JP2005105822A - Combustion state estimating device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimally control an internal combustion engine, by accurately determining a combustion state in a cylinder and properties of fuel. <P>SOLUTION: This combustion state estimating device has a means for acquiring a cylinder air quantity mc(k), a reference torque calculating means for calculating theoretical reference torque Tia(k) generated in the cylinder on the basis of the cylinder air quantity mc(k), a cylinder torque calculating means for calculating illustrated torque Ti(k) generated by actual combustion in the cylinder, and a determining means for determining the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel on the basis of a result of comparing the reference torque Tia(k) with the illustrated torque Ti(k). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の燃焼状態推定装置に関し、特に、筒内の燃焼状態、筒内へ供給した燃料の性状を推定する装置に適用して好適である。   The present invention relates to a combustion state estimation device for an internal combustion engine, and is particularly suitable for application to a device that estimates the combustion state in a cylinder and the properties of fuel supplied into the cylinder.

従来から、内燃機関の筒内に装着した筒内圧センサの検出値から図示平均有効圧を求め、図示平均有効圧に基づいて燃料の性状を判定する方法が知られている。例えば、特開平9−144591号公報には、図示平均有効圧の演算値が所定値以上であるか否かに基づいて、燃料の性状を検出する方法が記載されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a method is known in which an indicated mean effective pressure is obtained from a detection value of an in-cylinder pressure sensor mounted in a cylinder of an internal combustion engine, and a fuel property is determined based on the indicated mean effective pressure. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-144591 describes a method for detecting the properties of fuel based on whether or not the calculated value of the indicated mean effective pressure is greater than or equal to a predetermined value.

特開平9−144591号公報JP-A-9-144591 特開平6−288289号公報JP-A-6-288289 特開平7−279739号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-29739

しかしながら、例えば機関始動時のクランキング時間、または機関回転数等が異なると、筒内空気量が変動する。そして、筒内空気量が変動すると図示平均有効圧が変動する。特開平9−144591号公報に記載された方法では、筒内空気量の変動に起因する図示平均有効圧の変動を考慮していないため、筒内空気量が変動すると燃料の性状を正確に判定することができないという問題が生じる。   However, for example, when the cranking time at the time of starting the engine or the engine speed is different, the in-cylinder air amount varies. When the in-cylinder air amount changes, the indicated mean effective pressure changes. In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-144591, the fluctuation of the indicated mean effective pressure due to the fluctuation of the in-cylinder air amount is not taken into consideration, so that the fuel property is accurately determined when the in-cylinder air quantity fluctuates. The problem of not being able to do arises.

例えば、筒内空気量が少ないと筒内の燃焼が抑制されるため、図示平均有効圧は小さくなる。筒内空気量による図示平均有効圧の変動を考慮していない場合、筒内空気量に応じて図示平均有効圧が低下した場合であっても、燃料の性状に起因して図示平均有効圧が低下したものと誤判定することが想定される。従って、上記公報に記載された方法で燃料の性状を正確に判定することは困難である。   For example, when the in-cylinder air amount is small, the in-cylinder combustion is suppressed, so that the indicated mean effective pressure becomes small. If the fluctuation of the indicated mean effective pressure due to the in-cylinder air amount is not taken into account, even if the indicated mean effective pressure is reduced according to the in-cylinder air amount, the indicated mean effective pressure is caused by the properties of the fuel. It is assumed that it is erroneously determined that it has been lowered. Therefore, it is difficult to accurately determine the fuel properties by the method described in the above publication.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、筒内の燃焼状態、燃料の性状を正確に判定し、内燃機関を最適に制御することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to accurately determine an in-cylinder combustion state and fuel properties and optimally control an internal combustion engine.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、筒内空気量又は筒内空気量に応じて変動する所定の特性値を取得する手段と、前記筒内空気量又は前記所定の特性値に基づいて、筒内で発生する理論上の基準トルクを算出する基準トルク算出手段と、筒内での実際の燃焼により発生した筒内トルクを算出する筒内トルク算出手段と、前記基準トルクと前記筒内トルクを比較した結果に基づいて、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the first invention provides means for obtaining a predetermined characteristic value that varies according to the in-cylinder air amount or the in-cylinder air amount, and the in-cylinder air amount or the predetermined characteristic value. Based on the reference torque calculating means for calculating the theoretical reference torque generated in the cylinder, the in-cylinder torque calculating means for calculating the in-cylinder torque generated by the actual combustion in the cylinder, the reference torque and the And determining means for determining the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel based on the result of comparing the in-cylinder torque.

第2の発明は、第1の発明において、前記所定の特性値は、吸気管圧力、又は機関回転数を含むことを特徴とする。   According to a second aspect, in the first aspect, the predetermined characteristic value includes an intake pipe pressure or an engine speed.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いに基づいて、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定することを特徴とする。   According to a third invention, in the first or second invention, the determination means determines a combustion state in the cylinder or a property of the fuel based on a degree of deviation between the reference torque and the cylinder torque. Features.

第4の発明は、第3の発明において、前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いが大きいほど、燃焼状態が劣化していると判定することを特徴とする。   According to a fourth invention, in the third invention, the determination means determines that the combustion state is deteriorated as the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque is larger.

第5の発明は、第3の発明において、前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いが大きいほど、燃料の性状が重質であると判定することを特徴とする。   According to a fifth aspect, in the third aspect, the determination means determines that the property of the fuel is heavier as the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque is larger.

第6の発明は、第3〜第5の発明において、前記基準トルクと前記筒内トルクの相対的な比率又は前記基準トルクと前記筒内トルクの間の偏差を取得する手段を備え、前記判定手段は、前記比率又は前記偏差に基づいて、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いを判別することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the third to fifth aspects, the apparatus further comprises means for obtaining a relative ratio between the reference torque and the in-cylinder torque or a deviation between the reference torque and the in-cylinder torque. The means determines the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque based on the ratio or the deviation.

第7の発明は、第6の発明において、前記比率又は前記偏差の積算値を算出する積算値算出手段を備え、前記判定手段は、前記積算値に基づいて、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いを判別することを特徴とする。   In a sixth aspect based on the sixth aspect, the present invention further comprises an integrated value calculating means for calculating an integrated value of the ratio or the deviation, and the determining means is configured to determine the reference torque and the in-cylinder torque based on the integrated value. It is characterized by discriminating the degree of deviation.

第8の発明は、第1〜第7の発明のいずれかにおいて、クランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段を備え、前記筒内トルク算出手段は、前記クランク角加速度に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする。   An eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, further comprising crank angular acceleration calculating means for calculating a crank angular acceleration, wherein the in-cylinder torque calculating means is based on the crank angular acceleration. The torque is calculated.

第9の発明は、第8の発明において、所定パラメータと機関のフリクショントルクとの関係を定めた標準フリクション特性を記憶した記憶手段を備え、前記筒内トルク算出手段は、前記フリクショントルクと前記クランク角加速度とに基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする。   According to a ninth invention, in the eighth invention, there is provided storage means for storing a standard friction characteristic defining a relationship between a predetermined parameter and an engine friction torque, and the in-cylinder torque calculation means comprises the friction torque and the crank The in-cylinder torque is calculated based on the angular acceleration.

第10の発明は、第8又は第9の発明において、前記クランク角加速度算出手段は、往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ0となるクランク角の区間で前記クランク角加速度を算出することを特徴とする。   In a tenth aspect based on the eighth or ninth aspect, the crank angular acceleration calculating means calculates the crank angular acceleration in a crank angle interval in which an average value of inertia torque due to reciprocating inertia mass is substantially zero. It is characterized by.

第11の発明は、第1〜第7の発明のいずれかにおいて、筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備え、前記筒内トルク算出手段は、前記筒内圧に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, an in-cylinder pressure detecting unit that detects an in-cylinder pressure is provided, and the in-cylinder torque calculating unit calculates the in-cylinder torque based on the in-cylinder pressure. It is characterized by doing.

第12の発明は、第11の発明において、クランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段と、(全気筒数−1)個の気筒に設けられた前記筒内圧検出手段と、を備え、前記筒内トルク算出手段は、前記クランク角加速度及び前記筒内圧に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the invention, in the eleventh aspect of the invention, the crank angular acceleration calculating means for calculating the crank angular acceleration and the in-cylinder pressure detecting means provided in (total number of cylinders −1) cylinders, The in-cylinder torque calculating means calculates the in-cylinder torque based on the crank angular acceleration and the in-cylinder pressure.

第1の発明によれば、筒内空気量又は筒内空気量に応じて変動する所定の特性値から基準トルクを算出し、基準トルクと筒内トルクを比較した結果に基づいて燃焼状態または燃料の性状を判定するため、筒内空気量がバラツキ等の要因で変動した場合であっても、筒内の燃焼状態または燃料の性状を正確に判定することが可能となる。従って、燃焼状態又は燃料の性状に基づいて内燃機関を最適に制御することが可能となる。   According to the first invention, the reference torque is calculated from the in-cylinder air amount or the predetermined characteristic value that varies according to the in-cylinder air amount, and the combustion state or fuel is calculated based on the result of comparing the reference torque and the in-cylinder torque. Therefore, even if the in-cylinder air amount fluctuates due to factors such as variation, the in-cylinder combustion state or the fuel property can be accurately determined. Therefore, it becomes possible to optimally control the internal combustion engine based on the combustion state or the properties of the fuel.

第2の発明によれば、筒内空気量は吸気管圧力、又は機関回転数に応じて変動するため、所定の特性値として吸気管圧力、又は機関回転数を取得することで、実際に筒内空気量を算出することなく基準トルクを算出することができる。   According to the second aspect of the present invention, the in-cylinder air amount fluctuates in accordance with the intake pipe pressure or the engine speed. Therefore, by acquiring the intake pipe pressure or the engine speed as a predetermined characteristic value, The reference torque can be calculated without calculating the internal air amount.

第3の発明によれば、基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いに基づいて、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定することが可能となる。   According to the third invention, it is possible to determine the combustion state in the cylinder or the property of the fuel based on the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque.

第4の発明によれば、筒内の燃焼状態が劣化した場合、筒内トルクが減少し、また、機関回転数の低下により筒内へ送られる空気量が多くなり、基準トルクが増加する。従って、燃焼状態が劣化した場合は基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いが大きくなるため、乖離度合いに基づいて燃焼状態を判定することが可能となる。   According to the fourth invention, when the in-cylinder combustion state deteriorates, the in-cylinder torque decreases, and the amount of air sent into the cylinder increases due to the decrease in engine speed, thereby increasing the reference torque. Accordingly, when the combustion state is deteriorated, the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque is increased, so that the combustion state can be determined based on the degree of deviation.

第5の発明によれば、重質燃料の場合、筒内トルクが減少し、また、機関回転数の低下により筒内へ送られる空気量が多くなり、基準トルクが増加する。従って、重質燃料の場合は基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いが大きくなるため、乖離度合いに基づいて燃料の性状を判定することが可能となる。   According to the fifth aspect, in the case of heavy fuel, the in-cylinder torque decreases, and the amount of air sent into the cylinder increases due to the decrease in the engine speed, thereby increasing the reference torque. Therefore, in the case of heavy fuel, the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque becomes large, so that it is possible to determine the properties of the fuel based on the degree of deviation.

第6の発明によれば、基準トルクと筒内トルクの相対的な比率又は基準トルクと筒内トルクの間の偏差から、基準トルクと筒内トルクの乖離度合いを求めることができる。従って、この比率又は偏差に基づいて筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定することが可能となる。   According to the sixth aspect, the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque can be determined from the relative ratio between the reference torque and the in-cylinder torque or the deviation between the reference torque and the in-cylinder torque. Accordingly, it is possible to determine the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel based on this ratio or deviation.

第7の発明によれば、基準トルクと筒内トルクの相対的な比率又は基準トルクと筒内トルクの間の偏差の積算値を算出することにより、偶発的な燃焼悪化等によりトルク算出値にバラツキが発生した場合であっても、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を正確に判定することが可能となる。   According to the seventh invention, by calculating the relative ratio of the reference torque and the in-cylinder torque or the integrated value of the deviation between the reference torque and the in-cylinder torque, the torque calculation value is obtained due to accidental deterioration of combustion or the like. Even when variations occur, it is possible to accurately determine the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel.

第8の発明によれば、クランク角加速度に基づいて筒内トルクを算出することができるため、簡素な構成で筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定することが可能となる。   According to the eighth aspect, since the in-cylinder torque can be calculated based on the crank angular acceleration, it is possible to determine the in-cylinder combustion state or the fuel property with a simple configuration.

第9の発明によれば、フリクショントルクを考慮した上で筒内トルクを正確に求めることができるため、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を高精度に判定することが可能となる。   According to the ninth aspect, since the in-cylinder torque can be accurately obtained in consideration of the friction torque, the combustion state in the cylinder or the property of the fuel can be determined with high accuracy.

第10の発明によれば、往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ0となるクランク角の区間でクランク角加速度を算出することで、往復慣性質量による慣性トルクがクランク角加速度、または筒内トルクの算出値に与える影響を排除することができる。従って、筒内トルクを正確に算出することができ、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を高精度に判定することが可能となる。   According to the tenth invention, by calculating the crank angular acceleration in a crank angle section in which the average value of the inertia torque due to the reciprocating inertia mass is substantially zero, The influence on the calculated value of torque can be eliminated. Accordingly, the in-cylinder torque can be accurately calculated, and the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel can be determined with high accuracy.

第11の発明によれば、検出した筒内圧に基づいて筒内トルクを正確に算出することができ、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を高精度に判定することが可能となる。   According to the eleventh aspect, the in-cylinder torque can be accurately calculated based on the detected in-cylinder pressure, and the combustion state in the cylinder or the properties of the fuel can be determined with high accuracy.

