 50, and the like, and an ECU (Electronic Control Unit) that controls the operating state of the internal combustion engine 10. 60. The crank angle sensor 44 outputs a signal synchronized with the rotation of the crankshaft 18, and the ECU 60 can detect the engine rotational speed and the crank angle based on this output. The intake pressure sensor 46 detects intake pressure in the surge tank 26, for example, and the ECU 60 can calculate the intake air amount of the internal combustion engine based on the intake pressure. The in-cylinder pressure sensor 48 is constituted by a general pressure sensor using a piezoelectric element, a strain gauge, or the like, and detects the pressure in the combustion chamber 16 (in-cylinder pressure). Further, the knock sensor 50 is constituted by a vibration sensor, a pressure sensor, or the like provided in each cylinder, and detects vibration generated due to knocking.

センサ系統には、前述したセンサ44〜50に加えて、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ(例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等)が含まれており、これらのセンサはECU60の入力側に接続されている。また、ECU60の出力側には、スロットルバルブ28、燃料噴射弁32、点火プラグ34、EGR弁42等を含む各種のアクチュエータが接続されている。   The sensor system includes various sensors necessary for controlling the vehicle and the internal combustion engine (for example, a water temperature sensor for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine, an intake air temperature sensor for detecting the temperature of the intake air) in addition to the sensors 44 to 50 described above. , An accelerator opening sensor that detects the accelerator opening, an air-fuel ratio sensor that detects the exhaust air-fuel ratio, and the like. These sensors are connected to the input side of the ECU 60. Various actuators including a throttle valve 28, a fuel injection valve 32, a spark plug 34, an EGR valve 42, and the like are connected to the output side of the ECU 60.

そして、ECU60は、内燃機関の状態をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ44の出力に基いて機関回転数とクランク角とを検出し、吸気圧センサ46により検出した吸気圧に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量と機関回転数とに基いて内燃機関の負荷率を算出し、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、吸入空気量、負荷率等に基いて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁32を駆動すると共に、点火プラグ34を駆動する。また、ECU60は、内燃機関の運転状態に基いてEGR弁42を駆動することにより、EGR通路40を介して吸気系に還流される排気ガスの量を制御するEGR制御を実行する。   Then, the ECU 60 detects the state of the internal combustion engine using a sensor system, and performs operation control by driving each actuator based on the detection result. Specifically, the engine speed and the crank angle are detected based on the output of the crank angle sensor 44, and the intake air amount is calculated based on the intake pressure detected by the intake pressure sensor 46. Further, the load factor of the internal combustion engine is calculated based on the intake air amount and the engine speed, and the fuel injection timing, ignition timing, etc. are determined based on the detected value of the crank angle. Then, the fuel injection amount is calculated based on the intake air amount, the load factor, etc., and the fuel injection valve 32 is driven and the spark plug 34 is driven. Further, the ECU 60 executes EGR control for controlling the amount of exhaust gas recirculated to the intake system via the EGR passage 40 by driving the EGR valve 42 based on the operating state of the internal combustion engine.

また、ECU60は、筒内圧センサ48により任意のクランク角における各気筒の筒内圧Pを検出し、その検出結果を時系列データとして記憶する機能と、予め記憶したマップデータ等に基いて任意のクランク角における各気筒の筒内容積Vを算出する機能とを備えている。さらに、ECU60は、下記に示すように、気筒間の空燃比ばらつきを判定する判定制御を実行する。   Further, the ECU 60 detects the in-cylinder pressure P of each cylinder at an arbitrary crank angle by the in-cylinder pressure sensor 48, stores the detection result as time-series data, and selects an arbitrary crank based on map data stored in advance. And a function of calculating the in-cylinder volume V of each cylinder at a corner. Further, the ECU 60 executes determination control for determining the air-fuel ratio variation among the cylinders as described below.

[実施の形態1の特徴]
一般に、気筒間の空燃比ばらつき(A/Fインバランス)を排気空燃比に基いて検出しようとすると、空燃比センサの配置や機関の運転状態等によっては検出精度が低下する場合がある。このため、本実施の形態では、排気空燃比を用いずに、各気筒の燃焼割合MFB(Mass Fraction Burned)の変化率に基いてA/Fインバランスを判定する構成としている。以下、その具体的な方法について説明する。
[Features of Embodiment 1]
In general, when an air-fuel ratio variation (A / F imbalance) between cylinders is detected based on the exhaust air-fuel ratio, the detection accuracy may be lowered depending on the arrangement of the air-fuel ratio sensor, the engine operating state, and the like. Therefore, in the present embodiment, the A / F imbalance is determined based on the change rate of the combustion ratio MFB (Mass Fraction Burned) of each cylinder without using the exhaust air-fuel ratio. The specific method will be described below.

まず、図2は、筒内での発熱量とクランク角との関係を示す特性線図である。この図では、燃焼開始前の基準点をBTD60°CAに設定し、燃焼終了後の基準点をATDC60°CAに設定した場合を例示している。燃焼割合MFBは、燃焼開始前の発熱量と燃焼終了後の発熱量とを基準として、任意のクランク角での発熱量を正規化することにより算出される。また、筒内での発熱量は、筒内圧P、筒内容積V及び比熱比κに基いて算出されるPVκと比例する。従って、任意のクランク角θでの燃焼割合MFBθは、このクランク角におけるPVκ θと、燃焼開始前のPVκ -60°と、燃焼終了後のPVκ +60°とに基いて、下記(1)式のように表される。 FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of heat generated in the cylinder and the crank angle. This figure illustrates the case where the reference point before the start of combustion is set to BTD 60 ° CA and the reference point after the end of combustion is set to ATDC 60 ° CA. The combustion rate MFB is calculated by normalizing the heat generation amount at an arbitrary crank angle with reference to the heat generation amount before the start of combustion and the heat generation amount after the end of combustion. The amount of heat generated in the cylinder is proportional to PV κ calculated based on the cylinder pressure P, the cylinder volume V, and the specific heat ratio κ. Accordingly, the combustion ratio MFB theta at any crank angle theta, based on this and PV kappa theta at a crank angle, and PV kappa -60 ° prior to the start of combustion, and PV κ + 60 ° after completion combustion, the following It is expressed as (1).

