JP2006207538A - Ignition timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関し、詳しくは、アイドリング時、急加減速時、シフトチェンジ時等、回転数の変動が大きい状況での点火時期の制御に用いて好適な制御装置に関する。 The present invention relates to an ignition timing control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a control device suitable for use in controlling ignition timing in a situation where the fluctuation of the rotational speed is large, such as idling, sudden acceleration / deceleration, and shift change.
従来の内燃機関の点火時期制御では、圧縮行程の初期においてエンジン回転数を含む運転状態から目標点火時期が決定され、決定された目標点火時期から、所定の基準時点からのタイマ設定時間(絶対時間)が算出される。そして、基準時点において点火タイマがスタートされ、算出されたタイマ設定時間が経過した時点で、点火プラグによる点火が行われる。上記のタイマ設定時間はエンジン回転数に依存するが、従来の点火時期制御では、目標点火時期の決定時点におけるエンジン回転数に固定してタイマ設定時間の算出が行われる。 In conventional ignition timing control of an internal combustion engine, a target ignition timing is determined from an operating state including the engine speed at the initial stage of the compression stroke, and a timer set time (absolute time) from a predetermined reference time is determined from the determined target ignition timing. ) Is calculated. Then, the ignition timer is started at the reference time, and ignition by the spark plug is performed when the calculated timer set time has elapsed. Although the above timer setting time depends on the engine speed, in the conventional ignition timing control, the timer setting time is calculated while being fixed to the engine speed at the time of determination of the target ignition timing.
上記の従来の点火時期制御によれば、エンジン回転数の変動が少ない定常状態であれば、正確な目標点火時期を設定することができ、また、設定した目標点火時期通りに点火プラグを点火させることができる。しかし、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況では、タイマ設定時間の算出後のエンジン回転数は一定にはならないため、タイマ設定時間によって制御される実際の点火時期と目標点火時期との間にはずれが生じる可能性がある。つまり、従来の点火時期制御では、エンジン回転数の変動状況によっては、目標点火時期通りに点火させることができない可能性がある。 According to the above-described conventional ignition timing control, an accurate target ignition timing can be set in a steady state where the engine speed fluctuation is small, and the ignition plug is ignited according to the set target ignition timing. be able to. However, in a situation where the engine speed fluctuation is large, such as during idling, the engine speed after the calculation of the timer setting time is not constant, so the actual ignition timing and target ignition timing controlled by the timer setting time There may be a gap between the two. That is, in the conventional ignition timing control, there is a possibility that the ignition cannot be performed according to the target ignition timing depending on the fluctuation state of the engine speed.
さらに、エンジン回転数の変動が大きい状況では、実際の点火時期における回転数と目標点火時期を設定した時点でのエンジン回転数との間にずれが生じる場合がある。目標点火時期は変動前のエンジン回転数に基づいて設定されるため、仮に目標点火時期通りに点火させることができたとしても、エンジン回転数に応じた理想的な点火時期で点火することはできない。 Further, in a situation where the engine speed varies greatly, there may be a deviation between the engine speed at the actual ignition timing and the engine speed at the time when the target ignition timing is set. Since the target ignition timing is set based on the engine speed before the fluctuation, even if it can be ignited according to the target ignition timing, it cannot be ignited at an ideal ignition timing according to the engine speed. .
以上のように、従来の点火時期制御では、点火時期よりも以前の時点におけるエンジン回転数に基づいて目標点火時期が設定され、また、点火プラグを点火させるタイマ設定時間が決定されるため、エンジン回転数が変動している状況では理想的な点火時期で点火を行うことができなかった。理想的な点火時期からのずれは発生トルクの低下を招き、アイドリング時にはエンジンストールに至るおそれもある。このため、アイドリング時等のエンジン回転数が変動している状況であっても、常に理想的な点火時期で点火を行うことができる点火時期の制御技術が求められている。 As described above, in the conventional ignition timing control, the target ignition timing is set based on the engine speed at a time earlier than the ignition timing, and the timer setting time for igniting the spark plug is determined. In the situation where the rotation speed fluctuated, ignition could not be performed at an ideal ignition timing. Deviation from the ideal ignition timing leads to a decrease in generated torque, which may lead to engine stall during idling. Therefore, there is a need for an ignition timing control technique that can always perform ignition at an ideal ignition timing even when the engine speed is fluctuating during idling or the like.
