JP2007291977A - Combustion control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃焼状態を制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling the combustion state of an internal combustion engine.
燃焼の安定判別を実施し、安定である場合に点火時期の補正を許可してMBT(Minimum spark advance for Best Torque、燃費ベスト)制御を実行する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1の手法は、燃焼状態が安定である場合には点火時期をMBT制御するとともに混合気状態(EGR量、空燃比など)を制御することによりトルクと燃費の向上を両立させることが可能である。
しかしながら、特許文献1の手法では、燃焼状態が不安定である場合において、点火時期の制御を停止させ、混合気制御のみを実施して安定化制御を継続している。実際には、燃焼変動は気筒間の出力トルクの影響を受け、この出力トルクは吸入空気量のばらつきに依存するため、混合気(燃料)の制御のみでは燃焼変動を抑制できない可能性がある。
However, in the method of
本発明の目的は、燃焼変動を速やかに安定化することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can quickly stabilize combustion fluctuations.
本発明の提供する内燃機関の燃焼状態制御装置は、内燃機関の各気筒の筒内圧を検出する手段と、内燃機関のクランク角度を検出する手段と、検出された筒内圧に基づいて、内燃機関の燃焼状態を推定する手段と、推定された燃焼状態に応じて、内燃機関の各気筒の点火時期を制御する手段と、を有する。点火時期を制御する手段は、燃焼状態が安定と判定されるとき、筒内圧を最大とするクランク角度が、出力トルクを最大にする目標クランク角度に一致するように、各気筒の点火時期を制御し、燃焼状態が不安定と判定されるとき、各気筒の出力トルクが均一になるように、各気筒の点火時期を制御する。 The combustion state control apparatus for an internal combustion engine provided by the present invention includes: a means for detecting an in-cylinder pressure of each cylinder of the internal combustion engine; a means for detecting a crank angle of the internal combustion engine; and an internal combustion engine based on the detected in-cylinder pressure. And means for controlling the ignition timing of each cylinder of the internal combustion engine in accordance with the estimated combustion state. The means for controlling the ignition timing controls the ignition timing of each cylinder so that when the combustion state is determined to be stable, the crank angle that maximizes the in-cylinder pressure matches the target crank angle that maximizes the output torque. When it is determined that the combustion state is unstable, the ignition timing of each cylinder is controlled so that the output torque of each cylinder is uniform.
この発明により、燃焼変動により燃焼状態が不安定な場合においても、各気筒の出力トルクが均一になるように点火時期を制御するので、内燃機関の燃焼を速やかに安定化させることができる。 According to the present invention, even when the combustion state is unstable due to combustion fluctuations, the ignition timing is controlled so that the output torque of each cylinder becomes uniform, so that the combustion of the internal combustion engine can be stabilized quickly.
本発明の一実施形態によると、燃焼状態を推定する手段は、検出された筒内圧に基づいて、図示平均有効圧、筒内圧の最大値、筒内圧の最大値をとるクランク角度、着火遅れ時間、または燃焼度合いを検出して、これらの変動量を算出し、この変動量が所定範囲内にあるときに燃焼状態を安定と判定し、この変動量が所定範囲にないときに燃焼状態を不安定と判定する。この形態により、内燃機関の燃焼状態を精度良く推定することができる。 According to one embodiment of the present invention, the means for estimating the combustion state is based on the detected in-cylinder pressure, the indicated mean effective pressure, the maximum value of the in-cylinder pressure, the crank angle that takes the maximum value of the in-cylinder pressure, and the ignition delay time. Alternatively, the degree of combustion is detected, and these fluctuation amounts are calculated. When the fluctuation amount is within the predetermined range, the combustion state is determined to be stable, and when the fluctuation amount is not within the predetermined range, the combustion state is not determined. Judge as stable. With this configuration, it is possible to accurately estimate the combustion state of the internal combustion engine.
本発明の一実施形態によると、点火時期を制御する手段は、燃焼状態が不安定と判定されるとき、各気筒の図示平均有効圧が一致するように、各気筒の点火時期を制御する。この形態により、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができる。 According to one embodiment of the present invention, the means for controlling the ignition timing controls the ignition timing of each cylinder so that the indicated mean effective pressures of the respective cylinders match when it is determined that the combustion state is unstable. With this configuration, the combustion state of the internal combustion engine can be stabilized.