MFBθ=(PVκ θ−PVκ -60°)/(PVκ +60°−PVκ -60°) ・・・(1) MFB θ = (PV κ θ -PV κ -60 °) / (PV κ + 60 ° -PV κ -60 °) ··· (1)

ECU60は、各気筒の筒内圧センサ48により検出した筒内圧Pと、クランク角に応じて算出した当該気筒の筒内容積Vと、予め記憶した比熱比κとに基いて、上記(1)式により燃焼割合MFBθを算出することができる。図3は、燃焼割合とクランク角との関係を示す特性線図である。この図に基いて燃焼割合の単位クランク角当りの変化率(dMFB/dθ)を求めると、図4に示すようになる。 Based on the in-cylinder pressure P detected by the in-cylinder pressure sensor 48 of each cylinder, the in-cylinder volume V of the cylinder calculated according to the crank angle, and the specific heat ratio κ stored in advance, the ECU 60 Can calculate the combustion ratio MFB θ . FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the combustion ratio and the crank angle. FIG. 4 shows the rate of change of the combustion rate per unit crank angle (dMFB / dθ) based on this figure.

図4は、燃焼割合の変化率とクランク角との関係を示す特性線図である。この図に示すように、燃焼割合の単位クランク角当りの変化率(勾配)は、例えば50°CA程度のクランク角において最大となる。以下の説明では、この変化率の最大値を最大変化率CSと称するものとする。ECU60は、各気筒の燃焼割合MFBに基いて、最大変化率CSを気筒毎に算出することができる。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the change rate of the combustion ratio and the crank angle. As shown in this figure, the rate of change (gradient) of the combustion rate per unit crank angle becomes maximum at a crank angle of about 50 ° CA, for example. In the following description, the maximum value of the change rate is referred to as the maximum change rate CS. The ECU 60 can calculate the maximum change rate CS for each cylinder based on the combustion ratio MFB of each cylinder.

図5は、燃焼割合の変化率とA/Fインバランスとの関係を示す特性線図である。図5(a)は、全気筒の空燃比がばらつきなく揃った状態を示しており、図5(b),(c)は、ある気筒の空燃比がリーン側及びリッチ側にばらついた状態をそれぞれ示している。図5に示すように、リーン気筒では燃焼速度が遅くなるので、燃焼割合の最大変化率CSが減少し、リッチ気筒では燃焼速度が速くなるので、最大変化率CSが増大する。即ち、燃焼割合の最大変化率CSと空燃比との間には一定の相関があるので、各気筒の最大変化率CSに基いてA/Fインバランスを判定することができる。   FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the change rate of the combustion ratio and the A / F imbalance. FIG. 5A shows a state in which the air-fuel ratios of all cylinders are uniform, and FIGS. 5B and 5C show a state in which the air-fuel ratio of a certain cylinder varies between the lean side and the rich side. Each is shown. As shown in FIG. 5, since the combustion speed is slow in the lean cylinder, the maximum change rate CS of the combustion ratio is reduced, and in the rich cylinder, the combustion speed is fast, so that the maximum change rate CS is increased. That is, since there is a certain correlation between the maximum change rate CS of the combustion ratio and the air-fuel ratio, the A / F imbalance can be determined based on the maximum change rate CS of each cylinder.

次に、A/Fインバランスの判定方法について説明する。まず、ECU60は、全気筒のうちで燃焼割合の最大変化率CSが他の気筒と最も異なる気筒を、特定気筒(異常気筒)として選択する。続いて、特定気筒を除く他の気筒(正常気筒)の最大変化率CSを平均した平均最大変化率CSaveを算出する。そして、特定気筒の最大変化率CSoneと、他気筒の平均最大変化率CSaveとの比率(CSone/CSave)を算出し、この比率を判定パラメータKとして採用する。 Next, a method for determining A / F imbalance will be described. First, the ECU 60 selects, as a specific cylinder (abnormal cylinder), a cylinder having the maximum change rate CS of the combustion ratio that is most different from other cylinders among all the cylinders. Subsequently, an average maximum change rate CS ave is calculated by averaging the maximum change rates CS of other cylinders (normal cylinders) excluding the specific cylinder. Then, a ratio (CS one / CS ave ) between the maximum change rate CS one of the specific cylinder and the average maximum change rate CS ave of the other cylinders is calculated, and this ratio is adopted as the determination parameter K.

なお、上記の処理では、全気筒のうち最も大きな判定パラメータKを与える気筒を、特定気筒として選択するのが好ましい。このような選択方法の一例を挙げれば、全気筒のうち最大変化率CSが最も大きい気筒と、最大変化率CSが最も小さい気筒のそれぞれについて比率(CSone/CSave)を算出し、この比率が大きい方の気筒を特定気筒として選択すればよい。このようにして得られた判定パラメータKは、他の気筒を基準として特定気筒の空燃比のばらつき度合い(A/Fインバランスの度合い)を表したものとなる。 In the above processing, it is preferable to select the cylinder that gives the largest determination parameter K among all the cylinders as the specific cylinder. As an example of such a selection method, the ratio (CS one / CS ave ) is calculated for each of the cylinder having the largest maximum change rate CS and the cylinder having the smallest maximum change rate CS among all the cylinders. The cylinder with the larger value may be selected as the specific cylinder. The determination parameter K obtained in this way represents the degree of variation in air-fuel ratio (degree of A / F imbalance) of a specific cylinder with respect to other cylinders.