回転数の変化を予測し、予測した回転数に基づいて点火時期を制御する技術に関しては、従来、種々の制御技術が提案されている。例えば、特許文献1に記載された制御装置では、現在の回転周期と前回の回転周期から求めた周期変化率を用いてエンジン回転の変化を予測し、その予測に基づいて次回の点火時期に相当するクランク角位置での回転数を推定している。そして、推定した回転数に基づいて目標点火時期を設定し、また、設定した目標点火時期に基づいて、所定のクランク角位置から点火プラグを点火させるまでの時間を逆算している。
しかしながら、エンジン回転は必ずしも過去の周期変化率と同様の周期変化率で変化するとは限らない。例えば、オルタネータ等の補機の負荷が突然投入された場合には、エンジン回転は過去の周期変化率と関係なく低下することになる。このため、特許文献1に記載された技術では、正確なエンジン回転数の予測に基づいて目標点火時期を設定することはできず、また、設定した目標点火時期通りに点火プラグを点火させることができない可能性もある。つまり、特許文献1に記載された技術を用いた場合でも、エンジン回転数の変動が大きい状況では理想的な点火時期で点火を行うことは難しい。 However, the engine speed does not always change at the same cycle change rate as the past cycle change rate. For example, when a load of an auxiliary machine such as an alternator is suddenly turned on, the engine speed decreases regardless of the past cycle change rate. For this reason, with the technique described in Patent Document 1, the target ignition timing cannot be set based on accurate prediction of the engine speed, and the ignition plug can be ignited according to the set target ignition timing. It may not be possible. That is, even when the technique described in Patent Document 1 is used, it is difficult to perform ignition at an ideal ignition timing in a situation where the fluctuation of the engine speed is large.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン回転数の変動が大きい状況であっても、常に理想的な点火時期で点火を行うことを可能にした内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine that can always perform ignition at an ideal ignition timing even in a situation where fluctuations in engine speed are large. An object is to provide an ignition timing control device.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火時期制御装置であって、
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の仮想点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記仮想点火時期において予測される回転数に基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is an ignition timing control device for an internal combustion engine,
Information acquisition means for acquiring information related to the operating state of the internal combustion engine including the number of revolutions at the time of closing of the intake valve or a predetermined time after closing;
Torque calculating means for calculating torque acting on the crankshaft of the internal combustion engine at the time of information acquisition based on the acquired operating state information;
A rotation speed prediction means for predicting a change in the rotation speed from the information acquisition time point to a predetermined virtual ignition timing based on the acquired operating state information and the torque calculated by the torque calculation means;
Target ignition timing setting means for setting a target ignition timing based on the number of revolutions predicted in the virtual ignition timing;
It is characterized by having.
第2の発明は、前記第1の発明において、前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
を備えることを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention, a timer set time from a predetermined reference time to ignition by a spark plug is calculated from the change in the rotation speed predicted by the rotation speed prediction means and the target ignition timing. Timer setting time calculating means to perform,
Spark plug driving means for performing ignition by the spark plug when the timer set time has elapsed from the reference time;
It is characterized by having.
また、第3の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火時期制御装置であって、
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の目標点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
を備えることを特徴としている。
A third invention is an ignition timing control device for an internal combustion engine in order to achieve the above object,
Information acquisition means for acquiring information related to the operating state of the internal combustion engine, including the number of revolutions at the time of closing of the intake valve or at a predetermined time after closing;
Torque calculating means for calculating torque acting on the crankshaft of the internal combustion engine at the time of information acquisition based on the acquired operating state information;
A rotation speed prediction means for predicting a change in the rotation speed from the information acquisition time point to a predetermined target ignition timing based on the acquired operating state information and the torque calculated by the torque calculation means;
Timer setting time calculation means for calculating a timer setting time from a predetermined reference time point to ignition by an ignition plug from the change in the rotation speed predicted by the rotation speed prediction means and the target ignition timing;
Spark plug driving means for performing ignition by the spark plug when the timer set time has elapsed from the reference time;
It is characterized by having.
第4の発明は、前記第1乃至第3の何れか1つの発明において、前記回転数予測手段は、前記情報取得手段により取得された回転数と前記トルク算出手段により算出されたトルクとを初期値とし、回転数と前記クランク軸に作用するトルクとの相関関係に基づいて前記情報取得時点後の回転数の変化を予測することを特徴としている。 In a fourth aspect based on any one of the first to third aspects, the rotational speed prediction means initially sets the rotational speed acquired by the information acquisition means and the torque calculated by the torque calculation means. And a change in the number of revolutions after the information acquisition time is predicted based on the correlation between the number of revolutions and the torque acting on the crankshaft.
第1の発明によれば、回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報とクランク軸に作用するトルクとから、情報取得時点から仮想点火時期までの回転数の変化を正確に予測することができる。目標点火時期はこの正確な回転数の予測に基づいて設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、回転数に応じた理想的な点火時期に目標点火時期を設定することが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to accurately predict a change in the rotational speed from the information acquisition time point to the virtual ignition timing from the information regarding the operating state of the internal combustion engine including the rotational speed and the torque acting on the crankshaft. . Since the target ignition timing is set based on this accurate prediction of the rotational speed, the target ignition timing can be set to an ideal ignition timing according to the rotational speed even in a situation where the rotational speed varies greatly. It becomes possible.
