JP2007064878A - Device of calibrating cylinder internal pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内圧力センサをエンジンに装着した状態で校正ができる筒内圧力センサの校正装置に関する。 The present invention relates to a calibration apparatus for an in-cylinder pressure sensor that can be calibrated while the in-cylinder pressure sensor is mounted on an engine.
エンジンを開発し、その開発中のエンジンについて試験を行う際に、エンジンの筒内に筒内圧力センサを設置して筒内圧力を検出することが行われる。エンジンには筒内圧力センサを挿入する穴がないので、グロープラグに筒内圧力センサを置き換えることもある。もちろん、筒内圧力センサ用の穴を特別に設けてもよい。 When an engine is developed and the engine under development is tested, an in-cylinder pressure sensor is installed in the cylinder of the engine to detect the in-cylinder pressure. Since the engine does not have a hole for inserting the in-cylinder pressure sensor, the in-cylinder pressure sensor may be replaced with a glow plug. Of course, a hole for the in-cylinder pressure sensor may be specially provided.
筒内圧力センサには、圧電素子を応用した圧力ピックアップが用いられる。 A pressure pickup using a piezoelectric element is used for the in-cylinder pressure sensor.
将来的には、開発中のエンジンではなく、量産し車両に搭載されるエンジンにも筒内圧力センサを組み込んで、検出される筒内圧力を用いて高精度な燃焼制御を行うことも考えられる。 In the future, it is also possible to incorporate in-cylinder pressure sensors into engines that are mass-produced and mounted on vehicles, not under development, and to perform highly accurate combustion control using the detected in-cylinder pressure. .
エンジンの筒内に設置された筒内圧力センサは常に燃焼ガスにさらされているため、劣化(経時変化)が著しい。このため、時間経過に伴い、筒内圧力センサが出力する筒内圧力検出信号が正しい値を示さなくなる。 Since the in-cylinder pressure sensor installed in the cylinder of the engine is always exposed to the combustion gas, the deterioration (change over time) is remarkable. For this reason, with the passage of time, the in-cylinder pressure detection signal output from the in-cylinder pressure sensor does not show a correct value.
従来は、一定期間ごとに筒内圧力センサをエンジンから取り外し、専用の校正装置で校正値を調べ、その筒内圧力センサをエンジンに戻した後は、その校正値を筒内圧力検出信号に適用することにより、筒内圧力の校正された信号を得ている。 Conventionally, the cylinder pressure sensor is removed from the engine at regular intervals, the calibration value is checked with a dedicated calibration device, and the calibration value is applied to the cylinder pressure detection signal after the cylinder pressure sensor is returned to the engine. By doing so, a calibrated signal of the in-cylinder pressure is obtained.
しかしながら、筒内圧力センサをエンジンに対して着脱する作業は手間がかかるので、筒内圧力センサがエンジンに装着されたままで校正ができるのが望ましい。 However, since the work of attaching and detaching the in-cylinder pressure sensor to the engine takes time, it is desirable that calibration can be performed while the in-cylinder pressure sensor is attached to the engine.
また、校正値を調べるために専用の校正装置を用いることは不便であり、エンジン制御装置等の従来からある車載機器が校正値を調べ、校正も行うのが望ましい。 In addition, it is inconvenient to use a dedicated calibration device for checking the calibration value, and it is desirable that conventional in-vehicle devices such as an engine control device check the calibration value and perform the calibration.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、筒内圧力センサをエンジンに装着した状態で校正ができる筒内圧力センサの校正装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a calibration device for an in-cylinder pressure sensor that can be calibrated while the in-cylinder pressure sensor is mounted on an engine.
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの筒内に設置された筒内圧力センサと、エンジンの筐体外部に取り付けられた振動(加速度)センサとを備え、上記筒内圧力センサが出力する筒内圧力検出信号と上記振動センサが出力する振動加速度信号の積分値とを比較し、その比から上記筒内圧力センサが出力する筒内圧力検出信号の校正を行うものである。 In order to achieve the above object, the present invention comprises an in-cylinder pressure sensor installed in an engine cylinder and a vibration (acceleration) sensor attached to the outside of the engine casing. The in-cylinder pressure detection signal and the integrated value of the vibration acceleration signal output from the vibration sensor are compared, and the in-cylinder pressure detection signal output from the in-cylinder pressure sensor is calibrated based on the ratio.