図6は、判定パラメータKとA/Fインバランス率との関係を示す特性線図である。A/Fインバランス率は、例えば他気筒の空燃比の平均値を基準として特定気筒の空燃比のずれ量を比率で表したもので、A/Fインバランスの度合いに対応している。図6に示すように、判定パラメータKは、A/Fインバランス率と相関をもっており、A/Fインバランス率が大きくなるつれて増大する。そこで、A/Fインバランスの判定処理では、判定パラメータKと所定の閾値αとを比較することにより、A/Fインバランス率が許容範囲内であるか否かを判定する。   FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the determination parameter K and the A / F imbalance rate. The A / F imbalance rate is, for example, the ratio of the deviation amount of the air-fuel ratio of a specific cylinder based on the average value of the air-fuel ratios of the other cylinders, and corresponds to the degree of A / F imbalance. As shown in FIG. 6, the determination parameter K has a correlation with the A / F imbalance rate, and increases as the A / F imbalance rate increases. Therefore, in the A / F imbalance determination process, it is determined whether or not the A / F imbalance rate is within an allowable range by comparing the determination parameter K with a predetermined threshold value α.

ここで、閾値αは、A/Fインバランス率の上限値(許容範囲のリッチ側の境界)に対応して設定されるもので、本実施の形態では、図6に示すように、例えばA/Fインバランス率が+20%となる状態に対応して閾値αが設定されている。判定パラメータKが閾値αを超えた場合には、何れかの気筒で空燃比がリッチ側にずれ過ぎて、A/Fインバランスの度合いが許容範囲から外れたと判定することができる。なお、上記説明では、A/Fインバランス率がリッチ側にずれる場合について例示したが、本発明はこれに限らず、A/Fインバランス率がリーン側にずれた場合の判定を行う構成としてもよい。この場合には、例えばA/Fインバランス率の下限値(許容範囲のリーン側の境界)に対応する閾値を設定しておき、判定パラメータKがこの閾値よりも小さいか否かを判定すればよい。   Here, the threshold value α is set corresponding to the upper limit value (boundary on the rich side of the allowable range) of the A / F imbalance rate. In the present embodiment, as shown in FIG. The threshold value α is set corresponding to a state where the / F imbalance rate is + 20%. When the determination parameter K exceeds the threshold value α, it can be determined that the air-fuel ratio is excessively shifted to the rich side in any cylinder and the degree of A / F imbalance is out of the allowable range. In the above description, the case where the A / F imbalance rate shifts to the rich side is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the determination is made when the A / F imbalance rate shifts to the lean side. Also good. In this case, for example, a threshold value corresponding to the lower limit value of the A / F imbalance ratio (boundary boundary of the allowable range) is set, and it is determined whether or not the determination parameter K is smaller than this threshold value. Good.

上記の判定方法によれば、気筒間において筒内圧センサ48の検出感度や検出環境のばらつきが存在する場合でも、これらのばらつきが判定パラメータKに影響するのを抑制し、判定パラメータKを正確に算出することができる。即ち、判定パラメータKの算出に用いる燃焼割合MFBは、前記(1)式に示すように、式の分母及び分子に筒内圧Pを含んでいる。従って、筒内圧Pの検出値に誤差が生じたとしても、この誤差を燃焼割合の算出時に打ち消すことができ、A/Fインバランスの度合いを判定パラメータKに正確に反映させることができる。これにより、気筒間の検出環境のばらつき等に対して高いロバスト性を得ることができ、A/Fインバランスの判定精度を高めることができる。   According to the above determination method, even when there are variations in the detection sensitivity and detection environment of the in-cylinder pressure sensor 48 between the cylinders, these variations are suppressed from affecting the determination parameter K, and the determination parameter K is accurately set. Can be calculated. That is, the combustion ratio MFB used for calculating the determination parameter K includes the in-cylinder pressure P in the denominator and numerator of the equation as shown in the equation (1). Therefore, even if an error occurs in the detected value of the in-cylinder pressure P, this error can be canceled when calculating the combustion ratio, and the degree of A / F imbalance can be accurately reflected in the determination parameter K. Thereby, high robustness can be obtained with respect to variations in the detection environment between the cylinders, and the determination accuracy of the A / F imbalance can be improved.

ところで、上記したA/Fインバランスの判定制御は、各気筒の燃焼重心位置を最適化する気筒別点火時期制御(例えば、気筒別MBT制御等)と一緒に実行される場合がある。燃焼重心位置とは、気筒の1燃焼サイクルで発生する総発熱量を基準として、発熱量が所定の割合(例えば、50%)に到達するクランク角である。気筒別点火時期制御によれば、例えば燃焼重心位置が所定の目標クランク角となるように点火時期を制御することにより、燃焼状態を良くすることができる。しかしながら、気筒間のA/Fインバランスが生じている場合に、気筒別点火時期制御を実行すると、以下に述べるように、A/Fインバランスの判定精度が低下するという問題が生じる。   Incidentally, the A / F imbalance determination control described above may be executed together with cylinder-by-cylinder ignition timing control (for example, cylinder-by-cylinder MBT control) for optimizing the combustion center-of-gravity position of each cylinder. The combustion center-of-gravity position is a crank angle at which the heat generation amount reaches a predetermined ratio (for example, 50%) based on the total heat generation amount generated in one combustion cycle of the cylinder. According to the cylinder specific ignition timing control, for example, the combustion state can be improved by controlling the ignition timing so that the combustion gravity center position becomes a predetermined target crank angle. However, when the cylinder-by-cylinder ignition timing control is executed when an A / F imbalance occurs between the cylinders, there is a problem that the determination accuracy of the A / F imbalance is lowered as described below.