さらに、第2の発明によれば、正確な回転数の変化の予測に基づいて基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間が設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期からずれることを防止することができ、常に回転数に応じた理想的な点火時期で点火を行うことができる。 Furthermore, according to the second aspect of the invention, since the timer set time from the reference time point to the ignition by the spark plug is set based on the accurate prediction of the change in the rotation speed, even if the fluctuation of the rotation speed is large, Thus, it is possible to prevent the actual ignition timing from deviating from the target ignition timing, and it is possible to always perform ignition at an ideal ignition timing corresponding to the rotational speed.
また、第3の発明によれば、回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報とクランク軸に作用するトルクとから、情報取得時点から仮想点火時期までの回転数の変化を正確に予測することができる。基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間はこの正確な回転数の予測に基づいて設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期からずれることを防止することができ、常に目標点火時期において点火を行うことができる。 According to the third aspect of the invention, it is possible to accurately predict a change in the rotational speed from the information acquisition time point to the virtual ignition timing based on the information related to the operating state of the internal combustion engine including the rotational speed and the torque acting on the crankshaft. Can do. Since the timer setting time from the reference time to ignition by the spark plug is set based on this accurate prediction of the rotational speed, the actual ignition timing deviates from the target ignition timing even in a situation where the rotational speed varies greatly This can be prevented, and ignition can always be performed at the target ignition timing.
第4の発明によれば、回転数とクランク軸に作用するトルクとの相関関係に基づいて回転数の変化を予測するので、回転数が大きく変動しやすい状況であっても、回転数の変化を極めて正確に予測することができる。 According to the fourth aspect of the invention, since the change in the rotation speed is predicted based on the correlation between the rotation speed and the torque acting on the crankshaft, the change in the rotation speed can be achieved even in a situation where the rotation speed is likely to fluctuate greatly. Can be predicted very accurately.
以下、図1乃至図7を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態1としての点火時期制御装置が適用された内燃機関(以下、単にエンジンという)の概略構成を示す図である。本発明は、例えば、火花点火式の4気筒エンジンに適用することができる。本実施形態にかかるエンジンは、内部にピストン8が配置されたシリンダブロック6と、シリンダブロック6に組み付けられたシリンダヘッド4を備えている。ピストン8の上面からシリンダヘッド4までの空間は燃焼室10を形成しており、この燃焼室10に連通するように吸気ポート18と排気ポート20がシリンダヘッド4に形成されている。吸気ポート18と燃焼室10との接続部には、吸気ポート18と燃焼室10との連通状態を制御する吸気バルブ12が設けられ、排気ポート20と燃焼室10との接続部には、排気ポート20と燃焼室10との連通状態を制御する排気バルブ14が設けられている。また、シリンダヘッド4には、燃焼室10の頂部から燃焼室10内に突出するように点火プラグ16が取り付けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which an ignition timing control device as Embodiment 1 of the present invention is applied. The present invention can be applied to, for example, a spark ignition type four-cylinder engine. The engine according to the present embodiment includes a cylinder block 6 in which a piston 8 is disposed, and a cylinder head 4 assembled to the cylinder block 6. A space from the upper surface of the piston 8 to the cylinder head 4 forms a