次に図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態である燃焼状態制御装置の全体的構成を示すブロック図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a combustion state control apparatus according to an embodiment of the present invention.
電子制御ユニット(ECU)10は、中央演算装置(CPU)を備えたコンピュータである。電子制御ユニットは、コンピュータ・プログラムを格納する読取専用メモリ(ROM)およびプロセッサに作業領域を提供し、データおよびプログラムを一時記憶するランダムアクセス・メモリ(RAM)を備えている。入出力インタフェイス11は、エンジンの各部から検出信号を受け取って、A/D(アナログ・ディジタル)変換を行って次の段階に渡す。また、入出力インタフェイス11は、CPUの演算結果に基づく制御信号をエンジンの各部に送る。図1では、電子制御ユニットをこの発明に関連する機能を示す機能ブロックで示している。
The electronic control unit (ECU) 10 is a computer having a central processing unit (CPU). The electronic control unit includes a read only memory (ROM) that stores computer programs and a random access memory (RAM) that provides a work area for the processor and temporarily stores data and programs. The input /
まず図2を参照して、この発明の一実施形態におけるセンサ出力補正手法の原理を説明する。図2は、クランク角度-180度から180度の領域における気筒の燃焼室の圧力を示しており、およそクランク角度-180度から0度の範囲が圧縮行程であり、0度から180度までが膨張(燃焼)行程である。曲線1は、エンジンの1つの気筒のモータリング圧力(失火時の圧力)の推移を示し、曲線3は、同じ気筒において正常な燃焼が行われたときの筒内圧力の推移を示す。クランク角0度が上死点であり、モータリング圧力は上死点でピークとなり、燃焼時の筒内圧力(曲線3)は、上死点を過ぎた点火時点付近でピークとなる。
First, the principle of the sensor output correction method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the pressure in the combustion chamber of the cylinder in the range of the crank angle from -180 degrees to 180 degrees. The range of the crank angle from -180 degrees to 0 degrees is the compression stroke, and from 0 degrees to 180 degrees. Expansion (combustion) stroke.
この実施形態では、圧縮行程において上死点に達する前の期間、たとえば図2に”a”で示す期間において、圧力検出手段(図1の筒内圧力センサ12)の検出出力を補正する補正式のパラメータを同定する。黒色のドット5は、筒内圧力センサ12による検出出力を示す。筒内圧力センサ12は、エンジンの燃焼室という過酷な環境に置かれており、温度の影響、経年変化などによって特性が変化する。この実施形態では、筒内圧力センサ12の検出出力がほぼモータリング圧力の曲線1上にくるよう、検出出力を補正する。こうして補正された検出出力を白色のドット7で示す。
In this embodiment, a correction formula for correcting the detection output of the pressure detection means (in-
検出出力の補正は、筒内圧力センサの検出出力PD(θ)に、補正式 PS = PD(θ)k1 + C1 を適用することによって行われる。k1 は補正係数であり、C1 は定数である。θはクランク角度である。この補正式の2つのパラメータk1およびC1は、圧縮行程の、たとえば図2に”a”で示す期間において、モータリング圧力の推定値PMと、筒内圧力センサの検出出力を上述の補正式によって補正した値PSとの差(PM−PS)の二乗が最小になるよう、最小二乗法により演算して算出される。 The detection output is corrected by applying the correction expression PS = PD (θ) k 1 + C 1 to the detection output PD (θ) of the in-cylinder pressure sensor. k 1 is a correction coefficient, and C 1 is a constant. θ is a crank angle. The two parameters k 1 and C 1 of this correction formula are the above-described correction of the estimated value PM of the motoring pressure and the detection output of the in-cylinder pressure sensor during the compression stroke, for example, the period indicated by “a” in FIG. Calculation is performed by the least square method so that the square of the difference (PM−PS) from the value PS corrected by the equation is minimized.