図7は、A/Fインバランスに対する気筒別点火時期制御の影響を説明するための特性線図である。まず、図7(a)は、気筒間のA/Fインバランスが生じ、かつ気筒別点火時期制御を実行していない状態における、各気筒の燃焼割合の変化率を示している。この図中に示す波形のピーク値は、燃焼割合の最大変化率CSに対応するものである。図7(a)に示すように、例えば空燃比がリーン側にずれた気筒(リーン気筒)と他気筒との間に生じる最大変化率CSの差異は、A/Fインバランスを検出するのに十分な大きさとなっている。   FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the influence of the cylinder specific ignition timing control on the A / F imbalance. First, FIG. 7A shows the rate of change in the combustion ratio of each cylinder in a state where an A / F imbalance between the cylinders occurs and the ignition timing control for each cylinder is not executed. The peak value of the waveform shown in this figure corresponds to the maximum change rate CS of the combustion rate. As shown in FIG. 7A, for example, the difference in the maximum change rate CS generated between a cylinder (lean cylinder) in which the air-fuel ratio is shifted to the lean side and other cylinders is used to detect the A / F imbalance. It is big enough.

一方、図7(b)は、図7(a)と同条件下で気筒別点火時期制御を実行した場合を示している。気筒別点火時期制御は、燃焼速度が遅いリーン気筒の点火時期を進角させる。この結果、リーン気筒の燃焼速度は、点火時期制御の実行前と比べて速くなるので、図7(b)に示すように、リーン気筒と他気筒との間で最大変化率CSの差異が減少し、A/Fインバランスの検出分解能が低下する。また、空燃比がリッチ側にずれた気筒(リッチ気筒)では、燃焼速度が速いので、気筒別点火時期制御により点火時期が遅角される。この結果、リッチ気筒の燃焼速度は、点火時期制御の実行前と比べて遅くなるので、リーン気筒の場合と同様に他気筒との間で最大変化率CSの差異が減少する。即ち、気筒別点火時期制御が実行されると、リッチ気筒とリーン気筒の燃焼速度が近づくように各気筒の点火時期が制御されるので、A/Fインバランスの検出分解能が低下することになる。   On the other hand, FIG. 7B shows a case where the cylinder specific ignition timing control is executed under the same conditions as FIG. 7A. The cylinder specific ignition timing control advances the ignition timing of a lean cylinder having a low combustion speed. As a result, the combustion speed of the lean cylinder becomes faster than before the ignition timing control is executed, so that the difference in the maximum change rate CS between the lean cylinder and the other cylinders decreases as shown in FIG. 7B. However, the detection resolution of A / F imbalance is reduced. Further, since the combustion speed is high in the cylinder (rich cylinder) in which the air-fuel ratio is shifted to the rich side, the ignition timing is retarded by the cylinder-specific ignition timing control. As a result, the combustion speed of the rich cylinder becomes slower than that before execution of the ignition timing control, so that the difference in the maximum change rate CS from the other cylinders is reduced as in the case of the lean cylinder. That is, when the cylinder specific ignition timing control is executed, the ignition timing of each cylinder is controlled so that the combustion speeds of the rich cylinder and the lean cylinder are close to each other, so that the A / F imbalance detection resolution is lowered. .

そこで、本実施の形態では、A/Fインバランスの判定制御を実施する前に、点火時期統一制御を実行する。点火時期統一制御は、気筒別点火時期制御を停止し、各気筒の点火時期を同一時期に揃えるものである。具体的には、各気筒のうち空燃比が相対的に最もリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を基準点火時期に合わせる構成としている。   Therefore, in the present embodiment, the ignition timing unified control is executed before the A / F imbalance determination control is performed. In the ignition timing unified control, the cylinder-by-cylinder ignition timing control is stopped, and the ignition timings of the respective cylinders are set to the same timing. Specifically, the ignition timing of the cylinder in which the air-fuel ratio is relatively lean among the cylinders is selected as the reference ignition timing, and the ignition timings of the other cylinders are matched with the reference ignition timing.

図8は、点火時期統一制御の実行時と非実行時のそれぞれについて、A/Fインバランス率と判定パラメータとの関係を示す特性線図である。この図に示すように、点火時期統一制御の非実行時(気筒別点火時期制御の実行時)には、A/Fインバランス率の変化に対する判定パラメータKの変化(図8中に示す特性線の勾配)が比較的小さいので、A/Fインバランスの判定精度が低い。これに対し、点火時期統一制御の実行時には、非実行時に比べて前記特性線の勾配が増大し、S/N比が向上している。従って、判定パラメータKに基いてA/Fインバランスの微小な差異を正確に判定することができる。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the A / F imbalance ratio and the determination parameter for each of the execution and non-execution of the unified ignition timing control. As shown in this figure, when the ignition timing unified control is not executed (when the cylinder-by-cylinder ignition timing control is executed), the change in the determination parameter K with respect to the change in the A / F imbalance rate (the characteristic line shown in FIG. 8). ) Is relatively small, the accuracy of A / F imbalance determination is low. On the other hand, when the ignition timing unified control is executed, the gradient of the characteristic line is increased and the S / N ratio is improved as compared with the non-execution control. Therefore, a minute difference in A / F imbalance can be accurately determined based on the determination parameter K.

このように、点火時期統一制御によれば、A/Fインバランスを判定するときに、各気筒の点火時期を揃えて判定の前提条件を満たすことができる。これにより、各気筒の点火時期の違いが燃焼速度に影響するのを防止し、個々の気筒において空燃比のばらつきを燃焼速度(燃焼割合)に正確に反映させることができる。従って、通常は気筒別点火時期制御を行っている場合でも、A/Fインバランスの判定時にその検出分解能が低下するのを防止し、A/Fインバランスを高い精度で安定的に判定することができる。   Thus, according to the unified ignition timing control, when determining the A / F imbalance, the ignition timing of each cylinder can be aligned to satisfy the determination prerequisite. Thereby, it is possible to prevent the difference in the ignition timing of each cylinder from affecting the combustion speed, and to accurately reflect the variation in the air-fuel ratio in the individual cylinders in the combustion speed (combustion ratio). Therefore, even when the cylinder-specific ignition timing control is normally performed, the detection resolution is prevented from being lowered when determining the A / F imbalance, and the A / F imbalance is stably determined with high accuracy. Can do.

