JP2007170203A - Combustion variation detection device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の燃焼変動検出装置に関し、詳細には機関の過渡運転時にも正確に機関の失火や燃焼変動の有無を判定することが可能な内燃機関の燃焼変動検出装置に関する。 The present invention relates to a combustion fluctuation detection apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a combustion fluctuation detection apparatus for an internal combustion engine that can accurately determine the presence or absence of engine misfire or combustion fluctuation even during transient operation of the engine.
内燃機関の失火や燃焼変動を検出する燃焼変動検出装置としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
特許文献1の装置は、各気筒の燃焼行程を含む一定のクランク角だけクランク軸が回転するのに要する時間をその燃焼行程の経過時間Tとして検出し、隣接した気筒の燃焼行程経過時間T間の偏差ΔTから、更に各偏差ΔT間の偏差Δを算出し、偏差Δが所定値を越えて増大したときに、いずれかの気筒で失火もしくは機関出力を低下させる不完全な燃焼が生じていると判定するものである。
As a combustion fluctuation detecting device for detecting misfire or combustion fluctuation of an internal combustion engine, for example, there is one described in
The apparatus of
特許文献1の装置では、各気筒の燃焼行程の経過時間のばらつき(隣接する気筒の燃焼行程の経過時間の偏差)が所定の判定値以上になった場合に失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼が生じたと判定する。
In the device of
いずれかの気筒で失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼が生じると、その気筒の燃焼行程におけるクランク軸回転速度が他の気筒に比べて低下する。このため、失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼が生じた気筒では燃焼行程の経過時間は他の気筒より長くなる。このため、隣接する気筒間での燃焼行程経過時間のTの偏差ΔTは失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無に応じて変化するようになる。 When incomplete combustion that causes misfire or reduced output occurs in any of the cylinders, the rotational speed of the crankshaft in the combustion stroke of that cylinder is lower than that of the other cylinders. For this reason, the elapsed time of the combustion stroke is longer in other cylinders than in other cylinders where misfire or incomplete combustion that reduces output occurs. For this reason, the deviation ΔT of T in the combustion stroke elapsed time between adjacent cylinders changes according to the presence or absence of misfire or incomplete combustion that reduces the output.
特許文献1の装置では、更に、この偏差ΔT間の偏差Δの大きさに基づいて失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を検出するようにしたことにより、車載機関などにおいて車両駆動輪の路面へのグリップの変化などにより失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の判定が影響を受けないようにしている。
Further, in the apparatus of
機関の失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無の判定は、上記のようにクランク軸の回転速度の変化に基づいて行うことができるが、従来クランク軸の回転速度変化に基づく失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の検出を行う場合は、特許文献1の装置のように、クランク軸の回転速度や変化量、またはその微分値(角加速度)の大きさ、或はこれらの値のばらつき等に基づいて失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を判断するものがほとんどであった。
The determination of the presence of engine misfire or incomplete combustion that reduces the output can be made based on the change in the rotation speed of the crankshaft as described above. In the case of detecting incomplete combustion that lowers the rotational speed of the crankshaft, as in the apparatus of
ところが、クランク軸回転速度(角速度)の変化量や角加速度の変化率や変化量そのものやそのばらつきに基づいて失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を判断していると、機関の運転状態によっては、失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を正確に判断することが困難になる場合がある。 However, if the presence or absence of misfire or incomplete combustion that reduces the output is determined based on the amount of change in the crankshaft rotation speed (angular velocity), the rate of change in angular acceleration, the amount of change itself, or its variation, Depending on the condition, it may be difficult to accurately determine whether there is misfire or incomplete combustion that reduces output.
例えば、機関の加速、減速などの過渡運転時には失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼が生じていなくてもクランク軸回転速度は増加、減少する。このため、クランク軸角速度や角加速度の変化量等に基づいて失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を判断していると、過渡運転時に角速度や角加速度の変化量の増大やばらつきが大きくなったような場合には、この変化量の増大やばらつきが実際に失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼が生じたことによるものなのか機関の加減速によるものなのか判別ができなくなり、正確な失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無の判定ができなくなる場合が生じるのである。 For example, during transient operation such as acceleration or deceleration of the engine, the crankshaft rotational speed increases or decreases even if misfire or incomplete combustion that reduces output does not occur. For this reason, if the presence or absence of misfiring or incomplete combustion that reduces the output is determined based on the amount of change in the crankshaft angular velocity or angular acceleration, an increase or variation in the amount of change in angular velocity or angular acceleration may occur during transient operation. When it becomes larger, it is impossible to determine whether the increase or variation in the amount of change is due to incomplete combustion that actually caused misfire or reduced output, or due to acceleration or deceleration of the engine, There are cases where it is impossible to accurately determine whether there is misfire or incomplete combustion that reduces output.
近年、燃費の向上と排気エミッションの低減のために理論空燃比よりかなりリーンな空燃比で運転するリーンバーンエンジンが使用されている。一般に、リーンバーンエンジンでは、安定した運転が可能な空燃比の上限値(リーン限界)付近での運転を行うため、わずかな条件の変化で燃焼が悪化しやすくなる場合がある。 In recent years, lean burn engines that operate at an air-fuel ratio that is considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio have been used to improve fuel consumption and reduce exhaust emissions. In general, a lean burn engine operates near the upper limit (lean limit) of the air-fuel ratio at which stable operation is possible, so combustion may easily deteriorate with slight changes in conditions.