再び図1を参照すると、筒内圧力センサ12は、圧電素子であり、エンジンの各気筒(シリンダ)の点火プラグ付近に設けられている。圧力センサ12は、気筒内の圧力に応じた電荷信号を出力する。この信号をチャージアンプ31により電圧信号に変換して出力し、ローパスフィルタ33を介して入出力インタフェイス11に出力する。入出力インタフェイス11は、圧力センサ12からの信号をサンプリング部13に送る。サンプリング部13は、この信号を所定の周期、たとえば10kHz分の1の周期でサンプリングし、サンプル値をセンサ出力検出部15に渡す。
Referring to FIG. 1 again, the in-
センサ出力補正部17は、上述の補正式 PS = PD(θ)k1 + C1 に従って、センサ出力PD(θ)を補正する。センサ出力補正部17は、所定のクランク角度間隔で補正されたセンサ出力値PSを燃焼圧力検出部41に渡す。
The sensor
一方において、燃焼室容積計算部19は、クランク角θに応じた気筒の燃焼室の容積Vcを次の数式により計算する。
上の式で、mは、図3の関係から計算される、ピストン8の上死点からの変位を示す。rをクランク半径、l(エル)をコンロッド長とすると、λ=l/r である。Vdeadは、ピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積、Apstnは、ピストンの断面積である。
In the above equation, m represents the displacement from the top dead center of the
一般に燃焼室の状態方程式は、次の(3)式で表されることが知られている。
(3)式で、Gは、例えばエアフローメータ、またはエンジン回転数および吸気圧に基づいて得られる吸入空気量、Rは気体定数、Tは、例えば吸気温度センサ、またはエンジン水温などの運転状態に基づいて得られる吸気温度である。kは補正係数、Cは定数である。 In Equation (3), G is an air flow meter or intake air amount obtained based on the engine speed and intake pressure, R is a gas constant, T is an operating state such as an intake air temperature sensor or engine water temperature, for example. This is the intake air temperature obtained based on this. k is a correction coefficient, and C is a constant.
本実施形態では、予めセンサ取り付け部の温度変化等の影響を受けない水晶圧電式の圧力センサを用いて燃焼室の圧力を実測し、この実測値を(3)式と対応させることによりkの値k0およびCの値C0を求めておく。これを(3)式に代入して得られる次の(4)式を用いてモータリング圧力を推定する。
モータリング圧力推定部20は、基本モータリング圧力計算部21およびモータリング圧力補正部22から構成される。基本モータリング圧力計算部21が(3)式の中の基本項目である基本モータリング圧力GRT/Vを計算する。モータリング圧力補正部22は、上述のようにして予め求められているパラメータk0およびC0を用いて、基本モータリング圧力を補正する。このパラメータk0およびC0は、吸気管圧力またはエンジン回転数などエンジンの負荷状態を表すパラメータに従って参照することができるテーブルとして用意されている。
The motoring
なお、モータリング圧力推定部20は、代替的に、基本モータリング圧力計算部21のみで構成する形式でも良い。この場合、モータリング圧力PMは、基本モータリング圧力計算部21が算出した基本モータリング圧力GRT/Vである。
The motoring
パラメータ同定部23は、圧縮行程においてモータリング圧力推定部20が算出するモータリング圧力推定値PMとセンサ出力補正部17が出力する筒内圧力センサ12に基づく筒内圧力PSとの誤差(PM−PS)が最小になるよう、最小二乗法によりセンサ出力を補正する補正式のパラメータk1およびC1を同定する。センサ出力検出部15は、たとえば10kHz分の1の周期で圧力センサの出力をサンプリングし、クランク角度に同期したタイミングでサンプル値の平均値をセンサ出力値PD(θ)として、パラメータ同定部23に渡す。パラメータ同定部23は、気筒の圧縮行程において補正式のパラメータを同定する演算を実行する。モータリング圧力補正部から得られるクランク角度に応じたモータリング圧力推定値PM(θ)と、同じクランク角度におけるセンサ出力値PD(θ)に補正式PS = PD(θ)k1 + C1 を適用した値PSとの差の二乗、すなわち(PM(θ) - PD(θ)k1 - C1)2 が最小になる k1 および C1を既知の最小二乗法により求める。
The
PMの離散値をy(i)で表し、筒内圧力センサから得られる筒内圧力PDのサンプル値(離散値)をx(i)で表すと、X(i)T=[x(0), x(1), …,x(n)]、Y(i)T=[y(0), y(1), …,y(n)]と表される。誤差の離散値の二乗の和は、次の式(5)で表される。サンプル値は、10kHz分の1の周期でとられ、iの値は、たとえば100までとする。