しかも、本実施の形態では、リーン気筒の点火時期を基準とするので、燃焼状態を良好に保持しつつ、各気筒の点火時期を円滑に揃えることができる。即ち、リッチ気筒の点火時期を基準とした場合には、気筒別点火時期制御により遅角されたリッチ気筒の点火時期に合わせるために、他気筒の点火時期が遅角されることになる。この結果、混合気が薄いリーン気筒では、燃焼状態が悪化し、トルク変動が増大する虞れがある。本実施の形態では、このような事態を避けることができる。   Moreover, in the present embodiment, since the ignition timing of the lean cylinder is used as a reference, it is possible to smoothly align the ignition timing of each cylinder while maintaining a good combustion state. That is, when the ignition timing of the rich cylinder is used as a reference, the ignition timing of the other cylinders is retarded in order to match the ignition timing of the rich cylinder retarded by the cylinder-specific ignition timing control. As a result, in a lean cylinder with a thin air-fuel mixture, the combustion state may deteriorate and torque fluctuation may increase. In this embodiment, such a situation can be avoided.

また、点火時期統一制御では、リーン気筒の点火時期を基準とするので、リッチ気筒を含む他気筒の点火時期がMBT(Minimum spark advance for Best Torque)を超えて過剰に進角され、ノッキングが発生する場合がある。この場合、ECU60は、ノックセンサ50の出力に基いてノッキングが発生した気筒を特定し、当該気筒の点火時期を遅角させるノック制御を実行する。これにより、リーン気筒の点火時期を基準とした場合でも、各気筒の燃焼状態を良好に保持することができる。   In addition, since the ignition timing unified control is based on the ignition timing of the lean cylinder, the ignition timing of the other cylinders including the rich cylinder is excessively advanced beyond the MBT (Minimum spark advance for Best Torque), and knocking occurs. There is a case. In this case, the ECU 60 identifies the cylinder in which knocking has occurred based on the output of the knock sensor 50, and executes knock control that retards the ignition timing of the cylinder. Thereby, even when the ignition timing of the lean cylinder is used as a reference, the combustion state of each cylinder can be maintained satisfactorily.

一方、A/Fインバランスの判定に用いられる燃焼割合の最大変化率CSは、燃焼速度と相関をもつパラメータであるから、空燃比の変化だけでなく、EGR制御にも影響される。即ち、EGR制御は、排気ガスを吸入空気中に還流させることにより燃焼速度を遅くするので、EGR制御が実行されていると、その影響で各気筒の燃焼割合が変動し易くなり、A/Fインバランスの判定精度が低下する。また、各気筒に還流される排気ガス量の気筒間ばらつきも、判定精度を低下させる原因となる。このため、本実施の形態では、EGR制御を実行している場合に、A/Fインバランスの判定を禁止し、これに付随する点火時期統一制御も実行しない構成としている。これにより、EGR制御を行う内燃機関においても、A/Fインバランスを正確に判定することができる。   On the other hand, the maximum change rate CS of the combustion ratio used for the determination of the A / F imbalance is a parameter having a correlation with the combustion speed, and thus is influenced not only by the change of the air-fuel ratio but also by the EGR control. That is, since the EGR control slows the combustion speed by recirculating exhaust gas into the intake air, if the EGR control is executed, the combustion ratio of each cylinder is likely to fluctuate due to the influence. Imbalance determination accuracy decreases. Further, variation among cylinders in the amount of exhaust gas recirculated to each cylinder also causes a decrease in determination accuracy. For this reason, in this embodiment, when EGR control is being executed, determination of A / F imbalance is prohibited, and the ignition timing unified control associated therewith is not executed. As a result, even in an internal combustion engine that performs EGR control, the A / F imbalance can be accurately determined.

[実施の形態1を実現するための具体的な処理]
図9は、本発明の実施の形態1において、ECUにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図9に示すルーチンでは、まず、センサ系統により検出した各種の運転情報(水温、吸気温等)を読込む(ステップ100)。また、EGR制御が実行されているか否かを判定し、実行されている場合には、そのままルーチンを終了する(ステップ102)。
[Specific Processing for Realizing Embodiment 1]
FIG. 9 is a flowchart of the control executed by the ECU in the first embodiment of the present invention. The routine shown in this figure is repeatedly executed during the operation of the internal combustion engine. In the routine shown in FIG. 9, first, various operation information (water temperature, intake air temperature, etc.) detected by the sensor system is read (step 100). Further, it is determined whether or not EGR control is being executed. If it is being executed, the routine is ended as it is (step 102).

EGR制御が実行されていない場合には、A/Fインバランスを判定するために、前述した点火時期統一制御を実行する(ステップ104)。そして、前述の方法により各気筒の燃焼割合MFBを算出し、燃焼割合の最大変化率(最大勾配)CSを算出する(ステップ106,108)。そして、全気筒のうちで最大変化率CSの偏差が最も大きい気筒を検出し、この気筒を特定気筒として判定パラメータKを算出する(ステップ110,112)。   When the EGR control is not executed, the aforementioned ignition timing unification control is executed to determine the A / F imbalance (step 104). Then, the combustion ratio MFB of each cylinder is calculated by the above-described method, and the maximum change rate (maximum gradient) CS of the combustion ratio is calculated (steps 106 and 108). Then, the cylinder having the largest deviation of the maximum change rate CS among all the cylinders is detected, and the determination parameter K is calculated with this cylinder as the specific cylinder (steps 110 and 112).