第11の発明によれば、クランク角加速度及び検出した筒内圧に基づいて筒内トルクを算出するため、全気筒に筒内圧検出手段を設ける必要がなくなる。従って、燃焼状態推定装置の製造コストを低減することができる。   According to the eleventh aspect, since the in-cylinder torque is calculated based on the crank angular acceleration and the detected in-cylinder pressure, it is not necessary to provide in-cylinder pressure detecting means for all the cylinders. Therefore, the manufacturing cost of the combustion state estimation device can be reduced.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の各実施の形態にかかる内燃機関の燃焼状態推定装置及びその周辺の構造を説明するための図である。なお、以下の各実施形態では4気筒の内燃機関を例示する。図1に示すように、内燃機関10には吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12は、上流側の端部にエアフィルタ16を備えている。エアフィルタ16には、吸気温THA(すなわち外気温)を検出する吸気温センサ18が組みつけられている。また、排気通路14には排気浄化触媒32が配置されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining a combustion state estimating device for an internal combustion engine and its surrounding structure according to each embodiment of the present invention. In the following embodiments, a four-cylinder internal combustion engine is illustrated. As shown in FIG. 1, an intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the internal combustion engine 10. The intake passage 12 includes an air filter 16 at an upstream end. The air filter 16 is assembled with an intake air temperature sensor 18 for detecting the intake air temperature THA (that is, the outside air temperature). An exhaust purification catalyst 32 is disposed in the exhaust passage 14.

エアフィルタ16の下流には、エアフロメータ20が配置されている。エアフロメータ20の下流には、スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ24と、スロットルバルブ22が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ26とが配置されている。   An air flow meter 20 is disposed downstream of the air filter 16. A throttle valve 22 is provided downstream of the air flow meter 20. A throttle sensor 24 that detects the throttle opening degree TA and an idle switch 26 that is turned on when the throttle valve 22 is fully closed are disposed in the vicinity of the throttle valve 22.

スロットルバルブ22の下流には、サージタンク28が設けられている。サージタンク28の近傍には、吸気通路12の圧力(吸気管圧力)を検出する吸気管圧センサ29が設けられている。また、サージタンク28の更に下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁30が配置されている。   A surge tank 28 is provided downstream of the throttle valve 22. In the vicinity of the surge tank 28, an intake pipe pressure sensor 29 for detecting the pressure in the intake passage 12 (intake pipe pressure) is provided. Further, a fuel injection valve 30 for injecting fuel into the intake port of the internal combustion engine 10 is disposed further downstream of the surge tank 28.

内燃機関10の各気筒はピストン34を備えている。ピストン34には、その往復運動によって回転駆動されるクランク軸36が連結されている。車両駆動系と補機類(エアコンのコンプレッサ、オルタネータ、トルクコンバータ、パワーステアリングのポンプ等)は、このクランク軸36の回転トルクによって駆動される。クランク軸36の近傍には、クランク軸36の回転角を検出するためのクランク角センサ38が取り付けられている。また、内燃機関10のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ42が取り付けられている。また、内燃機関10が有する4気筒のうちの所定の気筒には、筒内の圧力(筒内圧)を検出するための筒内圧センサ44が設けられている。   Each cylinder of the internal combustion engine 10 includes a piston 34. A crankshaft 36 that is rotationally driven by the reciprocating motion is connected to the piston 34. The vehicle drive system and accessories (air conditioner compressor, alternator, torque converter, power steering pump, etc.) are driven by the rotational torque of the crankshaft 36. A crank angle sensor 38 for detecting the rotation angle of the crankshaft 36 is attached in the vicinity of the crankshaft 36. Further, a water temperature sensor 42 for detecting the cooling water temperature is attached to the cylinder block of the internal combustion engine 10. A predetermined cylinder among the four cylinders of the internal combustion engine 10 is provided with an in-cylinder pressure sensor 44 for detecting the in-cylinder pressure (in-cylinder pressure).

図1に示すように、本実施形態の燃焼状態推定装置はECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁30などが接続されている。   As shown in FIG. 1, the combustion state estimation device of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The ECU 40 is connected to the various sensors described above, the fuel injection valve 30, and the like.

このように構成された本実施形態の燃焼状態推定装置において、ECU40は、クランク角センサ38から検出したクランク角加速度に基づいて、爆発行程が行われる毎に燃焼による筒内トルクを算出する。また、ECU40は、吸気圧センサ29の検出値に基づいて各吸気行程で筒内に流入した筒内空気量を求め、筒内空気量から各爆発行程における基準トルクを求める。そして、筒内トルクと基準トルクの乖離度合いに基づいて、燃料の性状を判定する。   In the combustion state estimation device of the present embodiment configured as described above, the ECU 40 calculates the in-cylinder torque due to combustion every time an explosion stroke is performed based on the crank angular acceleration detected from the crank angle sensor 38. Further, the ECU 40 obtains the in-cylinder air amount that flows into the cylinder in each intake stroke based on the detection value of the intake pressure sensor 29, and obtains the reference torque in each explosion stroke from the in-cylinder air amount. The fuel property is determined based on the degree of deviation between the in-cylinder torque and the reference torque.

図2は、内燃機関10の始動後、最初の爆発行程(初爆)からN回の爆発行程が行われるまでの間において、基準トルクと筒内トルクが変動する様子を示す特性図である。ここで、図2(A)は燃料の性状が軽質の場合を、図2(B)は燃料の性状が重質の場合を、それぞれ示している。   FIG. 2 is a characteristic diagram showing how the reference torque and the in-cylinder torque fluctuate from the initial explosion stroke (initial explosion) to the Nth explosion stroke after the internal combustion engine 10 is started. Here, FIG. 2A shows the case where the fuel property is light, and FIG. 2B shows the case where the fuel property is heavy.

基準トルクは、燃料噴射弁30から噴射した燃料と、筒内へ流入した空気との混合気が理論空燃比で燃焼した場合の理論上のトルクである。機関始動時における燃料噴射量は予め所定の値に定められているため、基準トルクは筒内空気量に応じて変動し、筒内空気量が少なくなると減少する。   The reference torque is a theoretical torque when the air-fuel mixture of the fuel injected from the fuel injection valve 30 and the air flowing into the cylinder burns at the stoichiometric air-fuel ratio. Since the fuel injection amount at the time of starting the engine is set to a predetermined value in advance, the reference torque varies according to the in-cylinder air amount, and decreases as the in-cylinder air amount decreases.

また、筒内トルクは、爆発行程で実際に発生したトルクをクランク角加速度に基づいて算出した値である。爆発行程で実際に発生するトルクは筒内の燃焼状態に応じて変動し、筒内空気量が少ないほど燃焼状態は悪化するため、筒内トルクも筒内空気量が少なくなるほど減少する。   The in-cylinder torque is a value obtained by calculating the torque actually generated in the explosion stroke based on the crank angular acceleration. The torque actually generated in the explosion stroke varies in accordance with the in-cylinder combustion state. The smaller the in-cylinder air amount, the worse the combustion state. Therefore, the in-cylinder torque decreases as the in-cylinder air amount decreases.

図2(A)及び図2(B)に示すように、初爆時の際の吸気行程では、サージタンク28内に多くの空気が溜まっているため、十分な量の空気が筒内へ送られる。従って、初爆時の筒内空気量は多く、基準トルク、筒内トルクは比較的大きな値となる。   As shown in FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), in the intake stroke at the time of the first explosion, a large amount of air is accumulated in the surge tank 28, so that a sufficient amount of air is sent into the cylinder. It is done. Accordingly, the in-cylinder air amount at the first explosion is large, and the reference torque and the in-cylinder torque are relatively large values.

始動時には通常スロットルバルブ22が閉じているため、初爆後の吸気行程で筒内へ空気が送られる度にサージタンク28内の空気は減少していく。従って、初爆後、吸気行程が行われる毎に筒内へ送られる空気量は減少していき、図2(A)及び図2(B)に示すように、爆発行程毎の基準トルク、筒内トルクは次第に減少していく。   Since the throttle valve 22 is normally closed at the time of start-up, the air in the surge tank 28 decreases every time air is sent into the cylinder in the intake stroke after the first explosion. Therefore, after the first explosion, every time an intake stroke is performed, the amount of air sent into the cylinder decreases, and as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the reference torque and cylinder for each explosion stroke are reduced. The internal torque gradually decreases.

図2(A)及び図2(B)に示すように、軽質燃料の場合は、燃料噴射弁30から噴射された燃料が霧化し易いため、重質燃料に比べて筒内の燃焼状態が良好となり、初爆時およびその後の各サイクルにおける筒内トルクが重質燃料に比べて大きくなる。また、重質燃料の場合は燃料が霧化しにくく、混合気が形成されにくいため、軽質燃料に比べて初爆以降の筒内トルクのバラツキが大きくなる。   As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), in the case of light fuel, the fuel injected from the fuel injection valve 30 is easily atomized, so the in-cylinder combustion state is better than that of heavy fuel. Thus, the in-cylinder torque at the first explosion and each subsequent cycle becomes larger than that of heavy fuel. In addition, in the case of heavy fuel, the fuel is difficult to atomize and an air-fuel mixture is difficult to be formed. Therefore, variation in in-cylinder torque after the first explosion is larger than that of light fuel.

一方、基準トルクに関しては、軽質燃料の方が、初爆後の各サイクルにおける基準トルクは小さくなる。これは、燃料が軽質の場合、筒内の燃焼状態が良好になるため、機関回転数の増加割合が重質燃料に比べて大きくなることに起因している。すなわち、軽質燃料の場合は、初爆後に機関回転数が大きく上昇し、重質燃料の場合に比べてサージタンク28内の圧力がより負圧になる。このため、軽質燃料の場合は、初爆以降の筒内空気量が重質燃料に比べて少なくなり、燃料噴射量は軽質燃料、重質燃料の双方で同一であるため、図2(A)および図2(B)に示すように、初爆以降の軽質燃料の基準トルクは重質燃料に比べて小さくなる。   On the other hand, with respect to the reference torque, the reference torque in each cycle after the first explosion is smaller for light fuel. This is because when the fuel is light, the in-cylinder combustion state is good, and the rate of increase in engine speed is greater than that of heavy fuel. That is, in the case of light fuel, the engine speed greatly increases after the first explosion, and the pressure in the surge tank 28 becomes more negative than in the case of heavy fuel. Therefore, in the case of light fuel, the in-cylinder air amount after the first explosion is smaller than that of heavy fuel, and the fuel injection amount is the same for both light fuel and heavy fuel. And as shown to FIG. 2 (B), the reference torque of the light fuel after the first explosion becomes small compared with a heavy fuel.

このように、吸気通路12(吸気ポート)壁面への付着燃料量が多く、かつ霧化しにくい重質燃料の場合、初爆直後の燃焼に寄与する筒内の燃料量が燃料噴射弁30からの噴射量に対して減少するため、軽質燃料に比べて筒内トルクが低下する。一方、重質燃料の場合、初爆直後の機関回転数が比較的小さいため、より多くの空気がサージタンク28から筒内へ送られ、基準トルクは軽質燃料に比べて大きくなる。従って、初爆直後の基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いは、軽質燃料よりも重質燃料の方が大きくなる。   Thus, in the case of heavy fuel that has a large amount of fuel adhering to the wall surface of the intake passage 12 (intake port) and is difficult to atomize, the amount of fuel in the cylinder that contributes to combustion immediately after the first explosion is reduced from the fuel injection valve 30. Since it decreases with respect to the injection amount, the in-cylinder torque is lower than that of light fuel. On the other hand, in the case of heavy fuel, since the engine speed immediately after the first explosion is relatively small, more air is sent from the surge tank 28 into the cylinder, and the reference torque is larger than that of light fuel. Therefore, the degree of deviation between the reference torque immediately after the first explosion and the in-cylinder torque is greater for heavy fuel than for light fuel.

この観点から、本実施形態の燃焼状態推定装置は、基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いに基づいて燃料の性状を判定する。筒内トルクのみで燃料の性状を判定しようとした場合、筒内トルクには筒内空気量によるトルクの変動要因が考慮されていないため、燃料の性状の判定に誤差が含まれる場合がある。しかし、本実施形態によれば、筒内空気量のバラツキが筒内トルクと同期して求めた基準トルクに反映されるため、筒内空気量によるトルク変動の要因を考慮した上で正確に燃料の性状を判定することが可能となる。また、上述したように燃料の性状に応じて基準トルクと筒内トルクは相反する方向に変動するため、基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いから燃料の性状を判定することで、判定のS/N比を高めることができ、より高精度に燃料の性状を判定することが可能となる。   From this point of view, the combustion state estimation device according to the present embodiment determines the property of the fuel based on the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque. When it is attempted to determine the fuel properties only with the in-cylinder torque, the in-cylinder torque may not include an error in the determination of the fuel properties because the torque variation factor due to the in-cylinder air amount is not taken into consideration. However, according to the present embodiment, the variation in the in-cylinder air amount is reflected in the reference torque obtained in synchronization with the in-cylinder torque, so that the fuel can be accurately calculated in consideration of the factor of torque fluctuation due to the in-cylinder air amount. Can be determined. Further, as described above, since the reference torque and the in-cylinder torque fluctuate in opposite directions in accordance with the properties of the fuel, the determination of the fuel properties from the degree of divergence between the reference torque and the in-cylinder torque makes the determination S The / N ratio can be increased, and the properties of the fuel can be determined with higher accuracy.

次に、筒内トルク及び基準トルクの算出方法について説明する。本実施の形態では、筒内トルクとして以下に説明する推定図示トルクTを算出する。最初に、推定図示トルクTの算出に用いる数式について説明する。本実施形態では、以下の(1)式、(2)式を用いて燃焼状態の推定を行う。 Next, a method for calculating the in-cylinder torque and the reference torque will be described. In this embodiment, to calculate the estimated indicated torque T i to be described below as a cylinder torque. First, a description will be given of equations used for calculating the estimated indicated torque T i. In the present embodiment, the combustion state is estimated using the following equations (1) and (2).

Figure 2005105822
Figure 2005105822

(1)式、(2)式において、図示トルクT(推定図示トルクT)は、エンジンの燃焼によってクランク軸36に発生するトルクである。ここで、(2)式の右辺は図示トルクTを発生させるトルクを示しており、(1)式の右辺は図示トルクTを消費するトルクを示している。 In the expressions (1) and (2), the indicated torque T i (estimated indicated torque T i ) is a torque generated in the crankshaft 36 by the combustion of the engine. Here, (2) the right side shows the torque generated indicated torque T i, shows a torque consuming (1) is on the right side indicated torque T i.