このFの値を最小にするkおよびCを求めるには、F(k,C)のkおよびCに関する偏微分が0となるkおよびCを求めればよい。これを数式で表すと、次のようになる。
式(6)および(7)の右辺を整理すると、次のようになる。
これを行列で表現すると、次のようになる。
この式を逆行列を使って変形すると、次のようになる。
ここで、右辺の逆行列は、次の式で表される。
センサ出力補正部17は、こうして同定されたパラメータを用いて燃焼行程においてセンサ出力PD(θ)を補正する。補正された所定のクランク角ごとのセンサ出力PS(θ)が燃焼圧力検出部41に渡される。
The sensor
燃焼圧力検出部41は、エンジンの気筒において混合気が燃焼する際の純粋に燃焼によって生じる圧力PC(θ)を算出する。図2を参照すると、筒内圧力センサ12の出力に基づいて検出される圧力PS(θ)(曲線3)は、燃焼がないときの気筒圧力であるモータリング圧力PM(θ)に、燃焼によって生じる圧力PC(θ)を加算したものになっている。したがって、PC(θ)= PS(θ)− PM(θ)の演算式によりPC(θ)を算出することができる。
The combustion
図4を参照すると、燃焼開始時点検出部43は、吸入空気圧力PBをパラメータとするテーブルから燃焼開始ポイントを判定するための判定値DP_Cを検索し(S101)、上記のようにして算出された燃焼圧力PC(θ)(S103)がこの判定値を超えると(S105)、着火フラグを1にセットする(S107)。混合気の燃焼開始時点付近では、算出される燃焼圧力PC(θ)が振動するので、最初にPC(θ)が判定値DP_Cを超えたときのクランク角度を燃焼開始時点として用いることにし、この角度をθ_DLY_bsで表す(S111)。
Referring to FIG. 4, the combustion start time
図1の着火遅れ算出部44は、点火プラグに点火したクランク角度IG (θ)から着火時点θ_DLY_bsを引き算して着火遅れD_θ_DLY(n)を算出する(図4、S113)。この着火遅れが予め定めた最大値より大きいときは(S115)、最大値を平均値算出のためのパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S123)。着火遅れD_θ_DLY(n)が予め定めた最小値より小さいときは(S117)、最小値をパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S121)。着火遅れD_θ_DLY_(n)が最大値と最小値の間にあるときは、これをパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S119)。このパラメータD_θ_DLY_IG(n)の16個の移動平均を平均着火遅れθ_DLY_avとする(S125)。
The ignition
次に図5を参照しながら、図1の図示平均有効圧算出部45の機能を説明する。図示平均有効圧(Indicated mean effective pressure:IMEP)は、エンジンの1燃焼サイクルにおける仕事を行程体積で割ったものを示す。図示平均有効圧は、行程容積(排気量)の異なるエンジンの性能を比較する評価指標として用いられることができる。
Next, the function of the indicated mean effective
一般に、図示平均有効圧は、1燃焼サイクル全体としてのクランク角度720度分の区間にわたる総仕事を、ピストンの行程体積で割ることにより求められる。本実施形態では、まず、燃焼行程中の着火開始時点以降の区間における図示平均有効圧IMEP_bsが算出され、それから、算出した図示平均有効圧IMEP_bsに基づいてマップを検索し、1燃焼サイクル全体の図示平均有効圧IMEPが求められる。以下にその詳細を説明する。 Generally, the indicated mean effective pressure is obtained by dividing the total work over a section corresponding to a crank angle of 720 degrees as a whole combustion cycle by the stroke volume of the piston. In this embodiment, first, the indicated mean effective pressure IMEP_bs in the section after the ignition start point in the combustion stroke is calculated, and then a map is searched based on the calculated indicated mean effective pressure IMEP_bs, and the entire one combustion cycle is indicated. Average effective pressure IMEP is required. Details will be described below.