このため、通常、リーンバーンエンジンでは失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の有無を常時監視することにより燃焼の悪化を早期に検出し、燃焼が悪化している気筒について点火時期や燃料噴射量を調整し、各気筒の燃焼状態を常に良好に維持する燃焼の安定化制御が行われる。 For this reason, in a lean burn engine, usually, the deterioration of combustion is detected at an early stage by constantly monitoring the presence or absence of misfire or incomplete combustion that lowers the output. The combustion stabilization control is performed so as to always maintain the combustion state of each cylinder in a favorable state.
ところが、従来のクランク軸角速度の変化量等に基づく燃焼変動検出装置を用いたのでは、上述したように過渡運転(加減速運転)時には正確な失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の検出ができなくなる問題があるため、従来のリーンバーンエンジンでは過渡運転時にはリーン空燃比運転を中止して理論空燃比運転を行うか、或は過渡運転時には失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼検出を行わず空燃比を固定したリーンバーン運転を行わざるを得ない。 However, when the conventional combustion fluctuation detecting device based on the change amount of the crankshaft angular velocity or the like is used, as described above, in the case of transient operation (acceleration / deceleration operation), accurate misfire or incomplete combustion detection that reduces output is detected. In conventional lean burn engines, the lean air-fuel ratio operation is stopped during the transient operation and the theoretical air-fuel ratio operation is performed during the transient operation, or the incomplete combustion detection that causes misfire or lowers the output is performed during the transient operation. Therefore, lean burn operation with a fixed air-fuel ratio must be performed.
ところが、過渡運転時毎に理論空燃比運転を行ったのでは機関の燃料消費量が悪化する問題が生じ、過渡運転時に失火もしくは出力を低下させる不完全な燃焼の検出を中止したのでは、燃焼の悪化が生じやすく排気エミッションの増大を生じる問題がある。 However, if the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed every time transient operation occurs, there is a problem that the fuel consumption of the engine deteriorates, and if the detection of misfire or incomplete combustion that reduces output is stopped during transient operation, There is a problem that the exhaust emission tends to deteriorate and the exhaust emission increases.
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、機関の過渡運転時にも正確に失火の有無や燃焼の悪化を検出可能な信頼性の高い内燃機関の燃焼変動検出装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a highly reliable combustion fluctuation detection device for an internal combustion engine that can accurately detect the presence or absence of misfire or deterioration of combustion even during transient operation of the engine in view of the above-described problems of the prior art. .
請求項1に記載の発明によれば、内燃機関のクランク軸回転角速度に関連する所定の角速度パラメータを検出する検出手段と、各気筒の、圧縮行程後半から膨張行程終了までの期間において前記角速度パラメータが極大値をとるクランク角と極小値をとるクランク角との少なくとも一方を検出し、該検出したクランク角の関数として算出される判定値に基づいて、各気筒における燃焼悪化の有無を判定する判定手段と、を備えた内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the detection means for detecting a predetermined angular velocity parameter related to the crankshaft rotational angular velocity of the internal combustion engine, and the angular velocity parameter of each cylinder in a period from the latter half of the compression stroke to the end of the expansion stroke. Detects at least one of the crank angle at which the maximum value is obtained and the crank angle at which the minimum value is obtained, and determines the presence or absence of combustion deterioration in each cylinder based on a determination value calculated as a function of the detected crank angle An internal combustion engine combustion fluctuation detecting device.
請求項2に記載の発明によれば、前記角速度パラメータは、クランク軸回転角速度である、請求項1に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the combustion fluctuation detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the angular velocity parameter is a crankshaft rotational angular velocity.
請求項3に記載の発明によれば、前記角速度パラメータは、クランク軸回転角速度の変化率である、請求項1に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the combustion fluctuation detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the angular velocity parameter is a change rate of a crankshaft rotational angular velocity.
請求項4に記載の発明によれば、前記判定値は、前記角速度パラメータが極大値をとるクランク角である、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided the internal combustion engine combustion fluctuation detection device according to any one of the first to third aspects, wherein the determination value is a crank angle at which the angular velocity parameter takes a maximum value. Provided.
請求項5に記載の発明によれば、前記判定値は、前記角速度パラメータが極小値をとるクランク角である、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, in the combustion fluctuation detecting device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the determination value is a crank angle at which the angular velocity parameter takes a minimum value. Provided.
請求項6に記載の発明によれば、前記判定値は、前記角速度パラメータが極大値をとるクランク角と極小値をとるクランク角との角度差である、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, the determination value is an angular difference between a crank angle at which the angular velocity parameter takes a maximum value and a crank angle at which the angular value takes a minimum value. A combustion fluctuation detecting device for an internal combustion engine as described in 1) is provided.
すなわち、請求項1から6の内燃機関の燃焼変動検出装置では、クランク軸回転の角速度に関連するパラメータに基づいて失火もしくは燃焼の悪化の有無を判定する点は、例えば前述の特許文献1等に記載された従来の燃焼変動検出装置と同様である。
That is, in the combustion fluctuation detection device for an internal combustion engine according to
しかし、従来の燃焼変動検出装置は角速度に関連するパラメータ(例えば、角速度、角速度の変化率など)そのものの大きさ、変化量等に基づいて失火もしくは燃焼悪化の有無を判定していたのに対して、請求項1から6の燃焼変動検出装置では、角速度パラメータそのものの大きさや変化量を用いるのではなく、角速度パラメータの値が極大値または極小値となるクランク角度にを用いて失火もしくは燃焼悪化を判定する点が従来のこの種の装置とは大きく相違している。
However, while the conventional combustion fluctuation detection device determines the presence or absence of misfire or combustion deterioration based on the size, change amount, etc. of parameters related to angular velocity (for example, angular velocity, rate of change of angular velocity). Thus, in the combustion fluctuation detection device according to
請求項1から6の装置では、角速度パラメータとして、例えばクランク軸回転角速度そのもの、或は角速度の変化率(角加速度)等が使用される。 In the apparatus according to the first to sixth aspects, for example, the crankshaft rotation angular velocity itself or the rate of change (angular acceleration) of the angular velocity is used as the angular velocity parameter.