(1)式の右辺において、Jは混合気の燃焼等によって駆動される駆動部材の慣性モーメント、dω/dtはクランク軸36の角加速度、Tは駆動部のフリクショントルク、Tは走行時に路面から受ける負荷トルク、を示している。ここで、J×(dω/dt)はクランク軸36の角加速度に起因する動的な損失トルク(=Tac)である。フリクショントルクTは、ピストン34とシリンダ内壁の摩擦など各嵌合部の機械的な摩擦によるトルクであって、補機類の機械的な摩擦によるトルクを含むものである。負荷トルクTは、走行時の路面状態などの外乱によるトルクである。本実施形態では、シフトギヤをニュートラルの状態にして燃焼状態を推定するため、以下の説明ではT=0とする。 (1) On the right side of the formula, J is the moment of inertia of the driven member driven by the combustion or the like of the mixture, d [omega / dt is the angular acceleration of the crankshaft 36, T f is the friction torque of the drive unit, T l is the time of running The load torque received from the road surface is shown. Here, J × (dω / dt) is a dynamic loss torque (= T ac ) caused by the angular acceleration of the crankshaft 36. The friction torque Tf is a torque due to mechanical friction of each fitting portion such as friction between the piston 34 and the inner wall of the cylinder, and includes torque due to mechanical friction of accessories. The load torque Tl is a torque due to a disturbance such as a road surface condition during traveling. In this embodiment, in order to estimate the combustion state with the shift gear in the neutral state, T l = 0 in the following description.

また、(2)式の右辺において、Tgasはシリンダ内の筒内ガス圧によるトルク(筒内トルク)、Tinertiaはピストン34などの往復慣性質量による慣性トルクを示している。筒内ガス圧によるトルクTgasは、シリンダ内の混合気の燃焼によって発生するトルクである。燃焼状態を正確に推定するためには、筒内ガス圧によるトルクTgasを求める必要がある。 Further, in (2) of the right side, T gas is the torque due to cylinder gas pressure in the cylinder (in-cylinder torque), T inertia represents the inertial torque due to reciprocating inertia mass such as a piston 34. Torque T gas due to in-cylinder gas pressure is torque generated by combustion of the air-fuel mixture in the cylinder. In order to accurately estimate the combustion state, it is necessary to obtain the torque T gas by the cylinder gas pressure.

(1)式に示されるように、図示トルクTは、角加速度に起因する動的な損失トルクJ×(dω/dt)、フリクショントルクT、及び負荷トルクTの和として求めることができる。しかし、(2)式に示されるように、図示トルクTと筒内ガス圧によるトルクTgasは一致しないため、図示トルクTから燃焼状態を正確に推定することはできない。 As shown in the equation (1), the indicated torque T i can be obtained as the sum of dynamic loss torque J × (dω / dt) due to angular acceleration, friction torque T f , and load torque T l. it can. However, as shown in the equation (2), the indicated torque T i and the torque T gas due to the in-cylinder gas pressure do not coincide with each other, so that the combustion state cannot be accurately estimated from the indicated torque T i .

図3は、(2)式の各トルクとクランク角との関係を示す特性図である。図2において、縦軸は各トルクの大きさを、横軸はクランク角を示しており、図3中の一点鎖線は図示トルクTを、実線は筒内ガス圧によるトルクTgasを、破線は往復慣性質量による慣性トルクTinertiaをそれぞれ示している。ここで、図3は4気筒の場合の特性を示したものであり、図3中のTDC、BDCは、4気筒のうちの1気筒のピストン34が上死点(TDC)、または下死点(BDC)の位置にある場合のクランク角(0°,180°)を示している。内燃機関10が4気筒の場合、クランク軸36が180°回転する度に1気筒づつ爆発(膨張)行程が行われ、1回の爆発毎に図3中のTDCからBDCまでのトルク特性が繰り返し現れる。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between each torque and crank angle in equation (2). In FIG. 2, the vertical axis of the torque magnitude, the horizontal axis represents the crank angle, the one-dot chain line indicated torque T i in FIG. 3, the solid line a torque T gas by the in-cylinder gas pressure, the broken lines Indicates the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass. Here, FIG. 3 shows the characteristics in the case of four cylinders. TDC and BDC in FIG. 3 are the top dead center (TDC) or the bottom dead center of the piston 34 of one of the four cylinders. The crank angle (0 °, 180 °) in the (BDC) position is shown. When the internal combustion engine 10 has four cylinders, each time the crankshaft 36 rotates 180 °, an explosion (expansion) stroke is performed for each cylinder, and the torque characteristics from TDC to BDC in FIG. 3 are repeated for each explosion. appear.

図3中の実線に示すように、筒内ガス圧によるトルクTgasは、TDCからBDCの間で急激に増加し、減少する。ここで、Tgasの急激な増加は、爆発工程で燃焼室内の混合気が爆発するためである。爆発後、Tgasは減少し、他の圧縮行程あるいは排気行程にある気筒の影響により、負の値を取る。そのクランク角がBDCに達するとシリンダの容積変化が0となり、これによってTgasは0の値を取る。 As shown by the solid line in FIG. 3, the torque T gas due to the in-cylinder gas pressure rapidly increases and decreases between TDC and BDC. Here, the rapid increase in T gas is due to the explosion of the air-fuel mixture in the combustion chamber in the explosion process. After the explosion, T gas decreases and takes a negative value due to the influence of the cylinders in other compression strokes or exhaust strokes. When the crank angle reaches BDC, the change in the volume of the cylinder becomes zero, whereby T gas takes a value of zero.

一方、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaは、筒内ガス圧によるトルクTgasとはほとんどあるいは無視できるほど無関係に、ピストン34など往復運動する部材の慣性質量によって発生する慣性トルクである。往復運動する部材は加減速を繰り返しており、Tinertiaはクランクが回転していれば角速度一定の場合であっても常に発生する。図3中の破線に示すように、クランク角がTDCの位置では往復運動する部材は停止しており、Tinertia=0である。クランク角がTDCからBDCに向かって進むと、往復運動する部材が停止状態から運動し始める。この際、これらの部材の慣性によってTinertiaは負の方向に増加する。クランク角が90°近傍に達した時点では、往復運動する部材が所定の速度で運動しているため、これらの部材の慣性によってクランク軸36が回転する。従って、TinertiaはTDCとBDCの間で負の値から正の値へ変わる。その後、クランク角がBDCまで到達すると往復運動する部材は停止し、Tinertia=0となる。 On the other hand, the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass is an inertia torque generated by the inertia mass of the reciprocating member such as the piston 34, irrespective of the torque T gas due to the in-cylinder gas pressure. The reciprocating member repeats acceleration / deceleration, and T inertia always occurs as long as the crank rotates, even if the angular velocity is constant. As shown by the broken line in FIG. 3, the member that reciprocates is stopped at the position where the crank angle is TDC, and T inertia = 0. When the crank angle advances from TDC toward BDC, the reciprocating member starts to move from the stopped state. At this time, T inertia increases in a negative direction due to inertia of these members. When the crank angle reaches around 90 °, the reciprocating members are moving at a predetermined speed, so that the crankshaft 36 is rotated by the inertia of these members. Therefore, T interia changes from a negative value to a positive value between TDC and BDC. After that, when the crank angle reaches BDC, the reciprocating member stops and T inertia = 0.

(2)式に示されるように、図示トルクTは筒内ガス圧によるトルクTgasと往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの和である。このため、図3の一点鎖線に示されるように、TDCとBDCの間では、図示トルクTは混合気の爆発によるTgasの増加によって増加し、一旦減少した後、Tinertiaによって再び増加するという複雑な挙動を示している。 As shown in the equation (2), the indicated torque T i is the sum of the torque T gas caused by the in-cylinder gas pressure and the inertia torque T inertia caused by the reciprocating inertia mass. For this reason, as shown by the one-dot chain line in FIG. 3, between TDC and BDC, the indicated torque T i increases due to an increase in T gas due to the explosion of the air-fuel mixture, and once decreases, then increases again due to T inertia . It shows the complicated behavior.

しかし、TDCからBDCまでのクランク角180°の区間に着目すると、この区間での往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値は0となる。これは、往復慣性質量を有する部材が、クランク角0°〜90°近傍とクランク角90°近傍〜180°で反対の動きをするためである。従って、(1)式および(2)式の各トルクをTDCからBDCまでの平均値として算出すると、往復慣性質量による慣性トルクTinertia=0として計算することができる。これにより、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaが図示トルクTに与える影響を排除することができ、正確に図示トルクTを推定することが可能となる。従って、図示トルクTに基づいて正確な燃焼状態を簡単に推定することが可能となる。 However, paying attention to a section with a crank angle of 180 ° from TDC to BDC, the average value of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass in this section is zero. This is because the member having the reciprocating inertia mass moves in the opposite direction at a crank angle of about 0 ° to 90 ° and a crank angle of about 90 ° to 180 °. Therefore, when the torques in the equations (1) and (2) are calculated as average values from TDC to BDC, the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass can be calculated as zero. As a result, it is possible to eliminate the influence of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass on the indicated torque T i, and it is possible to accurately estimate the indicated torque T i . Therefore, it is possible to easily estimate an accurate combustion state based on the indicated torque T i.

そして、TDCからBDCまでの区間において各トルクの平均値を求めると、Tinertiaの平均値が0となるため、(2)式から、図示トルクTの平均値と筒内ガス圧によるトルクTgasの平均値とが等しくなる。このため、図示トルクTに基づいて正確に燃焼状態を推定することができる。 When the average value of each torque in the interval from TDC to BDC, T the average value of inertia becomes zero, from equation (2), the torque T by the average value and the in-cylinder gas pressure indicated torque T i The average value of gas becomes equal. Therefore, it is possible to estimate accurately the combustion state based on the indicated torque T i.

更に、TDCからBDCまでの区間でクランク軸36の角加速度の平均値を求めると、この区間でのTinertiaの平均値は0であるため、往復慣性質量が角加速度に与える影響を排除して角加速度を求めることができる。従って、燃焼状態のみに起因する角加速度を算出することができ、角加速度に基づいて正確に燃焼状態を推定することが可能となる。 Further, when the average value of the angular acceleration of the crankshaft 36 is obtained in the section from TDC to BDC, the average value of T inertia in this section is 0, so the influence of the reciprocating inertia mass on the angular acceleration is eliminated. Angular acceleration can be obtained. Therefore, it is possible to calculate the angular acceleration caused only by the combustion state, and it is possible to accurately estimate the combustion state based on the angular acceleration.

次に、(1)式の右辺の各トルクを算出して、左辺の図示トルクTを求める方法を説明する。最初に、角加速度に起因する動的な損失トルクTac=J×(dω/dt)の算出方法を説明する。図4は、クランク軸36の角加速度を求める方法を示す模式図である。図4に示すように、本実施形態では、クランク軸36の回転の10°毎にクランク角センサ38からクランク角信号が検出される。 Then, (1) to calculate the respective torque of the right side of the equation, a method for obtaining the left-hand side indicated torque T i. First, a method of calculating dynamic loss torque T ac = J × (dω / dt) resulting from angular acceleration will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for obtaining the angular acceleration of the crankshaft 36. As shown in FIG. 4, in this embodiment, a crank angle signal is detected from the crank angle sensor 38 every 10 ° of rotation of the crankshaft 36.

本実施形態の燃焼状態推定装置は、角加速度に起因する動的な損失トルクTacを、TDCからBDCまでのクランク角180°の区間の平均値として算出する。このために、本実施形態の装置は、TDCとBDCの2ヶ所のクランク角位置で角速度ω(k),ω(k+1)をそれぞれ求め、同時にクランク軸36がTDCからBDCまで回転する時間Δt(k)を求める。 The combustion state estimation apparatus according to the present embodiment calculates the dynamic loss torque Tac caused by the angular acceleration as an average value in a section with a crank angle of 180 ° from TDC to BDC. For this purpose, the apparatus of the present embodiment obtains angular velocities ω 0 (k) and ω 0 (k + 1) at two crank angle positions of TDC and BDC, respectively, and at the same time, the crankshaft 36 rotates from TDC to BDC. Δt (k) is obtained.

角速度ω(k)を求める際には、例えば図4に示すように、クランク角がTDCの位置から前後10°づつ回転している間の時間Δt(k),Δt10(k)をクランク角センサ38から検出する。そして、時間Δt(k)+Δt10(k)の間にクランク軸36が20°回転しているため、ω(k)=(20/(Δt(k)+Δt10(k)))×(π/180)を演算することによってω(k)[rad/s]を算出できる。同様に、ω(k+1)を算出する際は、クランク角がBDCの位置から前後10°づつ回転している間の時間Δt(k+1),Δt10(k+1)を検出する。そして、ω(k+1)=(20/(Δt(k+1)+Δt10(k+1)))×(π/180)を演算することによってω(k+1)[rad/s]を算出できる。 When obtaining the angular velocity ω 0 (k), for example, as shown in FIG. 4, the time Δt 0 (k) and Δt 10 (k) during which the crank angle is rotated 10 ° forward and backward from the TDC position are calculated. It is detected from the crank angle sensor 38. Since the crankshaft 36 rotates 20 ° during the time Δt 0 (k) + Δt 10 (k), ω 0 (k) = (20 / (Δt 0 (k) + Δt 10 (k))) By calculating x (π / 180), ω 0 (k) [rad / s] can be calculated. Similarly, when calculating ω 0 (k + 1), the times Δt 0 (k + 1) and Δt 10 (k + 1) during which the crank angle rotates by 10 ° forward and backward from the BDC position are detected. Then, ω 0 (k + 1) = (20 / (Δt 0 (k + 1) + Δt 10 (k + 1))) × (π / 180) ω by computing 0 (k + 1) can be calculated [rad / s].