シリンダヘッド4の吸気ポート18には、新気を燃焼室10内に導入するための吸気通路30が接続されている。吸気通路30の上流端にはエアクリーナ32が設けられ、新気はエアクリーナ32を介して吸気通路30内に取り込まれる。エアクリーナ32の下流には、新気の吸入量を検出するためのエアフローメータ56が配置されている。吸気通路30の下流部は気筒毎(吸気ポート18毎)に分岐しており、その分岐部にはサージタンク34が設けられている。吸気通路30のサージタンク34の上流には電子制御式のスロットルバルブ36が配置されている。スロットルバルブ36には、その開度を検出するためのスロットルセンサ54が付設されている。また、図示は省略するが、スロットルバルブ36にはアイドル時の吸入空気量を調整するためのISCバルブが並行して設けられている。吸気通路30の吸気ポート18の近傍には、燃料を噴射するためのインジェクタ38が気筒毎に設けられている。
An
本実施形態にかかるエンジンは、その制御装置としてECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力側には前述のインジェクタ38,スロットルバルブ36,点火プラグ16等の種々の機器が接続されている。ECU50の入力側には、前述のエアフローメータ56やスロットルセンサ54の他、クランク軸24の回転角度を検出するクランク角センサ52等の種々のセンサ類が接続されている。クランク角センサ52は、クランク軸24が一定角度回転する毎に信号を出力するセンサである。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
The engine according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as a control device. Various devices such as the
図2は、本実施形態においてECU50により実行されるエンジンの点火時期制御の内容をフローチャートで示したものである。図2に示す点火時期制御ルーチンは、各気筒の1サイクル毎に実行される。例えば、本実施形態にかかるエンジンが4気筒エンジンの場合には、本ルーチンは180°CA毎に周期的に実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of engine ignition timing control executed by the
本ルーチンの最初のステップ100では、イグニッションスイッチがオンとなっているか否か判定される。イグニッションスイッチが未だオフの場合には、本ルーチンは開始されない。また、本ルーチンの実行中にイグニッションスイッチがオフにされた場合には、本ルーチンは終了する。イグニッションスイッチがオンの場合には、ステップ102において、エンジン回転数(一分間当たりの回転数)Neが取得される。エンジン回転数Neは、クランク角センサ52からのクランク角信号を処理することによって算出することができる。
In the
次のステップ104では、取得されたエンジン回転数Neがゼロか否か判定される。エンジン回転数Neがゼロでない場合には、エンジンは始動していると判断することができる。エンジンが始動している場合はステップ106に進み、スロットルセンサ54により検出されたスロットル開度TAが取得される。
In the
次のステップ108では、スロットル開度TAがゼロか否か判定される。本実施形態にかかるエンジンでは、アイドリング時の吸入空気量はISCバルブ(図示略)によって調整される。このため、エンジンが始動している状況でスロットル開度TAがゼロの場合には、エンジンはアイドリング状態にあると判断することができる。アイドリング状態では、エンジン回転数Neは大きく変動しやすく、従来の点火時期制御では、回転数に応じた理想的な点火時期を得ることが難しかった。そこで、本ルーチンでは、アイドリング時であっても理想的な点火時期で点火を行うことができるよう、ステップ110以降の処理によって目標点火時期を設定し、また、点火プラグ16を作動させるようにしている。
In the
まず、ステップ110では、クランク角センサ52からのクランク角信号によってクランク角CAが取得される。次のステップ112では、取得されたクランク角CAが当該気筒の吸気バルブ12の閉弁タイミングに相当するクランク角θivcになっているか否か判定される。吸気バルブ12に可変バルブタイミング機構が備えられる場合には、θivcはバルブタイミングの変化に合わせて変更される。クランク角CAがθivcになるまで、ステップ100乃至112の処理は繰り返し実行される。
First, at
クランク角CAがθivcに一致した場合には、ステップ114においてエンジンの運転状態に関する各種情報が取得される。具体的には、θivcにおけるエンジン回転数Neivcと、現在の負荷率KL、空燃比AF、補機類の各負荷率α及び点火時期SA等である。負荷率KLは、エアフローメータ56により検出される吸入空気量から求められる。空燃比AFは目標空燃比であり、吸入空気量を空燃比AFで除した値がインジェクタ38からの燃料噴射量となる。補機類としては、エアコン、オルタネータ、トルクコンバータ、パワステ等が挙げられる。これら補機類の各負荷率αは、各補機類の要求出力から求められる。点火時期SAは、現時点において設定されている目標点火時期が読み込まれる。
If the crank angle CA coincides with θivc, various information relating to the engine operating state is acquired at
次のステップ116では、θivcにおいてクランク軸24に作用する図示トルクTiの値Tiivcが求められる。ここでは、BDCからTDCまでの図示トルクの平均値(以下、平均図示トルクという)によって、各クランク角における図示トルクを近似するものとする。平均図示トルクTiは、エンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比AF及び点火時期SAをパラメータとして変化する。平均図示トルクTiの上記各パラメータとの関係は計算等によって予め求められ、各パラメータをそれぞれ軸とする4次元マップとして記憶されている。図4の各グラフ(A)乃至(D)は、4次元マップにおける平均図示トルクTiと各パラメータとの関係を示している。ステップ116では、θivcにおける各パラメータ(エンジン回転数Neivc、負荷率KL、空燃比、点火時期SA)に応じた平均図示トルクTiivcが上記の4次元マップから取得される。
In the
また、ステップ118では、θivcにおいてクランク軸24に作用するエンジン本体のメカフリクションTfrの値Tfrivcが求められる。メカフリクションTfrは、エンジン回転数Neに依存する。メカフリクションTfrのエンジン回転数Neとの関係は計算等によって予め求められ、エンジン回転数Neを軸とする1次元マップとして記憶されている。図5は、1次元マップにおけるメカフリクションTfrとエンジン回転数Neとの関係を示すグラフである。ステップ118では、θivcにおけるエンジン回転数Neivcに応じたメカフリクションTfrivcが上記の1次元マップから取得される。
In