前述したように、角速度や角加速度などの大きさそのものは機関の加減速運転により大きく影響を受ける。
しかし、本願出願人の研究によればその場合でも、各気筒の行程サイクルで角速度や角加速度の値が極大値や極小値をとるクランク角位相(クランク角度)は各気筒の燃焼状態のみに影響を受け、機関の加減速にはほとんど影響を受けないことが判明している。
As described above, the magnitudes of the angular velocity and the angular acceleration are greatly affected by the acceleration / deceleration operation of the engine.
However, according to the applicant's research, even in that case, the crank angle phase (crank angle) at which the angular velocity and angular acceleration take the maximum and minimum values in the stroke cycle of each cylinder only affects the combustion state of each cylinder. As a result, it has been found that the acceleration and deceleration of the engine is almost unaffected.
このため、角速度パラメータの極大または極小となるクランク角度を判定値として用いて、あるいは極大となるクランク角度と極小となるクランク角度との差を判定値として用いて失火もしくは燃焼悪化の判定を行うことにより、機関の加減速には影響を受けない正確な燃焼状態の判定を行うことが可能となる。 Therefore, determination of misfire or deterioration of combustion is performed using the crank angle at which the angular velocity parameter is maximized or minimized as the determination value, or using the difference between the maximum crank angle and the minimum crank angle as the determination value. This makes it possible to accurately determine the combustion state that is not affected by the acceleration / deceleration of the engine.
請求項7に記載の発明によれば、前記判定手段は、各気筒の各行程サイクル毎に前記判定値を算出し、一の気筒における前記判定値の行程サイクル毎のばらつきが所定値以上になったときに、その気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。
According to a seventh aspect of the present invention, the determination unit calculates the determination value for each stroke cycle of each cylinder, and the variation of the determination value for each cylinder in each stroke cycle is greater than or equal to a predetermined value. The combustion fluctuation detecting device for an internal combustion engine according to any one of
請求項8に記載の発明によれば、前記判定手段は、各気筒毎に前記判定値を算出し、一の気筒における前記判定値の、全気筒の前記判定値の平均値からのばらつきが所定値以上になったときに、その気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。
According to an eighth aspect of the present invention, the determination means calculates the determination value for each cylinder, and a variation of the determination value in one cylinder from an average value of the determination values in all cylinders is predetermined. The combustion fluctuation detection device for an internal combustion engine according to any one of
請求項9に記載の発明によれば、前記判定手段は、各気筒毎に前記判定値を算出し、一つの気筒における前記判定値が予め定めた範囲から外れた場合に、その気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼変動検出装置が提供される。
According to a ninth aspect of the present invention, the determination means calculates the determination value for each cylinder, and when the determination value for one cylinder is out of a predetermined range, combustion of that cylinder is not performed. The combustion fluctuation detection device for an internal combustion engine according to any one of
すなわち、請求項7から9の発明では、前述のクランク角度に基づいて算出した判定値のばらつきに基づいて失火もしくは燃焼悪化を生じている気筒を判定する。 That is, in the seventh to ninth aspects of the invention, the cylinder that has misfired or deteriorated in combustion is determined based on the variation in the determination value calculated based on the crank angle.
この場合、例えば、このばらつきは、気筒毎に複数行程サイクルの上記判定値を求め、それぞれの気筒毎の判定値の平均値を求めておき、その気筒で判定値が平均値から所定値以上ずれた場合にその気筒で失火もしくは燃焼悪化が生じたと判定するようにしても良いし、或は、全部の気筒の判定値の平均を求めておき、ある気筒の判定値がこの平均値から所定値以上ずれた場合にその気筒で失火もしくは燃焼悪化が生じたと判定するようにしても良い。 In this case, for example, this variation is obtained by determining the above-mentioned determination value for a plurality of stroke cycles for each cylinder, determining the average value of the determination values for each cylinder, and the determination value for that cylinder deviates from the average value by a predetermined value or more. In this case, it may be determined that misfire or deterioration of combustion has occurred in the cylinder, or an average of the determination values of all the cylinders is obtained, and the determination value of a certain cylinder is a predetermined value from the average value. When the above deviation occurs, it may be determined that misfire or deterioration of combustion has occurred in the cylinder.
また、気筒毎、或は機関全気筒の平均値と判定値とを比較する代りに、ある気筒の判定値そのものが予め定めた範囲外になった場合にその気筒で失火もしくは燃焼悪化が生じたと判定するようにすることもできる。この場合、判定値が予め定めた範囲外か否かの判断として、判定値が予め定めた上限値以上もしくは予め定めた下限値以下になったか否か、或は運転条件に応じて定めた基準値と判定値との偏差の基準値に対する割合が所定値を越えたか否か等により判断するようにしても良い。 In addition, instead of comparing the average value of each cylinder or all the engine cylinders with the determination value, if the determination value itself of a certain cylinder is outside the predetermined range, misfire or deterioration of combustion occurs in that cylinder. It can also be determined. In this case, as a determination of whether or not the determination value is outside the predetermined range, whether or not the determination value is equal to or higher than a predetermined upper limit value or lower than a predetermined lower limit value, or a criterion determined according to operating conditions The determination may be made based on whether or not the ratio of the deviation between the value and the determination value to the reference value exceeds a predetermined value.