次の処理では、判定パラメータKが閾値αよりも大きいか否かを判定し(ステップ114)、この判定成立時には、A/Fインバランスが異常であると判定すると共に、警告灯(MIL)等の報知手段を作動させることによって判定結果を報知する(ステップ116,118)。一方、ステップ114の判定が不成立の場合には、A/Fインバランスの度合いが許容範囲内であると判定し、そのままルーチンを終了する。   In the next processing, it is determined whether or not the determination parameter K is larger than the threshold value α (step 114). When this determination is established, it is determined that the A / F imbalance is abnormal, and a warning light (MIL) or the like. The determination result is notified by operating the notification means (steps 116 and 118). On the other hand, if the determination in step 114 is not established, it is determined that the degree of A / F imbalance is within the allowable range, and the routine is terminated as it is.

なお、上述した実施の形態1では、図9中のステップ104が請求項1,2における点火時期制御手段の具体例を示している。また、ステップ106,108は、請求項1における燃焼割合算出手段の具体例を示し、ステップ110,112,114は、請求項1における空燃比ばらつき判定手段の具体例を示している。さらに、ステップ102は、請求項4における判定禁止手段の具体例を示している。   In the first embodiment described above, step 104 in FIG. 9 shows a specific example of the ignition timing control means in claims 1 and 2. Steps 106 and 108 show a specific example of the combustion ratio calculation means in claim 1, and steps 110, 112 and 114 show a specific example of the air-fuel ratio variation determination means in claim 1. Further, step 102 shows a specific example of the determination prohibiting means in claim 4.

実施の形態2.
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1と同様のシステム構成(図1)を採用しているものの、以下に述べる制御において、実施の形態1と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Although the present embodiment employs the same system configuration (FIG. 1) as that of the first embodiment, the configuration described below differs from the first embodiment in the control described below. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

[実施の形態2の特徴]
A/Fインバランスの判定を行う場合でも、運転性や燃費を考慮すれば、各気筒の点火時期を最適に制御するのが好ましい。このため、本実施の形態では、気筒別点火時期制御により各気筒の点火時期を最適に制御しつつ、制御された点火時期のばらつきに基いてA/Fインバランスを判定する構成としている。気筒別点火時期制御では、例えば各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する。この結果、リーン気筒では点火時期が進角され、リッチ気筒では点火時期が遅角されることになる。即ち、気筒別点火時期制御により各気筒の燃焼重心位置を揃えた状態では、各気筒の空燃比のばらつきが点火時期に反映されるので、本実施の形態では、これを利用してA/Fインバランスの判定パラメータLを算出している。
[Features of Embodiment 2]
Even when the A / F imbalance is determined, it is preferable to optimally control the ignition timing of each cylinder in consideration of drivability and fuel consumption. Therefore, in the present embodiment, the A / F imbalance is determined based on the variation in the controlled ignition timing while optimally controlling the ignition timing of each cylinder by the cylinder specific ignition timing control. In the cylinder specific ignition timing control, for example, the ignition timing of each cylinder is controlled so that the combustion gravity center position of each cylinder is aligned at the same position. As a result, the ignition timing is advanced in the lean cylinder, and the ignition timing is retarded in the rich cylinder. That is, in the state where the combustion center of gravity of each cylinder is aligned by the ignition timing control for each cylinder, the variation in the air-fuel ratio of each cylinder is reflected in the ignition timing. An imbalance determination parameter L is calculated.

A/Fインバランスの判定制御では、まず、気筒別点火時期制御により制御された点火時期が他の気筒と最も異なる気筒を、特定気筒(異常気筒)として選択する。続いて、特定気筒を除く他の気筒(正常気筒)の点火時期を平均した平均点火時期Iaveを算出する。
そして、特定気筒の点火時期Ioneと、他気筒の平均点火時期Iaveとの比率(Ione/Iave)を算出し、この比率を判定パラメータLとして採用する。なお、上記の処理では、実施の形態1の場合と同様に、全気筒のうち最も大きな判定パラメータLを与える気筒を、特定気筒として選択するのが好ましい。
In the A / F imbalance determination control, first, the cylinder having the ignition timing most different from the other cylinders controlled by the cylinder specific ignition timing control is selected as a specific cylinder (abnormal cylinder). Subsequently, an average ignition timing I ave is calculated by averaging the ignition timings of the other cylinders (normal cylinders) excluding the specific cylinder.
Then, a ratio (I one / I ave ) between the ignition timing I one of the specific cylinder and the average ignition timing I ave of the other cylinders is calculated, and this ratio is adopted as the determination parameter L. In the above processing, as in the case of the first embodiment, it is preferable to select the cylinder that gives the largest determination parameter L among all the cylinders as the specific cylinder.

このようにして得られた判定パラメータLは、A/Fインバランスの度合い(A/Fインバランス率)を表したものとなる。このため、判定パラメータLの値は、実施の形態1で用いた判定パラメータKの場合と同様に、A/Fインバランス率が大きいほど増大する。そこで、本実施の形態では、例えばA/Fインバランス率の上限値に対応して設定された所定の閾値βと判定パラメータLとを比較することにより、A/Fインバランス率が許容範囲内であるか否かを判定する。この場合、閾値βは、A/Fインバランス率と判定パラメータLとの関係に基いて求められる。   The determination parameter L obtained in this way represents the degree of A / F imbalance (A / F imbalance rate). For this reason, the value of the determination parameter L increases as the A / F imbalance ratio increases as in the case of the determination parameter K used in the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, for example, the A / F imbalance rate is within an allowable range by comparing the predetermined threshold β set corresponding to the upper limit value of the A / F imbalance rate with the determination parameter L. It is determined whether or not. In this case, the threshold value β is obtained based on the relationship between the A / F imbalance rate and the determination parameter L.