また、ステップ120では、θivcにおいてクランク軸24に作用する補機類の負荷トルクTfrexの値Tfrexivcが求められる。補機負荷トルクTfrexは、エンジン回転数Neと補機負荷率αをパラメータとして変化する。補機負荷トルクTfrexの各パラメータに対する関係は計算等によって予め求められ、各パラメータをそれぞれ軸とする2次元マップとして記憶されている。図6の各グラフ(A)及び(B)は、2次元マップにおける補機負荷トルクTfrexと各パラメータとの関係を示している。ステップ120では、θivcにおける各パラメータ(エンジン回転数Neivc、補機負荷率α)に応じた補機負荷トルクTfrexivcが上記の2次元マップから取得される。
In
平均図示トルクTi、メカフリクションTf及び補機負荷トルクTfrexは、何れもクランク軸24に作用するトルクであり、これらトルクの作用によってエンジン回転数Neに変化が生じる。また、エンジン回転数Neが変化することによって、クランク軸24に作用する各トルクTi,Tfr,Tfrexも変化する。ステップ122では、エンジン回転数Neとクランク軸24に作用する各トルクTi,Tfr,Tfrexとの相関関係に基づいて、θivc以降のエンジン回転数Neと各トルクTi,Tfr,Tfrexの変化が予測され、最終的にTDCでのエンジン回転数Netdcが求められる。
The average indicated torque Ti, the mechanical friction Tf, and the auxiliary machine load torque Tfrex are all torques acting on the
図3は、ステップ122で実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。図3に示すサブルーチンの最初のステップ200では、ステップ116乃至120でそれぞれ求められた平均図示トルクTiivc、メカフリクションTfrivc及び補機負荷トルクTfrexivcが、平均図示トルクTi、メカフリクションTfr及び補機負荷トルクTfrexの各初期値として読み込まれる。また、θivcにおけるエンジン回転数Neivcはエンジン回転数予測値Neprの初期値として読み込まれ、θivcもクランク角予測値θprの初期値として読み込まれる。
FIG. 3 is a flowchart showing a subroutine executed in
次のステップ202では、以下の式(1)によりθivcから微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprが算出される。
Nepr(k)=Nepr(k-1)+dNe/dt×Δt ・・・(1)
上記の式(1)においてkは本ステップの実行回数を示すカウンタである。左辺のNepr(k)は今回、新たに予測されるエンジン回転数予測値Neprであり、右辺のNepr(k-1)は前回のエンジン回転数予測値Neprである。本ステップの最初の実行時には、Nepr(k-1)としてNeprの初期値であるθivcにおけるエンジン回転数Neivcが読み込まれる。
In the
Nepr (k) = Nepr (k-1) + dNe / dt × Δt (1)
In the above equation (1), k is a counter indicating the number of executions of this step. Nepr (k) on the left side is a newly predicted engine speed predicted value Nepr this time, and Nepr (k-1) on the right side is the previous predicted engine speed Nepr. At the first execution of this step, the engine speed Neivc at θivc, which is the initial value of Nepr, is read as Nepr (k−1).
上記の式(1)において、dNe/dtはクランク軸24の回転加速度を示している。dNe/dtは、以下の式(2)に示す運動方程式によってクランク軸24に作用するトルクを用いて表すことができる。
J×dNe/dt=Ti−Tfr−Tfrex ・・・(2)
上記の式(2)においてJはエンジンクランク・コンロッド系の慣性モーメント(既得値)を示している。
In the above formula (1), dNe / dt represents the rotational acceleration of the
J × dNe / dt = Ti−Tfr−Tfrex (2)
In the above formula (2), J represents the moment of inertia (acquired value) of the engine crank / connecting rod system.
ステップ200で読み込まれた平均図示トルクTi、メカフリクションTfr及び補機負荷トルクTfrexの各初期値を上記の式(2)に代入することによって、θivcからΔt後のクランク軸24の回転加速度dNe/dtを算出することができる。そして、算出したdNe/dtの値を式(1)に代入することによって、θivcから微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprを求めることができる。上記の式(2)は、エンジン回転数Neとクランク軸24に作用する各トルクTi,Tfr,Tfrexとの相関関係を表している。
By substituting the initial values of the average indicated torque Ti, mechanical friction Tfr and auxiliary load torque Tfrex read in
次のステップ204では、以下の式(3)によりθivcから微小時間Δt後のクランク角予測値θprが算出される。
θpr(k)=θpr(k-1)+360/60×{Nepr(k)+Nepr(k-1)}/2×Δt ・・・(3)
上記の式(3)において左辺のθpr(k)は今回、新たに予測されるクランク角予測値θprであり、右辺のθpr(k-1)は前回のクランク角予測値θprである。本ステップの最初の実行時には、θpr(k-1)としてθprの初期値であるθivcが読み込まれる。右辺の{Nepr(k)+Nepr(k-1)}/2は、θpr(k-1)からθpr(k)までの平均エンジン回転数を示しており、これに乗じられる360/60は、エンジン回転数を角速度に変換するための係数である。上記の式(3)によれば、上記の式(1)及び式(2)によって予測されるエンジン回転数Neの変化をクランク角θに反映させることで、θivc以降のクランク角θの変化を正確に予測することができる。ステップ204の処理の実行後、カウンタkの値は1つインクリメントされる。
In the
θpr (k) = θpr (k-1) + 360/60 × {Nepr (k) + Nepr (k-1)} / 2 × Δt (3)