これにより、過渡運転時において燃焼の悪化を生じた気筒を正確に判定することができるため、リーンバーンエンジンにおいて過渡運転時にも前述した燃焼安定化制御を行うことができる、過渡運転時にも安定したリーン空燃比運転を行うことが可能となる。 As a result, it is possible to accurately determine the cylinder in which the deterioration of the combustion is caused during the transient operation, so that the above-described combustion stabilization control can be performed even during the transient operation in the lean burn engine. A lean air-fuel ratio operation can be performed.
各請求項に記載の発明によれば、機関の加減速などの過渡運転時においても各気筒の燃焼状態の悪化を正確に検出することができるため、過渡運転時にも安定したリーン空燃比制御を行うことが可能となる共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, since the deterioration of the combustion state of each cylinder can be accurately detected even during transient operation such as acceleration / deceleration of the engine, stable lean air-fuel ratio control is achieved even during transient operation. There is a common effect that can be performed.
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an embodiment when the present invention is applied to an internal combustion engine for an automobile.
図1において、1は車両用内燃機関を示す。本実施形態では、機関1としてはリーン空燃比を含む広い空燃比範囲で運転可能な4気筒リーンバーンエンジンが使用されている。
In FIG. 1,
図1に30で示すのは機関1の制御を行う電子制御ユニット(ECU)である。
本実施形態では、ECU30は、ROM、RAM、CPUを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとして構成され、機関1の燃料噴射や点火時期の制御を行う他、本実施形態では後述する燃焼変動検出操作を行う。
1 is an electronic control unit (ECU) that controls the
In the present embodiment, the
これらの制御を行うため、ECU30には機関1の吸気マニホルド(図示せず)に設けられた吸気圧センサ35から機関1の吸気圧力に対応する信号が、また、機関1のアクセルペダル(図示せず)近傍に配置されたアクセル開度センサ37から運転者のアクセルペダル踏込み量(アクセル開度)に対応する信号が、それぞれ入力されている他、機関1のクランク回転速度(角速度)に対応する信号がクランク角速度センサ33から入力されている。
なお、吸気圧センサ35の代りに直接機関吸入空気量を検出可能な、エアフローメータなどの空気量センサを用いるようにしても良い。
In order to perform these controls, the
Instead of the intake pressure sensor 35, an air amount sensor such as an air flow meter that can directly detect the engine intake air amount may be used.
本実施形態では、角速度センサ33としてはホール素子を用いた、いわゆるリニア回転角センサが使用されており、クランク軸回転角速度に対応した連続信号を出力している。
なお、クランク角速度センサ33としては、例えばカム軸、或はクランク軸の所定回転角毎にパルス信号を出力するクランク角センサまたはカム角センサを用いて、単位時間当りの出力パルス数を計測することにより、クランク角速度を算出するものも使用可能である。
In the present embodiment, a so-called linear rotation angle sensor using a Hall element is used as the
As the crank
ECU30は、燃料噴射回路(図示せず)を介して機関1の各気筒に個別に燃料を噴射する燃料噴射弁11に接続され、各気筒毎の燃料噴射量、燃料噴射時期を制御するとともに、図示しない点火時期回路を介して各気筒の点火プラグ13に接続され、各気筒毎に点火時期を制御している。
The
ECU30は、機関1の理論空燃比運転時には角速度センサ33により検出したクランク軸回転速度(機関回転数)と吸気圧センサ35で検出した機関吸気圧とに基づいて、機関吸入空気量を算出し(或は、空気量センサで直接検出した機関吸入空気量を用いて)、機関1で理論空燃比の燃焼を行うための燃料噴射量を計算し、燃料噴射弁11から各気筒に噴射する。
また、機関1のリーン空燃比運転時には機関回転数と、アクセル開度センサ37で検出したアクセル開度とに基づいて各気筒への燃料噴射量を算出し、機関1のリーンバーン運転を行う。
The
Further, during the lean air-fuel ratio operation of the
リーンバーン運転では機関の運転可能なリーン空燃比限界付近での運転を行うため、わずかな運転状態の変化で機関の燃焼状態が悪化して機関出力を低下させる不完全な燃焼が生じる場合がある。
そこで、従来から、リーンバーン運転時には各気筒の燃焼状態の悪化を早期に検出し、悪化が生じた場合にはその気筒の燃料噴射量の増大や点火時期の調整を行って燃焼状態を安定させる制御が行われていた。
In lean burn operation, the engine is operated near the lean air-fuel ratio limit at which the engine can be operated, so that a slight change in the operating state may deteriorate the combustion state of the engine and cause incomplete combustion that reduces the engine output. .
Therefore, conventionally, at the time of lean burn operation, the deterioration of the combustion state of each cylinder is detected at an early stage, and when the deterioration occurs, the combustion state is increased by adjusting the fuel injection amount of the cylinder and adjusting the ignition timing. Control was taking place.
ところが、前述したように、従来の燃焼変動検出装置はそのほとんどがクランク軸回転速度やその変化率の大きさやばらつきに基づいて燃焼状態の悪化を判断しているため、機関の加減速などの過渡運転時には正確に燃焼状態の悪化を判定できない問題が生じていた。 However, as described above, most of the conventional combustion fluctuation detection devices judge the deterioration of the combustion state based on the crankshaft rotational speed and the magnitude and variation of the rate of change thereof. During operation, there was a problem that the deterioration of the combustion state could not be accurately determined.