判定パラメータLが閾値βを超えた場合には、何れかの気筒で空燃比がリッチ側にずれ過ぎて、A/Fインバランスの度合いが許容範囲から外れたと判定することができる。なお、本発明では、例えばA/Fインバランス率の下限値に対応する閾値を設定しておき、判定パラメータLがこの閾値よりも小さいか否かを判定することにより、A/Fインバランス率がリーン側にずれた場合の判定を行う構成としてもよい。   When the determination parameter L exceeds the threshold value β, it can be determined that the air-fuel ratio in any cylinder is excessively shifted to the rich side and the degree of A / F imbalance is out of the allowable range. In the present invention, for example, a threshold value corresponding to the lower limit value of the A / F imbalance rate is set, and by determining whether or not the determination parameter L is smaller than this threshold value, the A / F imbalance rate is determined. It is good also as a structure which performs determination when is shifted to the lean side.

このように構成される本実施の形態でも、実施の形態1とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、本実施の形態は、各気筒の燃焼重心位置を揃えることにより、空燃比のばらつきを点火時期に反映させることができ、この点火時期に基いて判定パラメータLを正確に算出することができる。従って、気筒間に検出環境のばらつきが存在する場合でも、これらのばらつきが判定パラメータLに影響するのを抑制し、A/Fインバランスを正確に判定することができる。しかも、本実施の形態では、気筒別点火時期制御により各気筒の点火時期を最適化しつつ、A/Fインバランスを安定的に判定することができ、運転性と判定精度を両立させることができる。また、気筒別点火時期制御を実施するので、点火時期によるノック制御を容易に行うことができ、例えば点火時期統一制御を実施する場合と比較してノッキングの発生を抑制することができる。   In the present embodiment configured as described above, substantially the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. In other words, in the present embodiment, by aligning the combustion gravity center position of each cylinder, the variation in the air-fuel ratio can be reflected in the ignition timing, and the determination parameter L can be accurately calculated based on this ignition timing. . Therefore, even when there are variations in the detection environment between the cylinders, it is possible to suppress the influence of these variations on the determination parameter L and accurately determine the A / F imbalance. Moreover, in the present embodiment, the A / F imbalance can be stably determined while optimizing the ignition timing of each cylinder by the cylinder-specific ignition timing control, and both drivability and determination accuracy can be achieved. . Further, since the cylinder specific ignition timing control is performed, the knock control based on the ignition timing can be easily performed. For example, the occurrence of knocking can be suppressed as compared with the case where the ignition timing unified control is performed.

[実施の形態2を実現するための具体的な処理]
図10は、本発明の実施の形態2において、ECUにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図10に示すルーチンでは、まず、実施の形態1(図9)のステップ100,102とほぼ同様の処理を実行する(ステップ200,202)。
[Specific Processing for Realizing Embodiment 2]
FIG. 10 is a flowchart of control executed by the ECU in the second embodiment of the present invention. The routine shown in this figure is repeatedly executed during the operation of the internal combustion engine. In the routine shown in FIG. 10, first, substantially the same processing as that in steps 100 and 102 in the first embodiment (FIG. 9) is executed (steps 200 and 202).

次に、気筒別点火時期制御を実行し(ステップ204)、気筒別点火時期制御により設定された各気筒の点火時期を取得する(ステップ206)。そして、全気筒のうち点火時期の偏差が最も大きな気筒を検出し、この気筒を特定気筒として判定パラメータLを算出する(ステップ208,210)。次の処理では、判定パラメータLが閾値βよりも大きいか否かを判定し(ステップ212)、この判定成立時には、A/Fインバランスが異常であると判定すると共に、警告灯(MIL)等の報知手段を作動させることによって判定結果を報知する(ステップ214,216)。一方、ステップ212の判定が不成立の場合には、A/Fインバランスの度合いが許容範囲内であると判定し、そのままルーチンを終了する。   Next, the cylinder specific ignition timing control is executed (step 204), and the ignition timing of each cylinder set by the cylinder specific ignition timing control is acquired (step 206). Then, the cylinder having the largest ignition timing deviation is detected from all the cylinders, and the determination parameter L is calculated using this cylinder as the specific cylinder (steps 208 and 210). In the next processing, it is determined whether or not the determination parameter L is larger than the threshold value β (step 212). When this determination is established, it is determined that the A / F imbalance is abnormal, and a warning light (MIL) or the like. The determination result is notified by operating the notification means (steps 214 and 216). On the other hand, if the determination in step 212 is not established, it is determined that the degree of A / F imbalance is within the allowable range, and the routine is terminated as it is.

なお、上述した実施の形態2では、図10中のステップ204が請求項3における点火時期制御手段の具体例を示している。また、ステップ208,210,212は、請求項3における空燃比ばらつき判定手段の具体例を示し、ステップ202は、請求項4における判定禁止手段の具体例を示している。   In the second embodiment described above, step 204 in FIG. 10 shows a specific example of the ignition timing control means in claim 3. Steps 208, 210 and 212 show a specific example of the air-fuel ratio variation determining means in claim 3, and step 202 shows a specific example of the determination prohibiting means in claim 4.

10 内燃機関
12 気筒
14 ピストン
16 燃焼室
18 クランク軸
20 吸気通路
22 排気通路
24 エアクリーナ
26 サージタンク
28 スロットルバルブ
30 触媒
32 燃料噴射弁
34 点火プラグ
36 吸気バルブ
38 排気バルブ
40 EGR通路(EGR手段)
42 EGR弁(EGR手段)
44 クランク角センサ
46 吸気圧センサ
48 筒内圧センサ
50 ノックセンサ
60 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Cylinder 14 Piston 16 Combustion chamber 18 Crankshaft 20 Intake passage 22 Exhaust passage 24 Air cleaner 26 Surge tank 28 Throttle valve 30 Catalyst 32 Fuel injection valve 34 Spark plug 36 Intake valve 38 Exhaust valve 40 EGR passage (EGR means)
42 EGR valve (EGR means)
44 Crank angle sensor 46 Intake pressure sensor 48 In-cylinder pressure sensor 50 Knock sensor 60 ECU