In the above equation (3), θpr (k) on the left side is the newly predicted crank angle predicted value θpr this time, and θpr (k−1) on the right side is the previous crank angle predicted value θpr. At the first execution of this step, θivc, which is the initial value of θpr, is read as θpr (k−1). {Nepr (k) + Nepr (k-1)} / 2 on the right side shows the average engine speed from θpr (k-1) to θpr (k), and 360/60 multiplied by this is the engine It is a coefficient for converting the number of rotations to angular velocity. According to the above equation (3), the change in the engine rotation speed Ne predicted by the above equations (1) and (2) is reflected in the crank angle θ, so that the change in the crank angle θ after θivc is reflected. It can be predicted accurately. After execution of the process of
ステップ206では、ステップ204で算出されたクランク角予測値θprが0deg.に達しているか、つまり、クランク軸24の回転位置がTDC(圧縮TDC)になっているか判定される。クランク角予測値θprが0deg.に達していない場合には、ステップ208,210及び212の処理が実行される。
In
ステップ208では、ステップ202で算出されたエンジン回転数予測値Neprと、ステップ114で取得された負荷率KL、空燃比AF及び点火時期SAとに対応する平均図示トルクTiが前述の4次元マップから取得される。また、ステップ210では、ステップ202で算出されたエンジン回転数予測値Neprに対応するメカフリクションTfrが前述の1次元マップから取得される。ステップ212では、ステップ202で算出されたエンジン回転数予測値Neprと、ステップ114で取得された補機負荷率αとに対応する補機負荷トルクTfrexが前述の2次元マップから取得される。これらのステップ208,210,212では、θivcから微小時間Δt後にクランク軸24に作用する各トルクTi,Tfr,Tfrexの値が算出される。
In
ステップ208,210,212の処理の後は、再びステップ202の処理が実行される。ステップ202では、上記の式(2)にステップ208,210,212で算出された各トルクTi,Tfr,Tfrexの値が代入されることで、クランク軸24の回転加速度dNe/dtが新しく算出される。そして、算出したdNe/dtを式(1)に代入することによって、前回から微小時間Δtが経過した後(θivcから2×Δt後)のエンジン回転数予測値Neprが算出される。
After the processes of
ステップ204では、今回ステップ202で新たに算出されたエンジン回転数予測値Nepr(k)と前回ステップ202で算出された予測値Nepr(k-1)とから、上記の式(3)にしたがって前回から微小時間Δtが経過した後のクランク角予測値θprが算出される。そして、ステップ206において、今回算出されたクランク角予測値θprが0deg.に達しているか判定される。クランク角予測値θprが未だ0deg.に達していない場合には、再びステップ208,210及び212の処理が実行される。
In
クランク角予測値θprがdeg.に達するまで、つまり、クランク軸24の回転位置がTDCになるまで、ステップ202,204,206,208,210,212からなるループが繰り返し実行される。この間、エンジン回転数予測値Neprに応じて各トルクTi,Tfr,Tfrexの値が算出され、各トルクTi,Tfr,Tfrexの値に応じて微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprが算出される。つまり、エンジン回転数Neとクランク軸24に作用する各トルクTi,Tfr,Tfrexとの相関関係に基づいて、エンジン回転数Neと各トルクTi,Tfr,Tfrexの変化が微小時間Δt毎に予測されていく。
Until the crank angle predicted value θpr reaches deg., That is, until the rotational position of the
ステップ206の判定の結果、クランク角予測値θprがdeg.に達した場合、つまり、クランク軸24の回転位置がTDCになったときには、ステップ214の処理が実行される。ステップ214では、クランク角予測値θprがdeg.に達したときのエンジン回転数予測値Neprが、TDCにおけるエンジン回転数Netdcとして設定される。ステップ214が実行されてTDCでのエンジン回転数Netdcが求められることで、図2に示す点火時期制御ルーチンのステップ122は終了する。
As a result of the determination in
次のステップ124では、ステップ122で得られたTDCでのエンジン回転数Netdcに基づいて目標点火時期SAtが求められる。つまり、本ルーチンでは、TDCを仮想点火時期として設定し、この仮想点火時期でのエンジン回転数に基づいて目標点火時期SAtを求めるようになっている。仮想点火時期であるTDCと実際に設定される目標点火時期SAtとは大きく離れていないので、TDCから目標点火時期SAtに至るまでの間のエンジン回転数の変化は微小とみなすことができる。
In the
ECU50は、エンジン回転数Ne、負荷率KL及び空燃比AFをそれぞれ軸とする3次元マップから目標点火時期SAtを設定する。この3次元マップには、目標点火時期SAtのエンジン回転数Ne、負荷率KL及び空燃比AFに対する各関係が予め記憶されている。図7の各グラフ(A)乃至(C)は、3次元マップにおける目標点火時期SAtとエンジン回転数Ne、負荷率KL、及び空燃比AFとの各関係を示している。ステップ124では、ステップ122で得られたエンジン回転数Netdcと、ステップ114で取得された負荷率KL及び空燃比AFとに応じた目標点火時期SAtが上記の3次元マップから取得される。
The
次のステップ126では、実際の点火プラグ16の点火時期を決める点火タイマの設定時間TMが算出される。本実施形態では、所定のクランク角(例えば、30°BTDC等)を基準時点として点火タイマをスタートさせ、タイマ設定時間TMが経過した時点で点火プラグ16による点火が行われるようになっている。θivcからTDCまでのエンジン回転数Neの変化を予測する際に、θivcからTDCまでのクランク角θの変化も微小時間Δt毎に予測されている。この微小時間Δt毎のクランク角θの変化から、クランク角が基準時点から目標点火時期SAtになるまでの時間を逆算することによって、実際の点火時期が目標点火時期SAtに一致するようにタイマ設定時間TMを設定することができる。