このため、従来過渡運転時には機関空燃比を理論空燃比に制御するか、或は上記の燃焼変動有無に基づく燃焼状態の安定化制御(リーンリミット制御)を行わずに燃料噴射量等を固定した運転を行っており、燃費の増大やエミッションの悪化等を生じる場合があった。 Therefore, during the conventional transient operation, the engine air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, or the fuel injection amount is fixed without performing the combustion state stabilization control (lean limit control) based on the presence or absence of the above-described combustion fluctuation. During driving, there were cases where fuel consumption increased and emissions deteriorated.
この問題を図2を用いて説明する。
図2は、機関運転時のクランク軸角速度変化を示す図であり、図2(A)は、機関が定常運転されている場合のクランク軸角速度の時間的変化を示している。
This problem will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing changes in the crankshaft angular speed during engine operation, and FIG. 2A shows temporal changes in the crankshaft angular speed when the engine is in steady operation.
図2に示すように、クランク軸角速度は各気筒(図2に#1〜4)の行程サイクル毎に増減し、各気筒の圧縮上死点付近で極小(MIN)、爆発行程途中で極大(MAX)になる。 As shown in FIG. 2, the crankshaft angular velocity increases and decreases with each stroke cycle of each cylinder (# 1 to 4 in FIG. 2), reaches a minimum (MIN) near the compression top dead center of each cylinder, and reaches a maximum during the explosion stroke ( MAX).
図2(A)に示すように、機関が定常運転されており機関回転数が一定に維持されている場合には、クランク軸の角速度はある平均値(AV)を中心にして増減を繰返しており、例えば機関出力を低下させる不完全な燃焼が生じるとその気筒の角速度の極大値が他の気筒に比べて小さくなるため、容易に不完全な燃焼の有無を判別することができる。 As shown in FIG. 2A, when the engine is in steady operation and the engine speed is kept constant, the angular velocity of the crankshaft is repeatedly increased and decreased around a certain average value (AV). For example, if incomplete combustion that lowers the engine output occurs, the maximum value of the angular velocity of the cylinder becomes smaller than that of the other cylinders, so that the presence or absence of incomplete combustion can be easily determined.
図2(B)は、機関の過渡運転(加速時)のクランク軸角速度を示す図2(A)と同様な図である。 FIG. 2B is a view similar to FIG. 2A showing the crankshaft angular velocity during transient operation (acceleration) of the engine.
例えば、機関加速時にはクランク軸の平均角速度そのものが時間とともに増大し、更に各気筒の筒内圧も大きくなるため、図2(B)に示すように、角速度の極大値、極小値、振幅とも時間とともに増大する。 For example, when the engine is accelerated, the average angular velocity of the crankshaft increases with time, and the in-cylinder pressure of each cylinder also increases. Therefore, as shown in FIG. 2B, the maximum value, minimum value, and amplitude of the angular velocity increase with time. Increase.
このため、角速度の極大値や極小値の大きさそのもの(或は極大値と極小値との差等)で各気筒の燃焼変動の有無を判別していると、機関の加減速によるクランク軸角速度の変化と機関出力を低下させる不完全な燃焼による角速度の変化とを明確に区別することができず、正確に燃焼変動の有無を判断することができないのである。 For this reason, if the presence or absence of combustion fluctuation in each cylinder is determined by the maximum value or the minimum value of the angular velocity itself (or the difference between the maximum value and the minimum value, etc.), the crankshaft angular speed due to the acceleration / deceleration of the engine Therefore, it is impossible to clearly distinguish between the change in the engine speed and the change in the angular velocity due to the incomplete combustion that reduces the engine output, and it is impossible to accurately determine the presence or absence of the combustion fluctuation.
本実施形態では、従来と同様クランク軸角速度に基づいて燃焼変動の有無を判定するものの、クランク軸角速度やその変化率などの極大値や極小値の大きさそのものを使用するのではなく、クランク軸角速度やその変化率が極大値或は極小値をとるクランク角に基づいて燃焼変動の有無を判定する点が従来のものと大きく相違している。 In this embodiment, the presence / absence of combustion fluctuation is determined based on the crankshaft angular velocity as in the prior art, but instead of using the maximum or minimum value itself, such as the crankshaft angular velocity and its rate of change, the crankshaft The point which judges the presence or absence of combustion fluctuation | variation based on the crank angle from which angular velocity and its change rate take the maximum value or the minimum value differs greatly from the conventional one.
図3は、ある気筒の圧縮行程から膨張行程にかけてのクランク軸角速度変化と筒内圧変化とを示す図である。図3において、カーブSは燃焼状態が悪化している場合(発生トルクが小さい場合)を、カーブLは燃焼状態が良好な場合(発生トルクが大きい場合)を、それぞれ示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating changes in crankshaft angular velocity and in-cylinder pressure from a compression stroke to an expansion stroke of a certain cylinder. In FIG. 3, a curve S shows a case where the combustion state is deteriorated (when the generated torque is small), and a curve L shows a case where the combustion state is good (when the generated torque is large).
図3に示すように、カーブSとカーブLとを比較すると、角速度が極小となるクランク角は燃焼が悪化すると遅角側に移動し(図3、SminとLmin)、角速度が極大となるクランク角は燃焼が悪化すると進角側に移動する(同SmaxとLmax)。 As shown in FIG. 3, when the curve S and the curve L are compared, the crank angle at which the angular velocity becomes minimum moves to the retard side when the combustion deteriorates (FIG. 3, Smin and Lmin), and the crank at which the angular velocity becomes maximum. If the combustion worsens, the angle moves to the advance side (Smax and Lmax).