筒内圧力検出信号のピーク値と振動加速度信号の積分値のピーク値との比を計算するピーク比計算部と、初期時に求めたピーク比と校正時に求めたピーク比とから校正係数を計算する校正係数計算部と、筒内圧力検出信号に校正係数をかけて筒内圧力の校正された信号とする校正部とを備えてもよい。 Calculates the calibration coefficient from the peak ratio calculation unit that calculates the ratio between the peak value of the in-cylinder pressure detection signal and the peak value of the integrated value of the vibration acceleration signal, and the peak ratio obtained at the initial stage and the peak ratio obtained at the time of calibration. A calibration coefficient calculation unit and a calibration unit that applies a calibration coefficient to the in-cylinder pressure detection signal to obtain a signal in which the in-cylinder pressure is calibrated may be provided.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)筒内圧力センサをエンジンに装着した状態で校正ができる。 (1) Calibration can be performed with the in-cylinder pressure sensor mounted on the engine.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る筒内圧力センサの校正装置は、エンジン1の燃焼室(以下、気筒という)2内に設置された筒内圧力センサ3と、エンジン1の筐体外部に取り付けられた振動(加速度)センサ4とを備え、上記筒内圧力センサ3が出力する筒内圧力検出信号と上記振動センサ4が出力する振動加速度信号の積分値とを比較し、その比から上記筒内圧力センサ3が出力する筒内圧力検出信号の校正を行うものである。
As shown in FIG. 1, an in-cylinder pressure sensor calibration apparatus according to the present invention includes an in-
さらに、この校正装置は、筒内圧力検出信号のピーク値と振動加速度信号の積分値のピーク値との比を計算するピーク比計算部6と、初期時に求めたピーク比と校正時に求めたピーク比とから校正係数を計算する校正係数計算部7と、筒内圧力検出信号に校正係数をかけて筒内圧力の校正された信号とする校正部8とを備えている。
Further, the calibration device includes a peak ratio calculation unit 6 that calculates a ratio between the peak value of the in-cylinder pressure detection signal and the peak value of the integrated value of the vibration acceleration signal, and the peak ratio obtained at the initial time and the peak obtained at the time of calibration. A calibration
ピーク比計算部6、校正係数計算部7、校正部8は、従来より公知のエンジン制御装置(ECU)9に内蔵される。
The peak ratio calculation unit 6, the calibration
エンジン1には、燃料を供給するコモンレール11、コモンレール11からの燃料を各々の気筒2内に噴射する燃料噴射弁12、クランク回転角度を検出するクランク角センサ13、噴射タイミングなどを決めるために必要な回転センサとしてカム信号を検出するカムセンサ14が従来より設けられている。
It is necessary for the
振動センサ4は、エンジン1の筐体のうちシリンダブロックあるいはシリンダヘッドなどに取り付ける。これにより、エンジン1が振動する加速度を振動加速度信号として取り出すことができる。
The
筒内圧力センサ3は、グロープラグ穴などを利用して気筒2内に挿入したものである。なお、グロープラグ穴を利用したのは、本発明を開発・試験するための臨時措置であり、量産時にはグロープラグと筒内圧力センサを一体化したものを使用する。
The in-