In the
ステップ128では、点火タイマによって基準時点からの経過時間が計測され、経過時間がステップ126で設定されたタイマ設定時間TMに達したか否か判定される。そして、経過時間がタイマ設定時間TMに達した時点で、点火プラグ16による点火が行われる。
In
以上説明した点火時期制御ルーチンによれば、エンジン回転数Neとクランク軸24に作用するトルクTi,Tfr,Tfrexとの相関関係に基づいて、エンジンの運転状態に関する情報の取得時点であるθivc以降のエンジン回転数Neの変化を正確に予測することができる。目標点火時期SAtはこの正確なエンジン回転数Neの予測に基づいて設定されるので、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況であっても、エンジン回転数に応じた理想的な点火時期に目標点火時期SAtを設定することができる。
According to the ignition timing control routine described above, on the basis of the correlation between the engine speed Ne and the torques Ti, Tfr, Tfrex acting on the
さらに、上記のように正確に予測されたエンジン回転数Neの変化に基づいて点火タイマの設定時間TMが設定されるので、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期SAtからずれることを防止することができ、常に回転数に応じた理想的な点火時期で点火を行うことができる。 Furthermore, since the set time TM of the ignition timer is set based on the change of the engine speed Ne accurately predicted as described above, even when the engine speed fluctuates greatly during idling, It is possible to prevent the actual ignition timing from deviating from the target ignition timing SAt, and it is possible to always perform ignition at an ideal ignition timing corresponding to the rotational speed.
なお、上記実施の形態においては、ECU50による上記ステップ114の処理の実行により、第1及び第3の発明の「情報取得手段」が実現され、上記ステップ116,118,120の処理の実行により、第1及び第3の発明の「トルク算出手段」が実現されている。また、ECU50による、上記ステップ122の処理の実行により、つまり、図3のサブルーチンの実行により第1及び第3の発明の「回転数予測手段」が実現されている。また、ECU50による上記ステップ124の処理の実行により、第1の発明の「目標点火時期設定手段」が実現されている。さらに、ECU50による上記ステップ126の処理の実行により、第2及び第3の発明の「タイマ設定時間算出手段」が実現され、上記ステップ128,130の処理の実行により、第2及び第3の発明の「点火プラグ駆動手段」が実現されている。
In the above embodiment, the “information acquisition means” of the first and third inventions is realized by the execution of the process of
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.
上記実施の形態では、エアフローメータ56により検出される吸入空気量によってエンジンの負荷率KLを求めているが、吸気通路30内の圧力(吸気管圧)を検出する吸気管圧センサを備える場合には、吸気管圧を負荷率KLの代わりに用いてもよい。
In the above embodiment, the engine load factor KL is obtained from the amount of intake air detected by the
上記実施の形態では、各クランク角における図示トルクをBDCからTDCまでの平均図示トルクによって近似しているが、BDCからTDCまでの図示トルクの変化をパラメータ(エンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比、点火時期SA)毎に求めてマップに記憶し、クランク角毎に図示トルクを求めるようにしてもよい。 In the above embodiment, the indicated torque at each crank angle is approximated by the average indicated torque from BDC to TDC, but the change in indicated torque from BDC to TDC is determined using parameters (engine speed Ne, load factor KL, empty It may be determined for each fuel ratio and ignition timing (SA) and stored in a map, and the indicated torque may be determined for each crank angle.
また、上記実施の形態では、目標点火時期SAtを仮想点火時期であるTDCでのエンジン回転数Netdcに応じて設定しているが、所定時点(例えば10°BTDC)からTDCまでの平均エンジン回転数に応じて目標点火時期SAtを決定するようにしてもよい。また、仮想点火時期はTDCでなくてもよく、実際に目標点火時期が設定される可能性のあるクランク角範囲内であればよい。 In the above embodiment, the target ignition timing SAt is set according to the engine speed Netdc at the TDC which is the virtual ignition timing. However, the average engine speed from a predetermined time (for example, 10 ° BTDC) to the TDC is set. The target ignition timing SAt may be determined according to the above. Further, the virtual ignition timing may not be TDC and may be within a crank angle range in which the target ignition timing may be actually set.