また、出願人等の研究の結果、上記角速度が極小となるクランク角と極大となるクランク角は、機関回転数や加速減速によっては大きく変化しないことが判明している。 Further, as a result of applicants' research, it has been found that the crank angle at which the angular velocity is minimized and the crank angle at which the angular velocity is maximized do not vary greatly depending on the engine speed or acceleration / deceleration.
このように、角速度が極小になるクランク角が筒内圧が最大になるクランク角が燃焼悪化とともに遅角し、機関回転数にはほとんど影響されないのは、図3の筒内圧カーブから判るように角速度が極小になるクランク角が筒内圧が最大になるクランク角と略対応しているためと考えられる。 In this way, the crank angle at which the angular speed is minimized is retarded as the in-cylinder pressure becomes maximum and the engine speed is hardly influenced by the angular speed as shown in the in-cylinder pressure curve of FIG. This is considered to be because the crank angle at which is minimized is substantially corresponding to the crank angle at which the in-cylinder pressure is maximized.
また、角速度が極大になるクランク角は外部にする仕事の大きさに影響することから、仕事(発生トルク)が大きいほど、すなわち燃焼が良好な場合には燃焼状態が悪い場合に比べて角速度が極大になるクランク角が遅角側に移動すると考えられる。 In addition, the crank angle at which the angular velocity is maximized affects the magnitude of work to be externalized. Therefore, the larger the work (generated torque), that is, the better the combustion, the more the angular velocity is compared to the worse combustion state. The maximum crank angle is considered to move to the retard side.
上記のようにクランク軸角速度を角速度パラメータとして使用した場合には、角速度が極大になるクランク角(以下「θmax」と言う)と極小になるクランク角(以下「θmin」と言う)は、それぞれ燃焼状態を判定するための判定値として使用することができる。 As described above, when the crankshaft angular velocity is used as the angular velocity parameter, the crank angle at which the angular velocity is maximized (hereinafter referred to as “θmax”) and the crank angle at which the angular velocity is minimized (hereinafter referred to as “θmin”) are respectively combusted. It can be used as a determination value for determining the state.
また、上記θmaxとθminとの差Δθ=θmax−θminは燃焼期間に対応する値となり、燃焼が悪化すると小さな値を取るようになるため(図3参照)、同様に燃焼状態を判定するための判定値として使用することができる。 Further, the difference Δθ = θmax−θmin between the above θmax and θmin becomes a value corresponding to the combustion period and takes a small value when the combustion deteriorates (see FIG. 3). It can be used as a judgment value.
例えば、ある気筒について連続して上記判定値を算出し、この判定値があるばらつき範囲内におさまっている場合には、燃焼状態は安定していると考えられるが、この判定値のばらつきの大きさが大きい場合には燃焼状態が安定しておらず燃焼が悪化していると判断することができる。
また、ある気筒について連続的に上記判定値を算出する代りに、機関の全気筒について上記判定値を計算し、それらの平均値から見てばらつきの大きい気筒があれば、その気筒の燃焼状態が悪化していると判断することも可能である。
For example, when the above judgment value is continuously calculated for a certain cylinder and this judgment value falls within a certain variation range, it is considered that the combustion state is stable, but the variation in this judgment value is large. If it is large, it can be determined that the combustion state is not stable and the combustion is deteriorated.
Also, instead of continuously calculating the above-mentioned determination value for a certain cylinder, the above-mentioned determination value is calculated for all the cylinders of the engine. It is also possible to judge that it is getting worse.
上記は、クランク角速度を角速度パラメータとして使用して判定値を算出した場合について説明したが、角速度だけでなく、角速度の変化率(角加速度)を角速度パラメータとして用いた場合にも、角速度変化率が極大になるクランク角dθmaxと極小になるクランク角dθmin、或はこれらの差Δdθ=dθmax−dθminも上記と全く同様に判定値として使用することができることが判明している。 In the above description, the determination value is calculated using the crank angular velocity as the angular velocity parameter. However, not only the angular velocity but also the change rate of the angular velocity (angular acceleration) is used as the angular velocity parameter. It has been found that the maximum crank angle dθmax and the minimum crank angle dθmin, or the difference between them, Δdθ = dθmax−dθmin, can be used as the determination value in the same manner as described above.
このように、角速度パラメータが極大値または極小値を取るクランク角に基づいて算出した判定値を用いて燃焼変動の有無を検出することにより、機関の過渡運転時等のように機関回転数が変化する場合にも正確な燃焼変動の判定が可能となる。 In this way, by detecting the presence or absence of combustion fluctuation using the judgment value calculated based on the crank angle at which the angular velocity parameter takes the maximum value or the minimum value, the engine speed changes as in engine transient operation, etc. In this case, the combustion fluctuation can be accurately determined.
本実施形態では、上記角速度パラメータのいずれかを用いて算出した判定値に基づいて燃焼変動を検出することにより、機関の過渡運転に影響されることなく正確に機関の燃焼変動の有無を検出することができるため、過渡運転時にも安定した燃焼を得るように燃料噴射や点火時期などを制御することが可能となる。 In this embodiment, by detecting the combustion fluctuation based on the determination value calculated using any one of the angular velocity parameters, the presence or absence of the combustion fluctuation of the engine is accurately detected without being affected by the transient operation of the engine. Therefore, it is possible to control fuel injection and ignition timing so as to obtain stable combustion even during transient operation.