角速度ω(k),ω(k+1)を求めた後は、(ω(k+1)−ω(k))/Δt(k)を演算し、TDCからBDCまでクランク軸36が回転する間の角加速度の平均値を算出する。 After obtaining the angular velocities ω 0 (k), ω 0 (k + 1), (ω 0 (k + 1) −ω 0 (k)) / Δt (k) is calculated, and the crankshaft 36 rotates from TDC to BDC. The average value of the angular acceleration is calculated.

そして、角加速度の平均値を求めた後は、(1)式の右辺に従って、角加速度の平均値と慣性モーメントJを乗算する。これにより、クランク軸36がTDCからBDCまで回転する間の動的な損失トルクJ×(dω/dt)の平均値を算出できる。なお、駆動部の慣性モーメントJは、駆動部品の慣性質量から予め求めておく。   After the average value of angular acceleration is obtained, the average value of angular acceleration and the moment of inertia J are multiplied according to the right side of equation (1). As a result, an average value of dynamic loss torque J × (dω / dt) while the crankshaft 36 rotates from TDC to BDC can be calculated. The inertia moment J of the drive unit is obtained in advance from the inertia mass of the drive component.

なお、上述した例では、TDCとBDCにおける角速度から角加速度による動的な損失トルクTacを求めたが、TDCからBDCまでの区間を更に複数の区間に分割し、分割した各区間毎に角加速度による動的な損失トルクを求め、これらの損失トルクを平均して180°毎の損失トルクTacを求めても良い。例えば、TDCからBDCまでのクランク角を30°毎に6等分し、30°毎に動的な損失トルクを求めて平均化処理することで、TDC−BDC間の動的な損失トルクTacの平均値を求めても良い。これにより、クランク角速度の検出箇所をより多くすることができ、クランク角検出誤差を最小限に抑えることが可能となる。 In the above-described example, the dynamic loss torque Tac due to the angular acceleration is obtained from the angular velocities at the TDC and the BDC. However, the section from the TDC to the BDC is further divided into a plurality of sections. Dynamic loss torque due to acceleration may be obtained, and these loss torques may be averaged to obtain loss torque Tac every 180 °. For example, the crank angle from TDC to BDC is divided into 6 equal parts every 30 °, and the dynamic loss torque T ac between TDC and BDC is obtained by calculating and averaging the dynamic loss torque every 30 °. You may obtain | require the average value of. As a result, the number of crank angular velocity detection points can be increased, and the crank angle detection error can be minimized.

次にフリクショントルクTの算出方法を説明する。図5はフリクショントルクTと内燃機関10の機関回転数(Ne)、冷却水温(thw)との関係を表したマップである。図5において、フリクショントルクT、機関回転数(Ne)、冷却水温(thw)は、TDCからBDCまでクランク軸36が180°回転した場合の平均値である。また、冷却水温は、thw1→thw2→thw3の順に高温になる。図5に示すように、フリクショントルクTは機関回転数(Ne)が増えると増加し、また冷却水温(thw)が低くなると増加する傾向にある。図5のマップは、機関回転数(Ne)、冷却水温(thw)をパラメータとして可変し、TDCからBDCまでクランク軸36を回転させた際に発生するフリクショントルクTを測定し、その平均値を算出することで予め作成しておく。そして、燃焼状態を推定する際には、TDCからBDCまでの区間における冷却水温の平均値、機関回転数の平均値を図5のマップに当てはめて、フリクショントルクTの平均値を求める。この際、冷却水温は水温センサ42から、機関回転数はクランク角センサ38からそれぞれ検出する。 Next, a method for calculating the friction torque Tf will be described. FIG. 5 is a map showing the relationship between the friction torque Tf , the engine speed (Ne) of the internal combustion engine 10 and the coolant temperature (thw). In FIG. 5, the friction torque T f , the engine speed (Ne), and the cooling water temperature (thw) are average values when the crankshaft 36 is rotated 180 ° from TDC to BDC. Further, the cooling water temperature becomes higher in the order of thw1 → thw2 → thw3. As shown in FIG. 5, the friction torque Tf tends to increase as the engine speed (Ne) increases and increase as the cooling water temperature (thw) decreases. The map of FIG. 5 measures the friction torque Tf generated when the crankshaft 36 is rotated from TDC to BDC by varying the engine speed (Ne) and the coolant temperature (thw) as parameters, and the average value thereof. It is created in advance by calculating. Then, when estimating the combustion state, the average value of the coolant temperature and the average value of the engine speed in the section from TDC to BDC are applied to the map of FIG. 5 to obtain the average value of the friction torque Tf . At this time, the coolant temperature is detected from the water temperature sensor 42, and the engine speed is detected from the crank angle sensor 38.

クランク角の変動に伴うフリクショントルクTの挙動は非常に複雑であり、バラツキも大きい。しかし、フリクショントルクTの挙動は主としてピストン34の速度に依存しているため、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間毎のフリクショントルクTの平均値はほぼ一定している。従って、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となるクランク角180°の区間(TDC→BDC)毎にフリクショントルクTの平均値を求めることで、複雑な瞬時挙動を示すフリクショントルクTを精度良く求めることができる。また、フリクショントルクTをこの区間毎の平均値とすることで、図5に示すマップを正確に作成することができる。 The behavior of the friction torque Tf accompanying the variation of the crank angle is very complicated and has a large variation. However, since the behavior of the friction torque Tf mainly depends on the speed of the piston 34, the average value of the friction torque Tf for each section in which the average value of the inertia torque Tinertia due to the reciprocating inertial mass is 0 is substantially constant. ing. Therefore, by obtaining the average value of the friction torque Tf for each section (TDC → BDC) with a crank angle of 180 ° where the average value of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass is zero, the friction torque showing a complex instantaneous behavior is obtained. Tf can be obtained with high accuracy. Moreover, the map shown in FIG. 5 can be accurately created by setting the friction torque Tf to an average value for each section.

また、上述したようにフリクショントルクTには補機類の摩擦によるトルクが含まれる。ここで、補機類の摩擦によるトルクは、補機類が動作しているか否かによって値が異なる。例えば、補機の1つであるエアコンのコンプレッサには、エンジンの回転がベルト等によって伝達されており、エアコンが実際に動作していない状態であっても摩擦によるトルクが発生している。 Further, as described above, the friction torque Tf includes torque due to friction of auxiliary machinery. Here, the value of the torque due to the friction of the auxiliary machines varies depending on whether or not the auxiliary machines are operating. For example, the rotation of the engine is transmitted to a compressor of an air conditioner, which is one of the auxiliary machines, by a belt or the like, and torque due to friction is generated even when the air conditioner is not actually operating.

一方、補機類を動作させた場合、例えばエアコンのスイッチをオン(ON)した場合は、エアコンを動作させていない状態に比べてコンプレッサで消費されるトルクは大きくなる。このため、補機類の摩擦によるトルクが大きくなり、フリクショントルクTの値も増大する。従って、フリクショントルクTを正確に求めるためには、補機類の動作状態を検出し、補機類のスイッチがオン(ON)している場合には、図5のマップから求めたフリクショントルクTの値を補正することが望ましい。 On the other hand, when the auxiliary machinery is operated, for example, when the air conditioner switch is turned on, the torque consumed by the compressor is larger than when the air conditioner is not operated. For this reason, the torque due to the friction of the auxiliary machinery increases, and the value of the friction torque Tf also increases. Therefore, in order to accurately determine the friction torque Tf , the operating state of the auxiliary machinery is detected, and when the auxiliary machinery is switched on, the friction torque obtained from the map of FIG. It is desirable to correct the value of Tf .

なお、極冷間始動時などにおいては、実際にフリクショントルクTが発生している部位の温度と冷却水温との差を考慮して、フリクショントルクTを補正することがより好適である。この場合、冷間始動後の機関始動時間、筒内流入燃料量等を考慮して補正を行うことが望ましい。 It is more preferable to correct the friction torque T f in consideration of the difference between the temperature of the portion where the friction torque T f is actually generated and the cooling water temperature at the time of extremely cold start. In this case, it is desirable to perform correction in consideration of the engine start time after the cold start, the in-cylinder inflow fuel amount, and the like.

角加速度に起因する動的な損失トルクTacとフリクショントルクTを求めた後、TacとTを加算することで(1)式の左辺の図示トルクTを算出する。ここで算出された図示トルクTは、TDCからBDCまでのクランク角180°の区間の平均値として算出される。従って、この区間ではTinertiaの平均値が0であるため、(2)式からT=Tgasとなる。 After obtaining the dynamic loss torque T ac and the friction torque T f due to angular acceleration, by adding the T ac and T f (1) to calculate the left-hand side indicated torque T i in equation. The indicated torque T i calculated here is calculated as an average value of a section having a crank angle of 180 ° from TDC to BDC. Therefore, since the average value of T inert is 0 in this section, T i = T gas is obtained from the equation (2).

図6は、(1)式から算出した図示トルクT(k)(=Tgas(k))と各気筒の各行程との関係を示す模式図である。ここで、kはサイクルカウンタであって、T(k)は、初爆からk回目の爆発行程における図示トルクである。図6に示すように、内燃機関10が#1〜#4の4気筒で構成される場合、クランク軸36の180°回転毎に#1、#3、#4、#2の順で爆発行程が行われる。爆発行程毎、すなわちクランク角180°毎に図示トルクTを順次算出していくと、図6に示すように、図示トルクT(k)は#1の気筒の爆発に対応する。同様に、図示トルクT(k−2)は#4の気筒の爆発に、図示トルクT(k−1)は#2の気筒の爆発に、図示トルクT(k+1)は#3の気筒の爆発に、図示トルクT(k+2)は#4の気筒の爆発に、それぞれ対応する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the indicated torque T i (k) (= T gas (k)) calculated from the equation (1) and each stroke of each cylinder. Here, k is a cycle counter, and T i (k) is the indicated torque in the kth explosion stroke from the first explosion. As shown in FIG. 6, when the internal combustion engine 10 is composed of four cylinders # 1 to # 4, the explosion stroke is performed in the order of # 1, # 3, # 4, and # 2 every 180 ° rotation of the crankshaft 36. Is done. When the indicated torque T i is sequentially calculated for each explosion stroke, that is, every crank angle of 180 °, the indicated torque T i (k) corresponds to the explosion of the cylinder # 1, as shown in FIG. Similarly, the indicated torque T i (k−2) is the explosion of cylinder # 4, the indicated torque T i (k−1) is the explosion of cylinder # 2, and the indicated torque T i (k + 1) is # 3. The indicated torque T i (k + 2) corresponds to the explosion of the cylinder # 4.

ここで、図示トルクT(k)が発生した行程に着目すると、#1は爆発行程、#3は圧縮行程、#4は吸気行程、#2は排気行程となっている。ここで、圧縮、吸気、排気行程のトルクは、爆発行程で発生する筒内ガス圧によるトルクに比べて非常に小さいため、図示トルクTは#1の爆発により発生した筒内ガス圧によるトルクTgasとみなすことができる。従って、図示トルクをT(k−2),T(k−1),T(k),T(k+1),T(k+2)の順に算出することで、#4、#2、#1、#3、#4の順に各気筒の爆発による筒内ガス圧によるトルクTgasを算出することができる。 Here, focusing on the stroke in which the indicated torque T i (k) is generated, # 1 is the explosion stroke, # 3 is the compression stroke, # 4 is the intake stroke, and # 2 is the exhaust stroke. Here, compression, intake, the torque of the exhaust stroke, since it is very small compared to the torque due to cylinder gas pressure generated by the explosion stroke, the indicated torque T i torque by the in-cylinder gas pressure generated by explosion # 1 It can be regarded as T gas . Accordingly, by calculating the indicated torque in the order of T i (k−2), T i (k−1), T i (k), T i (k + 1), and T i (k + 2), # 4, # 2 , # 1, # 3, # 4, the torque T gas by the cylinder gas pressure due to the explosion of each cylinder can be calculated.

次に、基準トルクの算出方法について説明する。上述したように基準トルクは筒内空気量に応じて変動し、筒内トルクの関数として表すことができる。筒内空気量と基準トルクは線形の関係にあるため、基準トルクTia(k)は以下の(3)式から算出することができる。 Next, a method for calculating the reference torque will be described. As described above, the reference torque varies according to the in-cylinder air amount and can be expressed as a function of the in-cylinder torque. Since the in-cylinder air amount and the reference torque are in a linear relationship, the reference torque T ia (k) can be calculated from the following equation (3).

ia(k)=A・mc(k)+B ・・・(3) T ia (k) = A · mc (k) + B (3)

(3)式において、mc(k)は、初爆からk回目の爆発行程における筒内空気量である。また、A,Bは基準トルクTia(k)と筒内空気量mc(k)との関係を表す所定の定数であるが、運転条件等に応じた変数としても良い。(3)式に示すように、基準トルクTia(k)は、初爆からk回目の爆発行程における筒内空気量mc(k)、すなわち、初爆からk回目の爆発行程に対応した吸気行程で筒内へ流入した空気量から算出することができる。 In the formula (3), mc (k) is the in-cylinder air amount in the kth explosion stroke from the first explosion. A and B are predetermined constants representing the relationship between the reference torque T ia (k) and the in-cylinder air amount mc (k), but may be variables according to operating conditions and the like. As shown in the equation (3), the reference torque T ia (k) is the in-cylinder air amount mc (k) in the kth explosion stroke from the first explosion, that is, the intake air corresponding to the kth explosion stroke from the first explosion. It can be calculated from the amount of air flowing into the cylinder during the stroke.

(3)式における筒内空気量mc(k)は、吸気管圧力(筒内圧力)と線形の関係にあるため、以下の(4)式から算出することができる。   Since the in-cylinder air amount mc (k) in the equation (3) is linearly related to the intake pipe pressure (in-cylinder pressure), it can be calculated from the following equation (4).

mc(k)=C・pm(k)+D ・・・(4) mc (k) = C · pm (k) + D (4)

(4)式において、pm(k)は初爆からk回目の吸気行程における吸気管圧力であって、吸気弁が閉じるタイミングでの吸気管圧センサ29の検出値から得られる。なお、(4)式において、C,Dは適合定数である。   In equation (4), pm (k) is the intake pipe pressure in the kth intake stroke from the first explosion, and is obtained from the detected value of the intake pipe pressure sensor 29 at the timing when the intake valve closes. In the equation (4), C and D are conformity constants.