図2に示されるように、ECU9は、複数の信号入出力インタフェースからなるI/O群21と、各種の制御内容をソフトウェア処理で実現するCPU22と、複数のパワードライブ回路からなる駆動回路群23に大別される。I/O群21には、各種センサやECU9を補助するECU9以外の制御回路からの入出力信号線が接続される。駆動回路群23には、各種アクチュエータへの動力線が接続される。図2には、入力信号として、筒内圧力センサからの筒内圧力検出信号、振動センサ4からの振動加速度信号、カムセンサ14からのカム信号、クランク角センサ13からのクランク回転角度信号などが示されているが、これ以外にも入力信号があってよい。同様に、アクチュエータとして、燃料噴射弁12、EGRバルブ、スロットルバルブ、過給器などが示されているが、これ以外にもアクチュエータがあってよい。CPU22が実行するソフトウェア処理の中に、本発明に係る諸計算の処理が含まれる。
As shown in FIG. 2, the ECU 9 includes an I / O group 21 composed of a plurality of signal input / output interfaces, a CPU 22 that realizes various control contents by software processing, and a drive circuit group 23 composed of a plurality of power drive circuits. It is divided roughly into. The I / O group 21 is connected to various sensors and input / output signal lines from a control circuit other than the ECU 9 that assists the ECU 9. Power lines to various actuators are connected to the drive circuit group 23. FIG. 2 shows, as input signals, an in-cylinder pressure detection signal from the in-cylinder pressure sensor, a vibration acceleration signal from the
ECU9は、I/O群21が受け取る各種入力信号をサンプリングしてメモリ(図示せず)に格納して処理に用いる。そのサンプリングの様子を図3により説明する。 The ECU 9 samples various input signals received by the I / O group 21, stores them in a memory (not shown), and uses them for processing. The manner of sampling will be described with reference to FIG.
ECU9は、まず、筒内圧力検出信号と振動加速度信号をサンプリングする期間を決定するが、この決定には、クランク回転角度信号とカム信号により求めたTDC信号aを用いる。TDC信号aは、各気筒においてクランクが上死点に位置するタイミングを表す信号であり、例えば、4気筒エンジンではTDC#1,#2,#3,#4,#1,…(数字は気筒を表す)の順で繰り返す。
The ECU 9 first determines a period for sampling the in-cylinder pressure detection signal and the vibration acceleration signal. For this determination, the TDC signal a obtained from the crank rotation angle signal and the cam signal is used. The TDC signal a is a signal representing the timing at which the crank is located at the top dead center in each cylinder. For example, in a four-cylinder engine,
ECU9は、各TDCタイミング#1,#2,#3,#4の前後30度にわたるクランク回転角度範囲に相当する時間範囲をサンプリング期間とする。このサンプリング期間内は、データサンプルトリガbが立ち上がる。データサンプルトリガbが立ち上がっていると、適宜な時間刻みでA/D変換cが行われて対象とする信号の時系列がメモリに取り込まれることになる。
The ECU 9 sets a time range corresponding to a crank rotation angle range over 30 degrees before and after each
ECU9は、サンプリング期間が終了すると、フィルタリング及び積分の信号処理dを開始する。そして、信号処理dが終了すると、本発明の校正処理eを行う。 When the sampling period ends, the ECU 9 starts the filtering and integration signal processing d. When the signal processing d ends, the calibration processing e of the present invention is performed.