以下、本実施形態の燃焼変動検出操作について図4を参照して具体的に説明する。
図4は、角速度パラメータとして角速度を、判定値として角速度が極大値をとるクランク角θmaxを、それぞれ用いた場合の本実施形態の燃焼変動検出操作を説明するフローチャートである。
Hereinafter, the combustion fluctuation detection operation of the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the combustion fluctuation detection operation of the present embodiment when the angular velocity is used as the angular velocity parameter and the crank angle θmax at which the angular velocity has a maximum value is used as the determination value.
図4の操作では、各気筒毎にθmaxを求め、その気筒の過去数行程サイクル分のθmaxの平均値AVGからの今回のθmaxの値の偏差σが所定値以上(ばらつきが所定値以上)の場合に、この気筒で燃焼状態の悪化が生じていると判断する。 In the operation of FIG. 4, θmax is obtained for each cylinder, and the deviation σ of the current θmax value from the average value AVG of θmax for the past several stroke cycles of the cylinder is not less than a predetermined value (variation is not less than a predetermined value). In this case, it is determined that the combustion state has deteriorated in this cylinder.
また、本操作では燃焼変動が生じていると判断された場合には、燃料噴射量や点火時期を調整して燃焼を安定させる操作を行う。 Further, when it is determined that the combustion fluctuation has occurred in this operation, an operation for adjusting the fuel injection amount and the ignition timing to stabilize the combustion is performed.
すなわち、図4の操作ではステップ401で角速度センサ33出力に基づいて機関1のクランク軸回転角速度をもとめる。角速度の検出はクランク軸の所定回転角度毎(例えば1度から10度程度毎)に行う。
That is, in the operation of FIG. 4, the crankshaft rotational angular velocity of the
そして、ステップ403では検出した角速度のフィルタ処理を行う。本実施形態では、正確にクランク軸回転の角速度を求めるために、クランク軸のねじり振動に起因する比較的周波数の高い角速度変動成分を角速度信号からローパスフィルタにより除去するフィルタ処理を行っている。
In
そして、ステップ405では、現在クランク軸回転位相がどの気筒の角速度検出区間にあるかの気筒判別が行われる。気筒の行程サイクルのうち、角速度が極大または極小になるクランク角を検出すべき行程は、圧縮行程から爆発行程区間である。ステップ405では、現在どの気筒がこの区間にあるかを判別することにより、現在どの気筒についての燃焼変動判定を行っているかを判別している。
In
ステップ405で気筒判別後、ステップ407ではこの気筒の角速度検出区間(すなわち、圧縮/爆発行程)が終了したか否かが判定され、未だ検出区間が終了していない場合にはステップ401に戻り角速度の検出を続行する。
After the cylinder is determined in
ステップ407で検出区間が終了している場合には、次にステップ409に進み、検出した角速度が極大になっているときのクランク回転角θmaxを求める。
If the detection section is completed in
そして、ステップ411ではこの気筒の過去数行程サイクル分のθmaxの平均値AVGiを所定の格納場所から読込み、ステップ413で今回検出したθmaxの平均値AVGiからの偏差σ(σ=|θmax−AVGi)を算出する。
In
そして、ステップ415では今回のθmaxの値を用いて平均値AVGiの値を更新し、所定の格納場所に収納して次回の本操作の実行に備える。
In
次いで、ステップ417では、ステップ415で算出した偏差σに基づいて、今回この気筒が燃焼悪化を生じているか否かを判定する。
Next, at
ステップ417の判定は、偏差σが予め定めた値α以上であるか否か、すなわち今回検出したθmaxが過去数サイクル分のθmaxの値から見て大きくばらついているか否かに基づいて行われる。
The determination in
なお、偏差σの大きさそのものに基づいてばらつきを判定する代りに、偏差σの平均値AVGiに対する比(σ/AVGi)が所定値より大きくなった場合にばらつきが大きいと判定するようにしてもよい。 Instead of determining the variation based on the magnitude of the deviation σ itself, the variation may be determined to be large when the ratio (σ / AVGi) of the deviation σ to the average value AVGi is greater than a predetermined value. Good.
ステップ117でθmaxのばらつきが大きくない(すなわちσ<α)であった場合には、この気筒では燃焼の悪化は生じていないので、再度ステップ401に戻り、角速度の検出を開始し、次の点火順序にある気筒の燃焼悪化の有無の判定を行う。 If the variation of θmax is not large in step 117 (ie, σ <α), the combustion has not deteriorated in this cylinder, so the process returns to step 401 again to start the angular velocity detection, and the next ignition It is determined whether or not there is a deterioration in combustion in the cylinders in the order.
また、ステップ417で燃焼の悪化が生じていると判定された場合(すなわち、σ≧αの場合)には、次にステップ419に進み燃焼安定化制御を行う。
If it is determined in
ステップ419の制御では、燃料噴射量を所定量増量するとともに点火時期を所定量遅角させることにより燃焼を安定化させる。すなわち、ステップ417で燃焼が悪化したと判定される限り、所定量ずつ燃料噴射量と点火時期とが調整されるようになり、最終的にこの気筒で安定した燃焼が得られるようになる。
In the control of step 419, combustion is stabilized by increasing the fuel injection amount by a predetermined amount and retarding the ignition timing by a predetermined amount. That is, as long as it is determined in
ステップ419が終了すると、再度ステップ401が実行され、次の気筒について燃焼変動判定操作が行われる。
When step 419 ends,
なお、図4の例では角速度が極大になるクランク角θmaxを判定値として用いた場合について説明しているが、角速度が極小になるクランク角θmin、或は角加速度が極大になるクランク角dθmaxまたは極小になるクランク角dθminを用いた場合も、操作事態は図4と同一になる。 In the example of FIG. 4, the crank angle θmax at which the angular velocity is maximized is described as the determination value. However, the crank angle θmin at which the angular velocity is minimized, or the crank angle dθmax at which the angular acceleration is maximized or Even when the crank angle dθmin that is minimized is used, the operation situation is the same as that in FIG.