このように、(3)式、(4)式によれば、吸気管圧センサ29から検出した吸気管圧力pm(k)に基づいて、基準トルクTia(k)を算出することができる。なお、吸気管圧力pm(k)と筒内空気量mc(k)の関係をマップで記憶させておき、吸気管圧力pm(k)に応じた筒内空気量mc(k)の値をマップから取得しても良い。 Thus, according to the equations (3) and (4), the reference torque T ia (k) can be calculated based on the intake pipe pressure pm (k) detected from the intake pipe pressure sensor 29. The relationship between the intake pipe pressure pm (k) and the in-cylinder air amount mc (k) is stored as a map, and the value of the in-cylinder air amount mc (k) corresponding to the intake pipe pressure pm (k) is mapped. You may get from.

また、基準トルクは筒内空気量の関数であるため、筒内空気量に応じて変動する所定の特性値から直接的に基準トルクを求めるようにしても良い。例えば、筒内空気量は上述のように吸気管圧力に応じて変動し、また、機関回転数に応じて変動するため、吸気管圧力または機関回転数と基準トルクとの関係を予め取得しておき、吸気管圧力または機関回転数から直接的に基準トルクを求めてもよい。   Further, since the reference torque is a function of the in-cylinder air amount, the reference torque may be obtained directly from a predetermined characteristic value that varies according to the in-cylinder air amount. For example, the in-cylinder air amount varies according to the intake pipe pressure as described above, and also varies according to the engine speed, so that the relationship between the intake pipe pressure or the engine speed and the reference torque is acquired in advance. Alternatively, the reference torque may be obtained directly from the intake pipe pressure or the engine speed.

推定図示トルクT(k)と基準トルクTia(k)を算出した後、推定図示トルクT(k)と基準トルクTia(k)を比較して双方のトルクの乖離度合いを求める。乖離度合いは、例えば、基準トルクTia(k)に対する推定図示トルクT(k)の比率r(k)から判定する。比率r(k)は、以下の(5)式から算出する。 After calculating the estimated indicated torque T i (k) and the reference torque T ia (k), obtaining the degree of deviation of both torque by comparing the estimated indicated torque T i (k) and the reference torque T ia (k). The degree of deviation is determined from, for example, the ratio r (k) of the estimated indicated torque T i (k) to the reference torque T ia (k). The ratio r (k) is calculated from the following equation (5).

r(k)=T(k)/Tia(k) ・・・・・(5) r (k) = T i (k) / T ia (k) (5)

(5)式において、T(k)は、上述したように初爆からk回目の爆発行程で算出された推定図示トルクである。一方、基準トルクTia(k)は、初爆からk回目の爆発行程と同じサイクルの吸気行程(初爆からk回目の吸気行程)で筒内へ流入した筒内空気量mc(k)から算出したトルクである。従って、r(k)を算出する際には、初爆からk回目の爆発行程と同一サイクルの吸気行程で先ず筒内空気量mc(k)を求め、筒内空気量mc(k)に基づいて基準トルクTia(k)を算出した後、その値を保持しておく。そして、そのサイクルで爆発行程が行われた際に推定図示トルクT(k)を算出し、T(k)と保持しておいたTia(k)とを用いて(5)式の演算を行うことにより、r(k)を算出する。 In the equation (5), T i (k) is the estimated indicated torque calculated in the kth explosion stroke from the first explosion as described above. On the other hand, the reference torque T ia (k) is obtained from the in-cylinder air amount mc (k) that flows into the cylinder during the intake stroke (k-th intake stroke from the first explosion) in the same cycle as the k-th explosion stroke from the first explosion. This is the calculated torque. Therefore, when calculating r (k), the cylinder air amount mc (k) is first obtained in the intake stroke of the same cycle as the kth explosion stroke from the first explosion, and is based on the cylinder air amount mc (k). After calculating the reference torque T ia (k), the value is held. Then, when the explosion stroke is performed in the cycle, the estimated indicated torque T i (k) is calculated, and using T i (k) and the retained T ia (k), the equation (5) By calculating, r (k) is calculated.

上述したように、基準トルクTia(k)は、筒内の混合気が理論空燃比で燃焼した場合の理論上のトルクであって、点火時期をMBT(Minimum Spark Advance for Best Torque)として算出している。従って、通常、基準トルクTia(k)は筒内トルクT(k)よりも大きな値として算出され、r(k)の値は1より小さくなる。 As described above, the reference torque T ia (k) is a theoretical torque when the air-fuel mixture in the cylinder burns at the stoichiometric air-fuel ratio, and the ignition timing is calculated as MBT (Minimum Spark Advance for Best Torque). doing. Therefore, the reference torque T ia (k) is usually calculated as a value larger than the in-cylinder torque T i (k), and the value of r (k) is smaller than 1.

r(k)の算出値には、燃焼バラツキによる誤差が含まれる場合があるので、初爆後の1サイクルのみで算出したr(k)に基づいて燃料の性状を判定した場合、判定の精度が劣化する場合がある。従って、初爆後、数回のサイクルで算出したr(k)の値を積算して積算値Sr(k)を求め、Sr(k)に基づいて燃焼状態、燃料の性状を判定することが望ましい。これにより、燃焼バラツキに起因して推定図示トルクT(k)の値にバラツキが発生した場合であっても、燃焼状態、燃料の性状を高精度に判定することが可能となる。 Since the calculated value of r (k) may include an error due to combustion variations, the accuracy of determination is determined when the fuel property is determined based on r (k) calculated only in one cycle after the first explosion. May deteriorate. Therefore, after the first explosion, the value of r (k) calculated in several cycles is integrated to obtain an integrated value Sr (k), and the combustion state and the properties of the fuel are determined based on Sr (k). desirable. As a result, even if there is a variation in the estimated indicated torque T i (k) due to the variation in combustion, it is possible to determine the combustion state and the properties of the fuel with high accuracy.

図7は、燃料の性状および燃焼状態と、Sr(k)の値との関係を示す模式図である。r(k)の値が大きいほどTia(k)とT(k)の値が近似し、Tia(k)とT(k)の乖離度合いが小さくなる。従って、図7に示すように、Sr(k)の値が大きいほど燃焼状態が良好となり、燃料の性状が軽質であると判定できる。一方、Sr(k)が小さいほどTia(k)とT(k)の値が相違し、Tia(k)とT(k)の乖離度合いが大きくなる。従って、図7に示すように、Sr(k)の値が小さいほど燃焼状態が劣化し、燃料の性状が重質であると判定できる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the properties and combustion state of the fuel and the value of Sr (k). As the value of r (k) is larger, the values of T ia (k) and T i (k) are approximated, and the degree of divergence between T ia (k) and T i (k) is smaller. Therefore, as shown in FIG. 7, the larger the value of Sr (k), the better the combustion state, and it can be determined that the property of the fuel is light. On the other hand, the value of Sr as (k) is small T ia (k) and T i (k) are different, the degree of deviation T ia (k) and T i (k) is increased. Therefore, as shown in FIG. 7, the smaller the value of Sr (k), the more the combustion state deteriorates, and it can be determined that the fuel property is heavy.

重質燃料の場合は燃料が吸気ポートに付着し易く、また、初爆直後は吸気通路12が十分に暖まっていないため吸気ポート壁面に付着した燃料は霧化しにくい状態にある。従って、初爆直後に判定を行うことで、筒内の燃焼状態、燃料の性状が筒内トルク(推定図示トルク)の算出値に正確に反映されることとなり、燃焼状態、燃料の性状を高い精度で判定することが可能である。これにより、燃焼状態、燃料の性状の判定を初爆後の早期に行うことも可能となる。また、初爆から所定期間が経過すると空燃比フィードバック制御が行われ、燃焼状態、燃料の性状に応じて空燃比が制御されてしまい、燃焼状態、燃料の性状が筒内トルクの算出値に反映されない場合がある。従って、この観点からも初爆直後に判定を行うことが好適である。   In the case of heavy fuel, the fuel is likely to adhere to the intake port, and immediately after the first explosion, the intake passage 12 is not sufficiently warmed, so that the fuel attached to the wall surface of the intake port is difficult to atomize. Therefore, by performing the determination immediately after the first explosion, the combustion state in the cylinder and the properties of the fuel are accurately reflected in the calculated value of the in-cylinder torque (estimated indicated torque), and the combustion state and the properties of the fuel are high. It is possible to determine with accuracy. This makes it possible to determine the combustion state and the properties of the fuel early after the first explosion. In addition, air-fuel ratio feedback control is performed after a predetermined period from the first explosion, and the air-fuel ratio is controlled according to the combustion state and fuel properties, and the combustion state and fuel properties are reflected in the calculated value of the in-cylinder torque. May not be. Therefore, from this point of view, it is preferable to perform the determination immediately after the first explosion.

次に、図8のフローチャートに基づいて本実施形態の燃焼状態推定装置における処理の手順を説明する。先ず、ステップS1では、燃焼状態を判定するための判定条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、現在のサイクル数kが所定のサイクル数Nに到達しているか否か、すなわち、k=Nであるか否かを判定する。k≠Nの場合は、現在のサイクル数がNに達していないため、燃焼状態、燃料の性状を判定するためのr(k)の算出回数が不足していると判定し、ステップS2へ進む。そして、ステップS2以降で更なるr(k)の算出を行う。一方、k=Nの場合はステップS7へ進む。なお、ステップS1では、初爆から現在のサイクルまでの間に燃料噴射弁30から噴射した燃料の総量と、所定のしきい値とを比較して、燃料噴射量の総量が所定のしきい値を超えた場合にステップS7へ進むこととしても良い。   Next, a processing procedure in the combustion state estimation device of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S1, it is determined whether a determination condition for determining the combustion state is satisfied. Here, it is determined whether or not the current cycle number k has reached a predetermined cycle number N, that is, whether or not k = N. If k ≠ N, since the current cycle number has not reached N, it is determined that the number of times of calculation of r (k) for determining the combustion state and fuel properties is insufficient, and the process proceeds to step S2. . Then, further r (k) is calculated after step S2. On the other hand, if k = N, the process proceeds to step S7. In step S1, the total amount of fuel injected from the fuel injection valve 30 between the initial explosion and the current cycle is compared with a predetermined threshold value, and the total fuel injection amount is determined to be a predetermined threshold value. It is good also as progressing to step S7 when exceeding.

ステップS2では、吸気管圧センサ29から現在のサイクルkの吸気行程における吸気管圧力pm(k)を検出する。この際、上述したように吸気弁が閉じるタイミングで吸気管圧力pm(k)を検出することで、筒内空気量に対応した吸気管圧力pm(k)を算出することができる。次のステップS3では、吸気管圧力pm(k)を用いて、上述した(4)式から筒内空気量mc(k)を算出する。次のステップS4では、筒内空気量mc(k)を用いて、上述した(3)から基準トルクTia(k)を算出する。 In step S2, the intake pipe pressure pm (k) in the intake stroke of the current cycle k is detected from the intake pipe pressure sensor 29. At this time, the intake pipe pressure pm (k) corresponding to the in-cylinder air amount can be calculated by detecting the intake pipe pressure pm (k) at the timing when the intake valve closes as described above. In the next step S3, the in-cylinder air amount mc (k) is calculated from the above-described equation (4) using the intake pipe pressure pm (k). In the next step S4, the reference torque T ia (k) is calculated from (3) described above using the in-cylinder air amount mc (k).

次のステップS5では、推定図示トルクT(k)を算出する。ここでは、現在のサイクル数kの爆発行程におけるクランク角180°の区間で角加速度の平均値を求め、推定図示トルクT(k)を算出する。 In the next step S5, the estimated indicated torque T i (k) is calculated. Here, the average value of the angular acceleration is obtained in the section of the crank angle of 180 ° in the explosion stroke of the current number of cycles k, and the estimated indicated torque T i (k) is calculated.

次のステップS6では、基準トルクTia(k)に対する推定図示トルクT(k)の比率r(k)を算出する。そして、前回のサイクルk−1までのr(k)の積算値Sr(k−1)に、r(k)を加算して、現在のサイクルkまでの積算値Sr(k)を求める。そして、サイクルカウンタの値をk+1に更新し、処理を終了する(END)。 In the next step S6, the ratio r (k) of the estimated indicated torque T i (k) to the reference torque T ia (k) is calculated. Then, r (k) is added to the accumulated value Sr (k−1) of r (k) up to the previous cycle k−1 to obtain the accumulated value Sr (k) up to the current cycle k. Then, the value of the cycle counter is updated to k + 1, and the process ends (END).

ステップS1でk=Nの場合は、ステップS7で燃焼状態、燃料の性状の判定処理を実施する。ここでは、例えば、現在のサイクルまでのr(k)の積算値Sr(k)と、所定のしきい値Tとの大小関係を比較し、積算値Sr(k)が所定のしきい値Tを超えている場合は、基準トルクTia(k)と推定図示トルクT(k)の乖離度合いが小さいと判断し、燃料の性状が軽質(燃焼状態良好)であると判定する。一方、積算値Sr(k)が所定のしきい値T以下の場合は、基準トルクTia(k)と推定図示トルクT(k)の乖離度合いが大きいと判断し、燃料の性状が重質(燃焼状態劣化)であると判定する。 If k = N in step S1, the process for determining the combustion state and the fuel properties is performed in step S7. Here, for example, the magnitude relationship between the integrated value Sr (k) of r (k) up to the current cycle and a predetermined threshold value T is compared, and the integrated value Sr (k) is determined to be the predetermined threshold value T. Is exceeded, it is determined that the degree of deviation between the reference torque T ia (k) and the estimated indicated torque T i (k) is small, and it is determined that the fuel property is light (combustion state good). On the other hand, when the integrated value Sr (k) is less than or equal to the predetermined threshold value T, it is determined that the degree of deviation between the reference torque T ia (k) and the estimated indicated torque T i (k) is large, and the fuel properties are heavy. It is determined that the quality (combustion state deterioration).