図示のように、各気筒における筒内圧力検出信号fは、TDCタイミング#1,#2,#3,#4のやや前から立ち上がり、ほぼTDCタイミング#1,#2,#3,#4でピークに達して、立ち上がり時とほぼ対称な曲線で立ち下がる。振動加速度信号gは、TDCタイミング#1,#2,#3,#4のやや前から立ち上がり、TDCタイミング#1,#2,#3,#4の前で正のピークに達して反転し、TDCタイミング#1,#2,#3,#4の後で負のピークに達してからゼロに戻る。振動加速度信号gの積分値hは、振動加速度信号gの正のピークよりやや遅れたところにピークを有する。
As shown in the figure, the in-cylinder pressure detection signal f in each cylinder rises slightly before
振動加速度信号gの積分値hは、筒内圧力検出信号fと比例関係がある。ある指定された時間的区間における積分値hのピーク値と筒内圧力検出信号fのピーク値とを比較することにより、筒内圧力センサ3の劣化を検出すると共に、その校正係数を算出することができる。
The integral value h of the vibration acceleration signal g is proportional to the in-cylinder pressure detection signal f. The deterioration of the in-
なお、図3は、気筒別に諸信号を分けていない。実際には、諸信号を気筒ごとに検出し、信号処理も気筒ごとに行う。つまり、それぞれの気筒に筒内圧力センサ3が装着されており、それぞれの気筒に振動センサ4も取り付けられており、ある気筒に装着した筒内圧力センサ3の校正には同一の気筒に装着した振動センサ4を使用する。ただし、振動センサ4はエンジン全体に1つとし、全気筒の筒内圧力センサ3の校正にしてもよい。
In FIG. 3, various signals are not divided for each cylinder. Actually, various signals are detected for each cylinder, and signal processing is also performed for each cylinder. That is, in-
以下、本発明に係る筒内圧力センサの校正装置が行う動作、詳しくはECU9内のピーク比計算部6、校正係数計算部7、校正部8が行う動作を説明する。
Hereinafter, operations performed by the calibration apparatus for the in-cylinder pressure sensor according to the present invention, specifically, operations performed by the peak ratio calculation unit 6, the calibration
図4(a)に示されるように、ECU9は、燃料噴射量=0であれば、データサンプリングフラグをONとし、燃料噴射量=0でなければ、データサンプリングフラグをOFFとする。この処理を補正処理判定処理と呼ぶ。図4(b)に示されるように、データサンプリングフラグがONであればA/D変換終了割り込みを有効とし、そうでなければA/D変換終了割り込みを無効とする。A/D変換終了割り込み処理については、この後に説明する。 As shown in FIG. 4A, the ECU 9 turns the data sampling flag ON if the fuel injection amount = 0, and turns the data sampling flag OFF if the fuel injection amount = 0. This process is called a correction process determination process. As shown in FIG. 4B, the A / D conversion end interrupt is validated if the data sampling flag is ON, otherwise the A / D conversion end interrupt is invalidated. The A / D conversion end interrupt process will be described later.
この補正処理判定処理では、燃料を噴射していない状態における筒内圧力を取得するために、燃料噴射量=0のとき常にデータサンプリングを有効にする。なお、燃料噴射量を考慮するのは、噴射中にピークを求めると、その時の噴射量の違いでピークがまちまちになってしまうからであり、燃料噴射量=0のとき行うと、それを避けることができる。これは、ECU9のメモリ消費、CPU負荷を小さくすることに寄与する。 In this correction process determination process, data sampling is always enabled when the fuel injection amount = 0 in order to obtain the in-cylinder pressure in a state where fuel is not injected. The fuel injection amount is taken into account because if the peak is obtained during injection, the peak varies depending on the difference in the injection amount at that time. If the fuel injection amount = 0, it is avoided. be able to. This contributes to reducing the memory consumption and CPU load of the ECU 9.
図5に示されるように、ECU9は、A/D変換終了割り込み処理において、筒内圧力検出信号fと振動加速度信号gとを読み込み、データサンプルトリガb=0かどうか判断する。データサンプルトリガb=0でなければ、A/D変換終了割り込み処理を終了(リターン)する。データサンプルトリガb=0であれば、A/D変換を無効にした後、後述する信号処理を行う。データサンプルトリガb=0となるのは、TDCタイミングから前後に30度以上外れた場合である。 As shown in FIG. 5, in the A / D conversion end interruption process, the ECU 9 reads the in-cylinder pressure detection signal f and the vibration acceleration signal g, and determines whether or not the data sample trigger b = 0. If the data sample trigger b is not 0, the A / D conversion end interrupt process is ended (returned). If the data sample trigger b = 0, the A / D conversion is invalidated and then signal processing described later is performed. The data sample trigger b = 0 is a case where it deviates 30 degrees or more before and after the TDC timing.
図6に示されるように、ECU9は、信号処理において、まず、筒内圧力検出信号fにローパスフィルタ処理を施し、振動加速度信号gにバンドパスフィルタ処理を施す。これらのフィルタ処理は、必要な特定の周波数帯域の信号だけを抽出する目的で行われる。フィルタ処理は、CPU22がソフトウェアによりデジタルフィルタ処理を行ってもよいし、I/O群21がアナログフィルタによって行ってもよい。 As shown in FIG. 6, in the signal processing, the ECU 9 first performs low-pass filter processing on the in-cylinder pressure detection signal f and band-pass filter processing on the vibration acceleration signal g. These filtering processes are performed for the purpose of extracting only signals in a specific frequency band that is necessary. The filter processing may be performed by the CPU 22 using software or by the I / O group 21 using an analog filter.