Claims (4)

内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記各気筒の点火時期を同一時期に揃える点火時期制御手段と、
前記筒内圧に基いて前記各気筒の燃焼割合を算出し、更に前記燃焼割合がクランク角に応じて変化するときの最大変化率を気筒毎に算出する燃焼割合算出手段と、
前記各気筒のうち前記燃焼割合の最大変化率が他の気筒と最も異なる特定気筒の最大変化率と、前記他の気筒の最大変化率を平均した平均最大変化率とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
An in-cylinder pressure sensor mounted on each of the plurality of cylinders of the internal combustion engine for detecting the in-cylinder pressure of each cylinder;
Ignition timing control means for aligning the ignition timing of each cylinder to the same timing;
A combustion rate calculating means for calculating a combustion rate of each cylinder based on the in-cylinder pressure, and further calculating a maximum rate of change for each cylinder when the combustion rate changes according to a crank angle;
Based on the maximum change rate of the specific cylinder having the maximum change rate of the combustion ratio that is the most different from the other cylinders among the cylinders and the average maximum change rate that averages the maximum change rate of the other cylinders, Air-fuel ratio variation determining means for determining whether the air-fuel ratio variation is within an allowable range;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記点火時期制御手段は、前記各気筒のうち空燃比が相対的にリーンとなっている気筒の点火時期を基準点火時期として選択し、他の気筒の点火時期を前記基準点火時期に合わせる構成としてなる請求項1に記載の内燃機関の制御装置。   The ignition timing control means is configured to select an ignition timing of a cylinder in which the air-fuel ratio is relatively lean among the cylinders as a reference ignition timing, and to adjust the ignition timing of other cylinders to the reference ignition timing. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 内燃機関の複数気筒にそれぞれ搭載され、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧に基いて算出される各気筒の燃焼重心位置が同一位置に揃うように、各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記各気筒のうち点火時期が他の気筒と最も異なる特定気筒の点火時期と、前記他の気筒の点火時期を平均した平均点火時期とに基いて、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する空燃比ばらつき判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
An in-cylinder pressure sensor mounted on each of the plurality of cylinders of the internal combustion engine for detecting the in-cylinder pressure of each cylinder;
Ignition timing control means for controlling the ignition timing of each cylinder so that the combustion gravity center position of each cylinder calculated based on the in-cylinder pressure is aligned at the same position;
Based on the ignition timing of the specific cylinder having the ignition timing most different from that of the other cylinders among the cylinders and the average ignition timing obtained by averaging the ignition timings of the other cylinders, variation in the air-fuel ratio between the cylinders is within an allowable range. Air-fuel ratio variation determining means for determining whether there is,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
内燃機関の排気ガスを吸気系に還流させるEGR手段と、
前記EGR手段が作動している場合に、前記空燃比ばらつき判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と、
を備えてなる請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
EGR means for recirculating the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake system;
Determination prohibiting means for prohibiting determination by the air-fuel ratio variation determining means when the EGR means is operating;
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
JP2010019253A 2010-01-29 2010-01-29 Control device of internal combustion engine Pending JP2011157852A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010019253A JP2011157852A (en) 2010-01-29 2010-01-29 Control device of internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010019253A JP2011157852A (en) 2010-01-29 2010-01-29 Control device of internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011157852A true JP2011157852A (en) 2011-08-18

Family

ID=44590016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010019253A Pending JP2011157852A (en) 2010-01-29 2010-01-29 Control device of internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011157852A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013142302A (en) * 2012-01-10 2013-07-22 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio detecting device of internal combustion engine and air-fuel ratio imbalance detecting device
JP2013148011A (en) * 2012-01-19 2013-08-01 Toyota Motor Corp Device for detecting abnormal air-fuel ratio variation between cylinders
US9518523B2 (en) 2011-05-16 2016-12-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio imbalance detection device for internal combustion engine
US9683501B2 (en) 2014-07-25 2017-06-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine control device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9518523B2 (en) 2011-05-16 2016-12-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio imbalance detection device for internal combustion engine
JP2013142302A (en) * 2012-01-10 2013-07-22 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio detecting device of internal combustion engine and air-fuel ratio imbalance detecting device
JP2013148011A (en) * 2012-01-19 2013-08-01 Toyota Motor Corp Device for detecting abnormal air-fuel ratio variation between cylinders
US9683501B2 (en) 2014-07-25 2017-06-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10288031B2 (en) Controller for internal combustion engine
JP5293890B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP5758862B2 (en) In-cylinder pressure detection device for internal combustion engine
US9976534B2 (en) Control device and control method for internal combustion engine
JP2017141693A (en) Control device of internal combustion engine
JP4312752B2 (en) Control device for internal combustion engine
JPWO2012147193A1 (en) Control device for internal combustion engine
JP6006228B2 (en) In-cylinder pressure sensor abnormality diagnosis device and in-cylinder pressure sensor sensitivity correction device including the same
JP2007278223A (en) Control device for cylinder-injection spark-ignition internal combustion engine
JP2006220139A (en) Controller and control method for internal combustion engine
JP5331613B2 (en) In-cylinder gas amount estimation device for internal combustion engine
JP2007231883A (en) Air fuel ratio control device for internal combustion engine
US8826886B2 (en) Engine ignition timing setting apparatus
JP2016125363A (en) Internal combustion engine control device
JP2011157852A (en) Control device of internal combustion engine
JP6462311B2 (en) Engine control device
JP2013104371A (en) Internal combustion engine control device
JP2006312919A (en) Engine controller
JP2011226363A (en) Abnormality diagnosis apparatus of internal combustion engine
JP4830986B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2012207656A (en) Control device of internal combustion engine
JP5910651B2 (en) Air-fuel ratio detection device for internal combustion engine
JP5737196B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP5187537B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2010174737A (en) Control device for diesel engine