なお、ステップS7においては、積算値Sr(k)としきい値Tとの比較を行わずに、積算値Srの大きさに基づいて燃焼状態、燃料の性状を連続的に判定するようにしてもよい。   In step S7, without comparing the integrated value Sr (k) with the threshold value T, the combustion state and the properties of the fuel are continuously determined based on the magnitude of the integrated value Sr. Good.

図9は、図8のステップS5における推定図示トルクT(k)の算出方法を示すフローチャートであって、各気筒の爆発行程毎、すなわちクランク角180°毎に推定図示トルクT(k)を算出する処理を示している。以下、図9のフローチャートに基づいて、推定図示トルクT(k)を算出する処理について説明する。先ず、ステップS11では、推定図示トルクT(k)を算出する運転条件が成立しているか否かを判別する。ここでは、運転条件が定常状態であり、かつ無負荷の状態であるか否かを判別する。運転条件が成立している場合はステップS12へ進み、成立していない場合は終了する(END)。 9, the estimated indicated torque T i in step S5 in FIG. 8 a flowchart illustrating a method of calculating the (k), for each power stroke of each cylinder, that is, estimated indicated torque T i for each crank angle 180 ° (k) The process which calculates is shown. Hereinafter, a process of calculating the estimated indicated torque T i (k) will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S11, it is determined whether or not an operating condition for calculating the estimated indicated torque T i (k) is satisfied. Here, it is determined whether or not the operating condition is a steady state and a no-load state. If the operating condition is satisfied, the process proceeds to step S12, and if not satisfied, the process ends (END).

次のステップS12では、クランク角位置がトルク算出タイミングであるか否かを判定する。トルク算出タイミングである場合はステップS13へ進み、トルク算出タイミングでない場合は終了する(END)。   In the next step S12, it is determined whether or not the crank angle position is the torque calculation timing. If it is time to calculate the torque, the process proceeds to step S13. If it is not time to calculate the torque, the process ends (END).

ステップS13では、トルク算出に必要なパラメータを取得する。具体的には、機関回転数(Ne(k)),冷却水温(thw(k)),角速度(ω(k),ω(k+1))、時間(Δt(k))などの各パラメータを取得する。 In step S13, parameters necessary for torque calculation are acquired. Specifically, parameters such as engine speed (Ne (k)), cooling water temperature (thw (k)), angular velocity (ω 0 (k), ω 0 (k + 1)), time (Δt (k)), etc. To get.

次のステップS14では、フリクショントルクT(k)を算出する。上述のように、フリクショントルクT(k)は機関回転数(Ne(k))と冷却水温(thw(k))の関数であり、図5のマップからTDCからBDCまでの区間における平均値を求める。 In the next step S14, the friction torque T f (k) is calculated. As described above, the friction torque T f (k) is a function of the engine speed (Ne (k)) and the coolant temperature (thw (k)), and is an average value in the section from TDC to BDC from the map of FIG. Ask for.

次の、ステップS15では、補機類のスイッチがオン(ON)しているか否かを判定する。スイッチがオン(ON)している場合はステップS16へ進み、ステップS14で求めたフリクショントルクT(k)を補正する。具体的には、T(k)に所定の補正係数を乗算したり、T(k)に所定の補正値を加算するなどの方法で補正を行う。ステップS15でスイッチがオフ(OFF)の場合はステップS17へ進む。 In the next step S15, it is determined whether or not the auxiliary equipment is switched on. When the switch is on (ON), the process proceeds to step S16, and the friction torque T f (k) obtained in step S14 is corrected. Specifically, the correction is performed by a method such as multiplying T f (k) by a predetermined correction coefficient or adding a predetermined correction value to T f (k). If the switch is off in step S15, the process proceeds to step S17.

ステップS17では、角加速度に起因する動的な損失トルクTac(k)を算出する。ここでは、Tac(k)=J×((ω(k+1)−ω(k))/Δt(k))を演算して、TDCからBDCまでの区間における動的な損失トルクの平均値Tac(k)を算出する。 In step S17, a dynamic loss torque T ac (k) due to angular acceleration is calculated. Here, T ac (k) = J × ((ω 0 (k + 1) −ω 0 (k)) / Δt (k)) is calculated, and the average of the dynamic loss torque in the section from TDC to BDC A value T ac (k) is calculated.

次のステップS18では、推定図示トルクT(k)を算出する。ここでは、T(k)=Tac(k)+T(k)を演算してT(k)を算出する。なお、ステップS16でT(k)を補正している場合は、補正後のT(k)を用いて演算を行う。ここで得られた推定図示トルクT(k)は、TDCからBDCまでの区間の平均値である。 In the next step S18, the estimated indicated torque T i (k) is calculated. Here, T i (k) = T ac (k) + T f (k) is calculated to calculate T i (k). If T f (k) is corrected in step S16, the calculation is performed using the corrected T f (k). The estimated indicated torque T i (k) obtained here is the average value of the section from TDC to BDC.

そして、TDCからBDCまでの区間では、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値=0であるため、(2)式より、求めた推定図示トルクT(k)は筒内ガス圧によるトルクTgas(k)となる。 In the section from TDC to BDC, since the average value of inertia torque T inertia due to reciprocating inertia mass = 0, the estimated indicated torque T i (k) obtained from equation (2) is the torque due to in-cylinder gas pressure. T gas (k).

以上説明したように実施の形態1によれば、基準トルクTia(k)と筒内トルク(推定図示トルクT(k))を用いて、筒内空気量の変動を考慮した上で燃焼状態および燃料の性状を判定することが可能となる。これにより、始動時のクランキング時間、機関回転数などに起因して筒内空気量が変動した場合であっても、燃焼状態を高精度に推定することが可能となる。また、燃料の性状に応じて基準トルクTia(k)と筒内トルク(推定図示トルクT(k))は相反する方向に変動するため、基準トルクと筒内トルクの乖離の度合いから燃料の性状を判定することで、判定のS/N比を高めることができ、より高精度に燃料の性状を判定することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, combustion is performed in consideration of fluctuations in the in-cylinder air amount using the reference torque T ia (k) and the in-cylinder torque (estimated indicated torque T i (k)). It becomes possible to determine the state and the properties of the fuel. As a result, even when the in-cylinder air amount fluctuates due to the cranking time at the start, the engine speed, etc., the combustion state can be estimated with high accuracy. Further, since the reference torque T ia (k) and the in-cylinder torque (estimated indicated torque T i (k)) vary in opposite directions depending on the properties of the fuel, the fuel is determined based on the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque. By determining the properties of the fuel, the S / N ratio of the determination can be increased, and the properties of the fuel can be determined with higher accuracy.

また、本実施形態の燃焼状態推定装置によれば、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間でクランク軸36の角加速度の平均値を算出するようにしたため、Tinertiaが角加速度に与える影響を排除することができ、燃焼状態に対応した情報のみから角加速度、及び角加速度による動的な損失トルクTacを求めることができる。また、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間においてフリクショントルクの平均値を求めるようにしたため、瞬間的なフリクション挙動に影響を受けることなく、正確にフリクショントルクTを求めることができる。従って、燃焼状態に対応した推定図示トルクTの絶対値を高い精度で求めることができ、推定図示トルクTに基づいて燃焼状態を正確に推定することが可能となる。 Further, according to the combustion state estimation device of the present embodiment, since the average value of the angular acceleration of the crankshaft 36 is calculated in a section where the average value of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass is 0, T internal is calculated as follows. The influence on the angular acceleration can be eliminated, and the angular acceleration and the dynamic loss torque T ac due to the angular acceleration can be obtained only from the information corresponding to the combustion state. Further, since the average value of the friction torque is obtained in the section where the average value of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass is 0, the friction torque T f is accurately obtained without being affected by the instantaneous friction behavior. be able to. Therefore, it is possible to determine the absolute value of the estimated indicated torque T i that corresponds to the combustion state at high accuracy, it becomes possible to accurately estimate the combustion state based on the estimated indicated torque T i.

なお、上述した例では、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間を180°に設定したが、Tinertiaの平均値が0となる区間をより広く設定しても良い。4気筒の内燃機関の場合、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間の最少単位が180°であるため、180°の整数倍でTinertiaの平均値が0となる区間を設定することができる。例えば推定したトルクによってトルク制御を行う場合など、推定図示トルクTを推定する頻度が低くても構わない場合には、360°、720°などの、より広い角度範囲に設定しても構わない。 In the example described above, the section where the average value of inertia torque T inertia due to reciprocating inertia mass is 0 is set to 180 °, but the section where the average value of T inertia is 0 may be set wider. In the case of a four-cylinder internal combustion engine, since the minimum unit of the section where the average value of inertia torque T inertia due to reciprocating inertia mass is 0 is 180 °, the interval where the average value of T inert is 0 at an integral multiple of 180 ° Can be set. For example, when the frequency of estimating the estimated indicated torque T i may be low, such as when torque control is performed using the estimated torque, a wider angle range such as 360 ° or 720 ° may be set. .

なお、上述した例では、4気筒の内燃機関に本発明を適用したが、4気筒以外の内燃機関であっても往復慣性質量によるトルクTinertiaの平均値が0となる区間を求めることで、4気筒の場合と同様に燃焼状態を推定することができる。図10は、4気筒以外の内燃機関におけるトルク特性を示す図であって、図3と同様に(2)式の各トルクとクランク角との関係を示す特性図である。ここで、図10(A)は単気筒の場合を、図10(B)は6気筒の場合をそれぞれ示している。 In the above-described example, the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine, but even in an internal combustion engine other than the four-cylinder engine, by obtaining a section where the average value of torque T inertia due to reciprocating inertia mass is zero, The combustion state can be estimated as in the case of four cylinders. FIG. 10 is a diagram showing torque characteristics in an internal combustion engine other than the four-cylinder engine, and is a characteristic diagram showing the relationship between each torque and crank angle in equation (2), as in FIG. Here, FIG. 10A shows the case of a single cylinder, and FIG. 10B shows the case of 6 cylinders.

図10(A)に示すように、単気筒の場合はクランク角720°毎に1回の爆発行程が行われ、筒内ガス圧によるトルクTgasは1回の爆発毎に増加、減少を繰り返す。そして、クランク角360°〜540°の区間で往復慣性質量によるトルクTinertia(点線)の平均値は0となる。従って、この区間毎に角加速度、推定図示トルクを求めることで、燃焼状態を正確に推定することができる。 As shown in FIG. 10A, in the case of a single cylinder, one explosion stroke is performed every crank angle of 720 °, and the torque T gas due to the in-cylinder gas pressure repeatedly increases and decreases with each explosion. . Then, the average value of the torque T inertia caused by the reciprocating inertia mass in the interval of the crank angle 360 ° to 540 ° (dotted line) is zero. Therefore, the combustion state can be accurately estimated by obtaining the angular acceleration and the estimated indicated torque for each section.

図10(B)に示す6気筒の場合も同様である。6気筒の場合は、クランク角720°毎に6回の爆発行程が行われるため、筒内ガス圧によるトルクTgasはクランク角120°毎に増加、減少を繰り返す。そして、クランク角0°〜120°の区間で往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値は0となる。従って、クランク角120°毎に角加速度、推定図示トルクを求めることで往復慣性質量による影響を排除することができ、燃焼状態を正確に推定することができる。1サイクルのクランク回転角は720°であるため、特に多気筒の内燃機関の場合、(720°/気筒数)を演算して得られた角度範囲をTinertiaの平均値が0となる区間の最少単位とすることができる。 The same applies to the case of the six cylinders shown in FIG. In the case of six cylinders, six explosion strokes are performed at every crank angle of 720 °, so that the torque T gas due to the in-cylinder gas pressure repeatedly increases and decreases every 120 ° of the crank angle. And the average value of the inertia torque Tinertia by a reciprocating inertia mass becomes 0 in the area of a crank angle 0 degree-120 degrees. Therefore, by obtaining the angular acceleration and estimated indicated torque for each crank angle of 120 °, the influence of the reciprocating inertial mass can be eliminated, and the combustion state can be accurately estimated. Since the crank rotation angle of one cycle is 720 °, particularly in the case of a multi-cylinder internal combustion engine, the angle range obtained by calculating (720 ° / number of cylinders) is the range where the average value of T inert is 0. The minimum unit can be used.

なお、上述した例では、往復慣性質量による慣性トルクTinertiaの平均値が0となる区間で、クランク角加速度、損失トルク、フリクショントルクの平均値を算出したが、平均値以外の情報、例えばトルクの積算値をこの区間で算出しても良い。この区間ではTinertiaの影響が排除されているため、積算値などの他のパラメータを用いても燃焼状態を正確に推定することができる。 In the above-described example, the average values of the crank angular acceleration, the loss torque, and the friction torque are calculated in a section where the average value of the inertia torque T inertia due to the reciprocating inertia mass is 0. However, information other than the average value, for example, torque May be calculated in this interval. Since the influence of Tinteria is excluded in this section, it is possible to accurately estimate the combustion state using other parameters such as an integrated value.

また、上述した例では、負荷トルクT=0として燃焼状態を推定したが、傾きセンサなどの情報に基づいて負荷トルクTを求め、図示トルクTの推定に用いることで、車両走行時の全運転領域で図示トルクTを求めることが可能となる。これにより、例えば冷間始動時に負荷変化に起因する冷間ヘジテーションが発生した場合であっても、燃焼状態を確実に推定することが可能となる。 In the above-described example, the combustion state is estimated with the load torque T l = 0. However, the load torque T l is obtained based on information such as an inclination sensor and is used for estimating the indicated torque T i , so that the vehicle travels. in the entire operating range it is possible to obtain the indicated torque T i in. This makes it possible to reliably estimate the combustion state even when, for example, cold hesitation due to load changes occurs during cold start.

実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2は、筒内圧センサ44の検出値から実測図示トルクTi_cpsを算出し、実測図示トルクTi_cpsと基準トルクTiaを用いて燃料の性状を判定するものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the actually measured indicated torque T i_cps is calculated from the detection value of the in-cylinder pressure sensor 44, and the properties of the fuel are determined using the actually measured indicated torque T i_cps and the reference torque T ia .