また、図4の例では、判定値θmaxとその気筒のθmaxの平均値AVGiとの偏差σが所定値α以上であるか否かにより燃焼悪化の有無を判定しているが、θmaxの値そのものが所定範囲(上限値と下限値との間)にあるか否か、またはθmaxの値が運転状態(機関回転数と吸入空気量)毎に予め定めた基準値βとの偏差σ=|θmax−β|とβとの比が予め定めた所定値より大きくなったときに燃焼悪化が生じたと判断するようにしてもよい。 In the example of FIG. 4, the presence or absence of combustion deterioration is determined based on whether or not the deviation σ between the determination value θmax and the average value AVGi of θmax of the cylinder is equal to or greater than a predetermined value α. Is within a predetermined range (between the upper limit value and the lower limit value), or the value of θmax is a deviation σ = | θmax from a reference value β determined in advance for each operating state (engine speed and intake air amount) It may be determined that combustion deterioration has occurred when the ratio of −β | and β is greater than a predetermined value.
図5は、判定値としてΔθ=θmax−θminを用いた場合の図4の変形例を示す。
図5の操作において、ステップ501から507の操作は図4の操作のステップ401から407と同一である。
FIG. 5 shows a modification of FIG. 4 when Δθ = θmax−θmin is used as the determination value.
In the operation of FIG. 5, the operations in
但し、図5の操作では、図4の操作ではステップ409でθmaxのみを求めていたのに対して、ステップ509−1でθmaxに加えて角速度が極小値をとるクランク角θminを求め、ステップ509−2で判定値ΔθをΔθ=|θmax−θmin|として求めている点、及びステップ511から515では、この気筒の過去数行程サイクル分のΔθの平均値AVGθiを用いる点が図4の操作と相違している。
However, in the operation of FIG. 5, only θmax was obtained in
なお、図5の操作においても角速度が極大及び極小になるクランク角θmax、θminの代りに角加速度が極大及び極小になるクランク角dθmax、dθminを用いて同じ操作を行うようにしても同様の効果を得ることができる。 In the operation of FIG. 5, the same effect can be obtained by performing the same operation using the crank angles dθmax and dθmin at which the angular acceleration is maximized and minimized instead of the crank angles θmax and θmin at which the angular velocity is maximized and minimized. Can be obtained.
また、図4、図5の操作ではθmax、或はΔθの平均値として、該当する気筒の過去数行程サイクル分の値の平均値を用いて今回のθmaxなどのばらつきの大きさを判定している(図4ステップ411〜417、図5ステップ511〜517)。
しかし、それぞれの気筒毎の平均値を用いる代りに、機関の1サイクル分または複数サイクル分にわたって全気筒のθmax等を求め、全気筒分のθmax、Δθなどの平均値を求めて図4、図5のばらつき判定に用いるようにしても良い。
4 and 5, the average value of θmax or Δθ is used as an average value of the past several stroke cycles of the corresponding cylinder to determine the magnitude of variation such as θmax this time. (
However, instead of using the average value for each cylinder, θmax and the like of all the cylinders are obtained for one cycle or a plurality of cycles of the engine, and the average values of θmax, Δθ and the like for all the cylinders are obtained, and FIG. You may make it use for the dispersion | variation determination of 5.
上述のように、本実施形態ではクランク軸角速度に関連する角速度パラメータの大きさそのものに基づくのではなく、角速度パラメータが極大または極小になるクランク角を用いて燃焼悪化の有無を判定するようにしたことにより、加減速などの過渡運転時にも正確に燃焼悪化の有無を判定することが可能となっている。 As described above, in this embodiment, the presence or absence of combustion deterioration is determined using the crank angle at which the angular velocity parameter is maximized or minimized, not based on the magnitude of the angular velocity parameter related to the crankshaft angular velocity. Thus, it is possible to accurately determine the presence or absence of combustion deterioration even during transient operation such as acceleration / deceleration.
1 機関本体
11 燃料噴射弁
30 電子制御ユニット(ECU)
33 角速度センサ
1
33 Angular velocity sensor
Claims (9)
前記機関各気筒の、圧縮行程開始から膨張行程終了までの期間において前記角速度パラメータが極大値をとるクランク角と極小値をとるクランク角との少なくとも一方を検出し、該検出したクランク角の関数として算出される判定値に基づいて、各気筒における燃焼悪化の有無を判定する判定手段と、
を備えた内燃機関の燃焼変動検出装置。 Detecting means for detecting a predetermined angular velocity parameter related to the crankshaft rotational angular velocity of the internal combustion engine;
For each cylinder of the engine, at least one of a crank angle at which the angular velocity parameter takes a maximum value and a crank angle at which the angular velocity parameter takes a minimum value is detected in a period from the start of the compression stroke to the end of the expansion stroke, and as a function of the detected crank angle Determining means for determining the presence or absence of combustion deterioration in each cylinder based on the calculated determination value;
An internal combustion engine combustion fluctuation detection device comprising:
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