さらに、ECU9は、振動加速度信号gに積分処理を施して積分値hを求め、その時系列をメモリに格納する。次いで、ECU9は、後述する筒内圧力校正処理を行った後、信号処理を終了(リターン)する。 Further, the ECU 9 performs an integration process on the vibration acceleration signal g to obtain an integral value h, and stores the time series in the memory. Next, the ECU 9 completes (returns) the signal processing after performing in-cylinder pressure calibration processing described later.
図7に示されるように、ECU9は、筒内圧力校正処理において、まず、筒内圧力検出信号fのピーク値(筒内圧力ピーク値)Vpmaxを算出し、振動加速度信号gの積分値hのピーク値(積分ピーク値)Vkmaxを算出し、次いで、次式
α=Vpmax/Vkmax (1)
により、両ピーク値の比(以下、ピーク比という)αを算出する(ピーク比計算部6)。
As shown in FIG. 7, in the in-cylinder pressure calibration process, the ECU 9 first calculates a peak value (in-cylinder pressure peak value) Vpmax of the in-cylinder pressure detection signal f, and calculates an integrated value h of the vibration acceleration signal g. The peak value (integrated peak value) Vkmax is calculated, and then α = Vpmax / Vkmax (1)
To calculate the ratio (hereinafter referred to as peak ratio) α of both peak values (peak ratio calculation unit 6).
さらに、ECU9は、次式(変数等の定義は後述)
Vpc(t)=(α/α’)×Vp(t) (2)
により、Vpc(t)を計算する校正計算を行い、筒内圧力校正処理を終了(リターン)する。
Further, the ECU 9 calculates the following formula (definition of variables and the like will be described later):
Vpc (t) = (α / α ′) × Vp (t) (2)
Thus, the calibration calculation for calculating Vpc (t) is performed, and the in-cylinder pressure calibration process is completed (returned).
ここで、筒内圧力校正処理のさらに詳細を述べる。なお、時系列データとしての筒内圧力検出信号をVp(t)、振動加速度積分値をVk(t)とする。 Here, further details of the in-cylinder pressure calibration process will be described. The in-cylinder pressure detection signal as time series data is Vp (t), and the vibration acceleration integral value is Vk (t).
ECU9は、車両の工場出荷時などにエンジンを運転する試験を行う。その試験の際に筒内圧力ピーク値、振動加速度積分値ピーク値を取得しそのピーク比を算出し学習する(メモリに記憶する)。 The ECU 9 performs a test for operating the engine when the vehicle is shipped from the factory. During the test, the in-cylinder pressure peak value and the vibration acceleration integrated value peak value are acquired, and the peak ratio is calculated and learned (stored in the memory).
その時、ECU9は、過給器、EGRバルブ、スロットルなどのアクチュエータの制御量を変化させることで、筒内圧力を変化させる。筒内圧力が変化したとき、ECU9は、式(1)により、筒内圧力ごとにピーク比αを取得する。ただし、ここでは、
α(x)=Vpmax(x)/Vkmax(x) (3)
のように、xの関数とし、圧力の違いをxで表現している。
At that time, the ECU 9 changes the in-cylinder pressure by changing control amounts of actuators such as a supercharger, an EGR valve, and a throttle. When the in-cylinder pressure changes, the ECU 9 acquires the peak ratio α for each in-cylinder pressure according to the equation (1). However, here
α (x) = Vpmax (x) / Vkmax (x) (3)
In this way, the difference in pressure is expressed by x as a function of x.