図1に示すように内燃機関10が筒内圧センサ44を備えている場合、筒内圧センサ44の検出値から実測図示トルクTi_cpsを算出することができる。例えば#1気筒が筒内圧センサ44を備えている場合、実測図示トルクTi_cpsは、以下の(6)式から算出することができる。 As shown in FIG. 1, when the internal combustion engine 10 includes the in-cylinder pressure sensor 44, the actually measured indicated torque T i_cps can be calculated from the detection value of the in-cylinder pressure sensor 44. For example, when the # 1 cylinder includes the in-cylinder pressure sensor 44, the actually measured indicated torque T i_cps can be calculated from the following equation (6).

Figure 2005105822
Figure 2005105822

(6)式において、Ti_cpsは1サイクル(クランク角720°)で平均した実測図示トルク(実測平均図示トルク)を720°CA/気筒数の区間で換算したものである。また、P#1(θ)はクランク角θ毎に算出される#1気筒の筒内圧であって、筒内圧センサ44の検出値から得られる。V#1(θ)はクランク角θ毎に算出される#1気筒の筒内容積であって、内燃機関の諸元(ボア×ストローク、燃焼室容積など)とクランク角センサ38から検出したクランク角から求められる。 In the equation (6), Ti_cps is a value obtained by converting measured actual indicated torque (actual average indicated torque) averaged in one cycle (crank angle 720 °) in a section of 720 ° CA / number of cylinders. P # 1 (θ) is the in-cylinder pressure of the # 1 cylinder calculated for each crank angle θ, and is obtained from the detection value of the in-cylinder pressure sensor 44. V # 1 (θ) is the in-cylinder volume of the # 1 cylinder calculated for each crank angle θ, and the crankshaft detected from the specifications (bore × stroke, combustion chamber volume, etc.) of the internal combustion engine and the crank angle sensor 38. It is calculated from the corner.

実測平均図示トルクTi_cpsは、1サイクルにおける筒内ガスの仕事(720°CA/気筒数の区間で換算したもの)として求められ、(6)式に示されるように、クランク角θ毎にP#1(θ)とdV#1(θ)/dθの積を求め、1サイクルの区間でその平均値(Average)を算出し、気筒数Nを乗算することで求められる。 The measured average indicated torque T i — cps is obtained as the work of the in-cylinder gas in one cycle (converted in a section of 720 ° CA / cylinder number), and, as shown in the equation (6), P for each crank angle θ. It is obtained by calculating the product of # 1 (θ) and dV # 1 (θ) / dθ, calculating the average value (Average) in the section of one cycle, and multiplying by the number N of cylinders.

図11は、算出した推定図示トルクT(k)(=Tgas(k))および実測図示トルクTi_cps(k)と、各気筒の各行程との関係を示す模式図である。図6と同様に、内燃機関10が#1〜#4の4気筒で構成される場合、クランク軸36の180°回転毎に#1、#3、#4、#2の順で爆発行程が行われ、爆発行程毎、すなわちクランク角180°毎に(1)式から推定図示トルクTを順次算出することができる。 FIG. 11 is a schematic diagram showing the relationship between the calculated estimated indicated torque T i (k) (= T gas (k)) and the actually measured indicated torque T i — cps (k) and each stroke of each cylinder. As in FIG. 6, when the internal combustion engine 10 is composed of four cylinders # 1 to # 4, the explosion stroke is performed in the order of # 1, # 3, # 4, and # 2 every 180 ° rotation of the crankshaft 36. The estimated indicated torque T i can be sequentially calculated from the equation (1) every explosion stroke, that is, every crank angle of 180 °.

筒内圧センサ44を#1の気筒に取り付けた場合、初爆からkサイクル目における#1気筒の吸気、圧縮、爆発、排気の4行程(1サイクル)から実測図示トルクTi_cps(k)が求まる。図11では、推定図示トルクT(k)を算出した行程を破線で囲んだ領域Aとして示し、実測図示トルクTi_cps(k)を算出した行程を一点鎖線で囲んだ領域B#1として示している。定常運転時においては、領域Aの吸気行程で発生するトルクと、領域B#1の吸気行程で発生するトルクは略同一とみなすことができる。同様に、領域Aの圧縮、排気行程で発生するトルクと、領域B#1の圧縮、排気行程で発生するトルクもそれぞれ略同一とみなすことができる。更に、領域Aの爆発行程と領域B#1の爆発行程は共通である。上述したように実測図示トルクTi_cps(k)は1サイクルの区間で平均した値として算出しているため、最もトルクの大きい爆発行程のトルクは1サイクルの区間で平均化されている。従って、気筒数N(#1気筒の1サイクル中に爆発行程が行われる回数)を乗算することで、kサイクル目における#1気筒の爆発行程で発生したトルクに相当する実測トルクTi_cps(k)を算出することができる。そして、運転状態が定常状態の場合、推定図示トルクT(k)と実測図示トルクTi_cps(k)とは略等しい値となる。 When the in-cylinder pressure sensor 44 is attached to the # 1 cylinder, the actually measured indicated torque T i_cps (k) is obtained from the four strokes (1 cycle) of intake, compression, explosion, and exhaust of the # 1 cylinder at the kth cycle from the first explosion. . In FIG. 11, the stroke in which the estimated indicated torque T i (k) is calculated is shown as a region A surrounded by a broken line, and the stroke in which the actually measured indicated torque T i_cps (k) is calculated is shown as a region B # 1 surrounded by a one-dot chain line. ing. During steady operation, the torque generated in the intake stroke in the region A and the torque generated in the intake stroke in the region B # 1 can be regarded as substantially the same. Similarly, the torque generated in the compression and exhaust strokes in the region A and the torque generated in the compression and exhaust strokes in the region B # 1 can be regarded as substantially the same. Further, the explosion stroke in the area A and the explosion stroke in the area B # 1 are common. As described above, the actually measured indicated torque T i — cps (k) is calculated as an average value in the section of one cycle, so that the torque of the explosion stroke with the largest torque is averaged in the section of one cycle. Therefore, by multiplying the number of cylinders N (the number of times the explosion stroke is performed in one cycle of # 1 cylinder), the measured torque T i_cps (k) corresponding to the torque generated in the explosion stroke of the # 1 cylinder in the kth cycle. ) Can be calculated. When the operating state is a steady state, the estimated indicated torque T i (k) and the actually measured indicated torque T i_cps (k) are substantially equal to each other.

同様に#2〜#4気筒に筒内圧センサ44を設けることで、実測図示トルクTi_cps(k+1)〜Ti_cps(k+3)を算出することができる。すなわち、k+1サイクル目における#3気筒の吸気、圧縮、爆発、排気の4行程から実測図示トルクTi_cps(k+1)を算出することができる。また、k+2サイクル目における#4気筒の吸気、圧縮、爆発、排気の4行程から実測図示トルクTi_cps(k+2)を、k+3サイクル目における#2気筒の吸気、圧縮、爆発、排気の4行程から実測図示トルクTi_cps(k+3)を、それぞれ算出できる。図11においては、実測図示トルクTi_cps(k+1)、実測図示トルクTi_cps(k+2)、実測図示トルクTi_cps(k+3)を算出した行程を一点鎖線で囲んだ領域B#3、領域B#4、領域B#2でそれぞれ示している。このように、筒内圧センサ44を全気筒に設けることで、推定図示トルクT(k)〜T(k+3)・・・に対応した実測図示トルクTi_cps(k)〜Ti_cps(k+3)・・・を順次算出することが可能となる。 Similarly, by providing in-cylinder pressure sensors 44 to the # 2 to # 4 cylinders, the actually measured indicated torques T i_cps (k + 1) to T i_cps (k + 3) can be calculated. That is, the actually measured indicated torque T i — cps (k + 1) can be calculated from the four strokes of intake, compression, explosion, and exhaust of the # 3 cylinder in the (k + 1) th cycle . In addition, the measured indicated torque T i_cps (k + 2) is calculated from the four strokes of intake, compression, explosion and exhaust of the # 4 cylinder in the k + 2 cycle, and from the four strokes of intake, compression, explosion and exhaust of the # 2 cylinder in the k + 3 cycle. The actually measured indicated torque T i — cps (k + 3) can be calculated. In FIG. 11, a region B # 3 and a region B # 4 in which the strokes where the actually measured indicated torque T i_cps (k + 1), the actually measured indicated torque T i_cps (k + 2), and the actually measured indicated torque T i_cps (k + 3) are calculated are surrounded by a one-dot chain line. And region B # 2. Thus, by providing the cylinder pressure sensors 44 in all the cylinders, the actually measured indicated torques T i_cps (k) to T i_cps (k + 3) corresponding to the estimated indicated torques T i (k) to T i (k + 3). Can be sequentially calculated.

実測図示トルクTi_cpsを算出した後は、実測図示トルクTi_cpsと基準トルクTiaを用いて燃焼状態および燃料の性状を判定する。始動直後の定常運転時では、推定図示トルクT(k)〜T(k+3)・・・と、実測図示トルクTi_cps(k)〜Ti_cps(k+3)・・・はそれぞれ略等しい値となるため、実施の形態1における推定図示トルクTの代わりに実測図示トルクTi_cpsを用いて、燃焼状態および燃料の性状を判定することが可能である。 After calculating the actual indicated torque T I_cps determines the properties of the combustion state and the fuel using measured indicated torque T I_cps and the reference torque T ia. In steady operation immediately after starting, the estimated indicated torques T i (k) to T i (k + 3)... And the measured indicated torques T i_cps (k) to T i_cps (k + 3). Therefore , it is possible to determine the combustion state and the properties of the fuel using the actually measured indicated torque T i_cps instead of the estimated indicated torque T i in the first embodiment.

次に、推定図示トルクT(k)と実測図示トルクTi_cps(k)を併用して、筒内圧センサ44を設ける気筒数を減少させる方法を説明する。図12は、図11と同様に、推定図示トルクT(k)(=Tgas(k))および実測図示トルクTi_cpsと、各気筒の各行程との関係を示す模式図である。ここで、図12は、筒内圧センサ44を#1,#3,#4の3つの気筒に設けた場合を示している。 Next, a method of reducing the number of cylinders provided with the in-cylinder pressure sensor 44 by using the estimated indicated torque T i (k) and the actually measured indicated torque T i_cps (k) will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between the estimated indicated torque T i (k) (= T gas (k)) and the actually measured indicated torque T i — cps and each stroke of each cylinder, as in FIG. 11. Here, FIG. 12 shows a case where the in-cylinder pressure sensor 44 is provided in three cylinders # 1, # 3, and # 4.

上述した図11では、クランク角720°(1サイクル)の区間毎に実測図示トルクTi_cpsを求めたが、図12では、クランク角180°毎に#1,#3,#4の各気筒で実測図示トルクTi_cps#1,Ti_cps#3,Ti_cps#4を算出する。クランク角180°毎の実測図示トルクTi_cpsは、(6)式のトルク算出区間をクランク角180°に設定することで算出できる。例えば、kサイクル目の#1気筒の爆発行程に対応したクランク角180°区間の実測図示トルクTi_cps#1(k)は、以下の(7)式に示すように、クランク角θ毎にP#1(θ)とdV#1(θ)/dθの積を求め、クランク角180°(180°CA)の区間でその平均値(Average)を算出することで求められる。 In FIG. 11 described above, the actually measured indicated torque T i_cps is obtained for each section of the crank angle of 720 ° (one cycle), but in FIG. 12, the cylinders of # 1, # 3, and # 4 are provided for each crank angle of 180 °. Actual measured indicated torques Ti_cps # 1 , Ti_cps # 3 , Ti_cps # 4 are calculated. The actually measured indicated torque Ti_cps for each crank angle of 180 ° can be calculated by setting the torque calculation section of equation (6) to the crank angle of 180 °. For example, the actually measured indicated torque T i_cps # 1 (k) in the section of the crank angle 180 ° corresponding to the explosion stroke of the # 1 cylinder in the k-th cycle is P for each crank angle θ as shown in the following equation (7). It is obtained by calculating a product of # 1 (θ) and dV # 1 (θ) / dθ and calculating an average value (Average) in a section of a crank angle of 180 ° (180 ° CA).

Figure 2005105822
Figure 2005105822

筒内圧センサ44が設けられた#3,#4気筒についても同様に、kサイクル目の#1気筒の爆発行程と同じクランク角180°区間で以下の(8)式、(9)式の演算をそれぞれ行うことで、#3気筒の圧縮行程における実測図示トルクTi_cps#3(k)、#4気筒の吸気行程における実測図示トルクTi_cps#4(k)をそれぞれ算出できる。 Similarly, for the # 3 and # 4 cylinders provided with the in-cylinder pressure sensor 44, the following expressions (8) and (9) are calculated in the same crank angle 180 ° section as the explosion stroke of the # 1 cylinder in the k-th cycle. , The measured indicated torque T i_cps # 3 (k) in the compression stroke of the # 3 cylinder and the measured indicated torque T i_cps # 4 (k) in the intake stroke of the # 4 cylinder can be calculated, respectively.

Figure 2005105822
Figure 2005105822

一方、クランク角センサ38の検出値に基づいて算出された推定図示トルクT(k)は、図12中に破線で囲んだ領域Aの各行程で発生したトルクであって、#1気筒の爆発行程における実測図示トルクTi_cps#1(k)、#3気筒の圧縮行程における実測図示トルクTi_cps#3(k)、#4気筒の吸気行程における実測図示トルクTi_cps#4(k)、および#2気筒の排気行程における実測図示トルクTi_cps#2(k)を合計したトルクに相当する。従って、推定図示トルクT(k)から、実測図示トルクTi_cps#1(k),Ti_cps#3(k),Ti_cps#4(k)の合計を減算することで、筒内圧センサ44を設けていない#2気筒の実測図示トルクTi_cps#2(k)に相当するトルク(Ti#2(k))を算出することが可能となる。 On the other hand, the estimated indicated torque T i (k) calculated based on the detected value of the crank angle sensor 38 is a torque generated in each stroke of the region A surrounded by a broken line in FIG. Measured indicated torque T i_cps # 1 (k) in the explosion stroke, measured indicated torque T i_cps # 3 (k) in the compression stroke of the # 3 cylinder, measured indicated torque T i_cps # 4 (k) in the intake stroke of the # 4 cylinder, This corresponds to the total torque of the measured indicated torque T i_cps # 2 (k) in the exhaust stroke of the # 2 cylinder. Therefore, from the estimated indicated torque T i (k), the measured indicated torque T i_cps # 1 (k), T i_cps # 3 (k), by subtracting the sum of the T i_cps # 4 (k), the cylinder pressure sensor 44 It is possible to calculate the torque (T i # 2 (k)) corresponding to the actually measured indicated torque T i_cps # 2 (k) of the # 2 cylinder not provided with.