さらに、エンジン回転数Neにかかわらず目標点火時期SAtを所定のクランク角(例えばTDC)に固定してもよい。この場合も、正確に予測されたエンジン回転数Neの変化に基づいて点火タイマの設定時間TMを設定することができるので、実際の点火時期が目標点火時期SAtからずれることは防止することができ、常に目標点火時期SAt通りに点火を行うことができる。 Further, the target ignition timing SAt may be fixed to a predetermined crank angle (for example, TDC) regardless of the engine speed Ne. In this case as well, since the ignition timer setting time TM can be set based on the accurately predicted change in the engine speed Ne, it is possible to prevent the actual ignition timing from deviating from the target ignition timing SAt. The ignition can always be performed according to the target ignition timing SAt.
また、上記実施の形態では、点火プラグ16の点火時期を点火タイマにより制御しているが、クランク角センサ52の分解能力が高い場合には、クランク角センサ52のクランク角信号からクランク軸24の回転位置を求め、クランク軸24の回転位置が目標点火時期SAtに一致したら点火プラグ16を点火させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the ignition timing of the
また、上記実施の形態では、吸気バルブ12の閉弁時点θivcをエンジンの運転状態に関する情報の取得時点としているが、θivcより後の所定時点を情報取得時点としてもよい。情報取得時点は、目標点火時期SAtが設定されるクランク角範囲よりも前(進角側)であればよい。また、上記実施の形態のように点火時期を点火タイマにより制御する場合には、タイマ設定時間TMの基準時点よりも前であればよい。
In the above embodiment, the valve closing time θivc of the
さらに、上記実施の形態では、本発明をアイドリング時における点火時期制御に適用しているが、本発明はアイドリング時のみならず、急加減速時やシフトチェンジ時等、エンジン回転数の変動が大きい状況での点火時期の制御であれば、広く適用可能である。エンジン回転数の変動が大きいか否かは、例えば、エンジン回転数の変化率{Ne(t+Δt)/Ne(t)}を所定の基準値と比較することで判断することができる。このような状況での点火時期の制御に本発明を適用することで、常に理想的な点火時期で点火を行うことが可能になり、エンジンを高効率で運転することが可能になる。 Furthermore, in the above embodiment, the present invention is applied to ignition timing control at idling. However, the present invention has large fluctuations in engine speed not only during idling but also during sudden acceleration / deceleration or shift change. The control of the ignition timing in the situation is widely applicable. Whether or not the fluctuation of the engine speed is large can be determined, for example, by comparing the rate of change {Ne (t + Δt) / Ne (t)} of the engine speed with a predetermined reference value. By applying the present invention to the control of the ignition timing in such a situation, it becomes possible to always perform ignition at an ideal ignition timing, and it is possible to operate the engine with high efficiency.
10 燃焼室
12 吸気弁
14 排気弁
16 点火プラグ
18 吸気ポート
20 排気ポート
24 クランク軸
30 吸気通路
36 スロットルバルブ
38 インジェクタ
50 ECU
52 クランク角センサ
54 スロットルセンサ
56 エアフローメータ
10
52
Claims (4)
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の仮想点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記仮想点火時期において予測される回転数に基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 Information acquisition means for acquiring information related to the operating state of the internal combustion engine, including the number of revolutions at the time of closing of the intake valve or at a predetermined time after closing;
Torque calculating means for calculating torque acting on the crankshaft of the internal combustion engine at the time of information acquisition based on the acquired operating state information;
A rotation speed prediction means for predicting a change in the rotation speed from the information acquisition time point to a predetermined virtual ignition timing based on the acquired operation state information and the torque calculated by the torque calculation means;
Target ignition timing setting means for setting a target ignition timing based on the number of revolutions predicted in the virtual ignition timing;
An ignition timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の点火時期制御装置。 Timer setting time calculation means for calculating a timer setting time from a predetermined reference time point to ignition by an ignition plug from the change in the rotation speed predicted by the rotation speed prediction means and the target ignition timing;
Spark plug driving means for performing ignition by the spark plug when the timer set time has elapsed from the reference time;
The ignition timing control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の目標点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 Information acquisition means for acquiring information related to the operating state of the internal combustion engine, including the number of revolutions at the time of closing of the intake valve or at a predetermined time after closing;
Torque calculating means for calculating torque acting on the crankshaft of the internal combustion engine at the time of information acquisition based on the acquired operating state information;
A rotation speed prediction means for predicting a change in the rotation speed from the information acquisition time point to a predetermined target ignition timing based on the acquired operating state information and the torque calculated by the torque calculation means;
Timer setting time calculation means for calculating a timer setting time from a predetermined reference time point to ignition by an ignition plug from the change in the rotation speed predicted by the rotation speed prediction means and the target ignition timing;
Spark plug driving means for performing ignition by the spark plug when the timer set time has elapsed from the reference time;
An ignition timing control device for an internal combustion engine, comprising:
The rotational speed prediction means uses the rotational speed acquired by the information acquisition means and the torque calculated by the torque calculation means as initial values, and based on the correlation between the rotational speed and the torque acting on the crankshaft. The ignition timing control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a change in the rotation speed after the information acquisition time point is predicted.
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