筒内圧力センサ3が経時変化で劣化すると、筒内圧力ピーク値Vpmax(x)がVpmax(x)’に低下する。すなわち、
α’=Vpmax(x)’/Vkmax(x) (4)
が成立する。Vkmaxは変化しないので、(3)、(4)から
Vpmax(x)=(α/α’)×Vpmax(x)’ (5)
となる。
When the in-
α ′ = Vpmax (x) ′ / Vkmax (x) (4)
Is established. Since Vkmax does not change, from (3) and (4), Vpmax (x) = (α / α ′) × Vpmax (x) ′ (5)
It becomes.
この比例関係から筒内圧力波形の校正値は下記のように記述できる。 From this proportional relationship, the calibration value of the in-cylinder pressure waveform can be described as follows.
Vpc(t)=(α/α’)×Vp(t) (6)
ピーク比計算部6が筒内圧力検出信号のピーク値と振動加速度信号の積分値のピーク値との比αを計算し、校正係数計算部7が初期時に求めたピーク比αと校正時に求めたピーク比α’とから校正係数(α/α’)を計算し、校正部8が筒内圧力検出信号Vp(t)に校正係数(α/α’)をかけて筒内圧力の校正された信号Vpc(t)とすることになる。
Vpc (t) = (α / α ′) × Vp (t) (6)
The peak ratio calculation unit 6 calculates the ratio α between the peak value of the in-cylinder pressure detection signal and the peak value of the integral value of the vibration acceleration signal, and the calibration
図8に、詳しい波形を示す。筒内圧力波形はピークを有し、そのピーク値はVpmaxである。振動加速度信号波形は、ゼロから漸増して最大となり急激に符号が反転し、漸増してゼロに戻る。その積分値波形は、筒内圧力波形とほぼ同じ位置にピークを有し、そのピーク値はVkmaxである。 FIG. 8 shows detailed waveforms. The in-cylinder pressure waveform has a peak, and the peak value is Vpmax. The vibration acceleration signal waveform gradually increases from zero and becomes maximum, the sign is rapidly reversed, and gradually increases to zero. The integrated value waveform has a peak at substantially the same position as the in-cylinder pressure waveform, and the peak value is Vkmax.
以上説明したように、本発明に係る筒内圧力センサの校正装置は、筒内圧力センサ3が出力する筒内圧力検出信号と振動センサ4が出力する振動加速度信号の積分値とを比較し、その比から上記筒内圧力センサ3が出力する筒内圧力検出信号の校正を行うことができる。
As described above, the in-cylinder pressure sensor calibration apparatus according to the present invention compares the in-cylinder pressure detection signal output from the in-
また、本発明に係る筒内圧力センサの校正装置は、初期時に求めたピーク比と校正時に求めたピーク比とから求めた校正係数を筒内圧力検出信号にかけて筒内圧力の校正された信号とするようにしたので、筒内圧力センサをエンジンに装着した状態で校正ができる。 The in-cylinder pressure sensor calibration apparatus according to the present invention includes a calibration signal obtained by applying a calibration coefficient obtained from the peak ratio obtained at the initial time and the peak ratio obtained at the time of calibration to the in-cylinder pressure detection signal; As a result, calibration can be performed with the in-cylinder pressure sensor mounted on the engine.
1 エンジン
2 燃焼室(気筒、筒)
3 筒内圧力センサ
4 振動(加速度)センサ
6 ピーク比計算部
7 校正係数計算部
8 校正部
9 ECU
1
3 In-
Claims (2)
Calculates the calibration coefficient from the peak ratio calculation unit that calculates the ratio between the peak value of the in-cylinder pressure detection signal and the peak value of the integrated value of the vibration acceleration signal, and the peak ratio obtained at the initial stage and the peak ratio obtained at the time of calibration. The in-cylinder pressure sensor calibration apparatus according to claim 1, further comprising: a calibration coefficient calculation unit; and a calibration unit that multiplies the in-cylinder pressure detection signal by a calibration coefficient to obtain a calibrated signal of the in-cylinder pressure. .
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CN116337321A (en) * | 2023-03-24 | 2023-06-27 | 浙江大学 | System and method for calibrating axial pressure of sensor in supergravity environment |
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