同様の方法で、Ti_cps#1(k+1),Ti_cps#3(k+1),Ti_cps#4(k+1)、およびT(k+1)から筒内圧センサ44を設けていない#2気筒の実測図示トルクTi_cps#2(k+1)に相当するトルク(Ti#2(k+1))を算出することができ、更に、Ti#2(k+2)、Ti#2(k+3)・・・を順次算出することが可能となる。 In a similar manner, T i_cps # 1 (k + 1), T i_cps # 3 (k + 1), T i_cps # 4 (k + 1), and T i (k + 1) from the not provided with the cylinder pressure sensor 44 # 2 cylinder of the actual measurement shown Torque (T i # 2 (k + 1)) corresponding to torque T i_cps # 2 (k + 1) can be calculated, and T i # 2 (k + 2), T i # 2 (k + 3). It is possible to calculate.

図示平均有効圧を求める場合、図示平均有効圧は1気筒の1サイクル分の仕事量であるため、#2気筒の図示平均有効圧Pi#2(i)は、1サイクル(クランク角720°)の区間で算出したTi#2(k)、Ti#2(k+1)、Ti#2(k+2)、Ti#2(k+3)を合計し、#2気筒の体積V(行程容積)で除算することで求められる。すなわち、図示平均有効圧Pi#2(i)は、以下の(10)式から算出することができる。 When obtaining the indicated mean effective pressure, the indicated mean effective pressure is the work for one cycle of one cylinder, so the indicated mean effective pressure P i # 2 (i) of the # 2 cylinder is 1 cycle (crank angle 720 °). ) T i # 2 (k), T i # 2 (k + 1), T i # 2 (k + 2), T i # 2 (k + 3) calculated in the section of ). That is, the indicated mean effective pressure P i # 2 (i) can be calculated from the following equation (10).

Figure 2005105822
Figure 2005105822

従って、4気筒のうち1気筒については筒内圧センサ44を設けることなく図示平均有効圧(IMEP)を算出することができ、全気筒に筒内圧センサ44を搭載した場合と同等の情報抽出が可能となる。従って、燃焼状態推定装置の製造コストを削減することが可能となる。4気筒以外のN気筒の機関についても同様に、N−1個の気筒に筒内圧センサ44を設けることで、全気筒のトルク、図示平均有効圧を算出することが可能である。   Therefore, the illustrated mean effective pressure (IMEP) can be calculated without providing the in-cylinder pressure sensor 44 for one of the four cylinders, and the same information extraction as when the in-cylinder pressure sensor 44 is installed in all cylinders is possible. It becomes. Therefore, the manufacturing cost of the combustion state estimation device can be reduced. Similarly, for N-cylinder engines other than the four cylinders, it is possible to calculate the torque of all the cylinders and the indicated mean effective pressure by providing in-cylinder pressure sensors 44 for N-1 cylinders.

なお、この場合において、実測図示トルクTi_cpsの算出区間はクランク角180°に限定されるものではない。例えば図11の場合と同様に、クランク角720°(1サイクル)の区間で#1,#3,#4気筒の実測図示トルクTi_cps#1,Ti_cps#3,Ti_cps#4を算出し、クランク角720°の区間で算出した推定図示トルクTから実測図示トルクTi_cps#1,Ti_cps#3,Ti_cps#4の合計を減算して、クランク角720°の区間における#2気筒の実測図示トルクTi_cps#2に相当するトルクを算出してもよい。この際、クランク角720°の区間の両端で検出した角速度を用いて推定図示トルクTを算出する。 In this case, the calculation section of the actually measured indicated torque Ti_cps is not limited to the crank angle of 180 °. For example, as in the case of FIG. 11, the measured indicated torques Ti_cps # 1 , Ti_cps # 3 , Ti_cps # 4 of the cylinders # 1 , # 3 , and # 4 are calculated in the section of the crank angle 720 ° (1 cycle). , by subtracting the sum of the measured indicated torque T i_cps # 1, T i_cps # 3, T i_cps # 4 from the estimated indicated torque T i calculated in interval of the crank angle 720 °, # 2 cylinder in the interval of the crank angle 720 ° The torque corresponding to the actually measured indicated torque Ti_cps # 2 may be calculated. At this time, the estimated indicated torque T i is calculated using the angular velocities detected at both ends of the section of the crank angle of 720 °.

クランク角を検出する際には、クランク軸36に設けられたローターのエッジ位置をクランク角センサ38で検出するが、クランク角720°の区間ではクランク軸36が2回転するため、クランク角720°の区間の両端で検出した角速度はクランク軸36に設けられたローターの同一部分で検出される。従って、ローターのエッジに製造誤差が生じている場合であっても、製造誤差に起因した誤差がトルク算出値に含まれてしまうことがなく、推定図示トルクTを高い精度で算出することができる。同様に、クランク角がn回転(nは自然数)する区間で推定図示トルクTを算出することで、ローターのエッジに製造誤差が生じている場合であっても、正確に推定図示トルクTを算出することが可能となる。 When the crank angle is detected, the edge position of the rotor provided on the crankshaft 36 is detected by the crank angle sensor 38. Since the crankshaft 36 rotates twice in the section of the crank angle 720 °, the crank angle 720 ° The angular velocities detected at both ends of this section are detected at the same portion of the rotor provided on the crankshaft 36. Therefore, even if the manufacturing error in the edge of the rotor has occurred, that the error due to manufacturing error without would be included in the torque calculation value, for calculating an estimated indicated torque T i with high precision it can. Similarly, by the crank angle (n is a natural number) n rotation to calculate the estimated indicated torque T i in the interval to, even if the manufacturing error in the edge of the rotor occurs, accurately estimated indicated torque T i Can be calculated.

以上説明したように、実施の形態2によれば、推定図示トルクT(k)の代わりに実測図示トルクTi_cpsを用いることで、実施の形態1と同様に燃焼状態および燃料の性状を判定することが可能となる。また、推定図示トルクTと実測図示トルクTi_cpsを併用して用いることで、全気筒に筒内圧センサ44を設けることなく燃焼状態および燃料の性状を判定することが可能となる。従って、燃焼状態推定装置の製造コストを削減することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, the measured state torque T i_cps is used instead of the estimated indicated torque T i (k), so that the combustion state and the fuel property are determined as in the first embodiment. It becomes possible to do. Further, by using a combination of the measured indicated torque T I_cps the estimated indicated torque T i, it is possible to determine the nature of the combustion state and the fuel without providing a cylinder pressure sensor 44 in all cylinders. Therefore, the manufacturing cost of the combustion state estimation device can be reduced.

本発明の実施の形態1,2にかかる内燃機関の燃焼状態推定装置及びその周辺の構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the combustion state estimation apparatus of the internal combustion engine concerning Embodiment 1, 2 of this invention, and its surrounding structure. 基準トルクと筒内トルクが変動する様子を示す特性図である。It is a characteristic view which shows a mode that a reference | standard torque and in-cylinder torque are fluctuate | varied. 図示トルク、筒内ガス圧によるトルク及び往復慣性質量による慣性トルクと、クランク角との関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the indicated torque, the torque due to in-cylinder gas pressure, the inertia torque due to reciprocating inertia mass, and the crank angle. クランク軸の角加速度を求める方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of calculating | requiring the angular acceleration of a crankshaft. フリクショントルクと機関回転数及び冷却水温との関係を表すマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the map showing the relationship between friction torque, engine speed, and cooling water temperature. 推定図示トルクと各気筒の各行程との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the estimated indicated torque and each stroke of each cylinder. 燃料の性状および燃焼状態と、推定図示トルクT(k)に対する基準トルクTia(k)の比率r(k)との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the property and combustion state of a fuel, and ratio r (k) of reference torque T ia (k) with respect to estimated indicated torque T i (k). 実施の形態1にかかる燃焼状態推定装置の処理手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a processing procedure of the combustion state estimation apparatus according to the first embodiment. 推定図示トルクを算出する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which calculates presumed illustration torque. 単気筒、6気筒の場合のトルク特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the torque characteristic in the case of a single cylinder and 6 cylinders. 推定図示トルクおよび実測図示トルクと、各気筒の各行程との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the estimated indicated torque and the actually measured indicated torque, and each stroke of each cylinder. 筒内圧センサを4気筒のうちの3気筒に設けた場合において、推定図示トルクおよび実測図示トルクと、各気筒の各行程との関係を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between estimated indicated torque, actually measured indicated torque, and each stroke of each cylinder when an in-cylinder pressure sensor is provided in three of the four cylinders.

符号の説明Explanation of symbols

29 吸気管圧センサ
38 クランク角センサ
40 ECU
44 筒内圧センサ
29 Intake pipe pressure sensor 38 Crank angle sensor 40 ECU
44 In-cylinder pressure sensor

Claims (12)

筒内空気量又は筒内空気量に応じて変動する所定の特性値を取得する手段と、
前記筒内空気量又は前記所定の特性値に基づいて、筒内で発生する理論上の基準トルクを算出する基準トルク算出手段と、
筒内での実際の燃焼により発生した筒内トルクを算出する筒内トルク算出手段と、
前記基準トルクと前記筒内トルクを比較した結果に基づいて、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態推定装置。
Means for obtaining an in-cylinder air amount or a predetermined characteristic value that varies according to the in-cylinder air amount;
A reference torque calculating means for calculating a theoretical reference torque generated in the cylinder based on the in-cylinder air amount or the predetermined characteristic value;
In-cylinder torque calculating means for calculating in-cylinder torque generated by actual combustion in the cylinder;
Based on the result of comparing the reference torque and the in-cylinder torque, determination means for determining the combustion state in the cylinder or the property of the fuel;
A combustion state estimation device for an internal combustion engine, comprising:
前記所定の特性値は、吸気管圧力、又は機関回転数を含むことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。   The combustion state estimating device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined characteristic value includes an intake pipe pressure or an engine speed. 前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いに基づいて、筒内の燃焼状態又は燃料の性状を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。   The combustion state of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the determination means determines a combustion state in the cylinder or a property of the fuel based on a degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque. Estimating device. 前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いが大きいほど、燃焼状態が劣化していると判定することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。   4. The combustion state estimating device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the determination unit determines that the combustion state is deteriorated as the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque is larger. 前記判定手段は、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いが大きいほど、燃料の性状が重質であると判定することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。   4. The combustion state estimating apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the determining means determines that the property of the fuel is heavier as the degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque is larger. 前記基準トルクと前記筒内トルクの相対的な比率又は前記基準トルクと前記筒内トルクの間の偏差を取得する手段を備え、
前記判定手段は、前記比率又は前記偏差に基づいて、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いを判別することを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
Means for obtaining a relative ratio between the reference torque and the in-cylinder torque or a deviation between the reference torque and the in-cylinder torque;
The combustion state of the internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the determination unit determines a degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque based on the ratio or the deviation. Estimating device.
前記比率又は前記偏差の積算値を算出する積算値算出手段を備え、
前記判定手段は、前記積算値に基づいて、前記基準トルクと前記筒内トルクの乖離の度合いを判別することを特徴とする請求項6記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
An integrated value calculating means for calculating an integrated value of the ratio or the deviation;
The combustion state estimation device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the determination means determines a degree of deviation between the reference torque and the in-cylinder torque based on the integrated value.
クランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段を備え、
前記筒内トルク算出手段は、前記クランク角加速度に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
Crank angular acceleration calculating means for calculating crank angular acceleration is provided,
The combustion state estimating device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the in-cylinder torque calculating means calculates the in-cylinder torque based on the crank angular acceleration.
所定パラメータと機関のフリクショントルクとの関係を定めた標準フリクション特性を記憶した記憶手段を備え、
前記筒内トルク算出手段は、前記フリクショントルクと前記クランク角加速度とに基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする請求項8記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
A storage means for storing a standard friction characteristic that defines a relationship between the predetermined parameter and the engine friction torque;
9. The combustion state estimating apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the in-cylinder torque calculating means calculates the in-cylinder torque based on the friction torque and the crank angular acceleration.
前記クランク角加速度算出手段は、往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ0となるクランク角の区間で前記クランク角加速度を算出することを特徴とする請求項8又は9記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。   10. The combustion of the internal combustion engine according to claim 8, wherein the crank angular acceleration calculating unit calculates the crank angular acceleration in a crank angle section in which an average value of inertia torque due to reciprocating inertial mass is substantially zero. State estimation device. 筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備え、
前記筒内トルク算出手段は、前記筒内圧に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
In-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure,
The combustion state estimating device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the in-cylinder torque calculating means calculates the in-cylinder torque based on the in-cylinder pressure.
クランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段と、
(全気筒数−1)個の気筒に設けられた前記筒内圧検出手段と、を備え、
前記筒内トルク算出手段は、前記クランク角加速度及び前記筒内圧に基づいて前記筒内トルクを算出することを特徴とする請求項11記載の内燃機関の燃焼状態推定装置。
Crank angular acceleration calculating means for calculating crank angular acceleration;
The in-cylinder pressure detecting means provided in (total number of cylinders -1) cylinders,
12. The combustion state estimating device for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the in-cylinder torque calculating means calculates the in-cylinder torque based on the crank angular acceleration and the in-cylinder pressure.
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