図5を参照すると、図示平均有効圧算出部45は、燃焼開始時点算出部43で求められた燃焼開始時点θ_DLY_bsを積分の開始点として設定する(S133)。また、積分終了点として、予め経験的に求められた燃焼終了のクランク角度、たとえば480度(吸気トップを0度とした場合)を設定する(S135)。
Referring to FIG. 5, the indicated mean effective
図1の燃焼室容積計算部19による演算(数式(1)および(2))により、所定のクランク角度θにおける燃焼室の容積V(θ)が求められ、次式により燃焼室容積の増分ΔV(θ)が求められる(S137)。
ΔV(θ) = V(θ+Δθ)− V(θ) (11)
ここで、Δθは、センサ出力補正部17で筒内圧PSを算出するクランク角度の間隔である。つまり、ΔV(θ)は、センサ出力補正部17で筒内圧PSを算出する所定のクランク角度ごとに算出される。
A combustion chamber volume V (θ) at a predetermined crank angle θ is obtained by calculation (equations (1) and (2)) by the combustion chamber
ΔV (θ) = V (θ + Δθ) −V (θ) (11)
Here, Δθ is the crank angle interval at which the sensor
続いて、燃焼行程における図示平均有効圧IMEP_bsが求められる(S139)。この図示平均有効圧IMEP_bsは、ステップS133およびS135で設定された燃焼行程中の積分区間にわたって、燃焼圧力PC(数式(12)ではクランク角θおよびθ+Δθにおける燃焼圧力の平均値)と燃焼室容積の増分ΔVとの積を積分し、この積分値を燃焼室容積の増分の和で割って求められる。図示平均有効圧IMEP_bsは、例えば次式により算出される。
算出された図示平均有効圧IMEP_bsが予め定めた最大値を超えるとき、この最大値が図示平均有効圧の推定値IMEP_htとしてセットされ(S141、S149)、予め定めた最小値より小さいとき、この最小値がIMEP_htとしてセットされる(S143、S145)。IMEP_bsが最大値と最小値の間にあるとき、IMEP_bsがIMEP_htとしてセットされる(S147)。 When the calculated indicated mean effective pressure IMEP_bs exceeds a predetermined maximum value, this maximum value is set as the indicated mean effective pressure estimated value IMEP_ht (S141, S149). The value is set as IMEP_ht (S143, S145). When IMEP_bs is between the maximum value and the minimum value, IMEP_bs is set as IMEP_ht (S147).
こうして得られたIMEP_htをパラメータとしてテーブルが検索され、1つの燃焼サイクルにおけるIMEP(n)が求められる(S151)。このテーブルは、1燃焼サイクル全体の図示平均有効圧IMEPを示すものであり、燃焼行程で算出されたIMEP_htに基づいてこのテーブルを参照することにより、対応するIMEP(n)が求められる。このIMEP(n)の16個の移動平均を図示平均有効圧IMEPとする(S153)。 A table is searched using IMEP_ht obtained in this way as a parameter, and IMEP (n) in one combustion cycle is obtained (S151). This table shows the indicated mean effective pressure IMEP for one entire combustion cycle, and the corresponding IMEP (n) is obtained by referring to this table based on the IMEP_ht calculated in the combustion stroke. The 16 moving averages of IMEP (n) are set as the indicated mean effective pressure IMEP (S153).
図1の燃焼状態判別部47は、各気筒の図示平均有効圧IMEPに基づいて、エンジンの各気筒の燃焼状態を判別する。図6を参照すると、燃焼状態判別部47は、各気筒の図示平均有効圧IMEPを受け取ると、各気筒の図示平均有効圧IMEPの変動量ΔIMEPを求める(S201)。変動量ΔIMEPは、例えば、IMEPの今回値と前回値との偏差を計算し、この偏差の二乗を所定回数だけ積分することにより求められる。この変動量ΔIMEPの全気筒の平均値ΔIMEP_aveが算出される(S203)。
1 discriminates the combustion state of each cylinder of the engine based on the indicated mean effective pressure IMEP of each cylinder. Referring to FIG. 6, upon receiving the indicated average effective pressure IMEP of each cylinder, the combustion
さらに、この平均値ΔIMEP_aveがなまし計算(平滑化)され、算出した値がエンジンの燃焼状態を判別するための燃焼変動パラメータとして設定される(S205)。なまし計算は、たとえば式(13)に従い行われる。
燃焼変動パラメータ=
C×ΔIMEP_ave + (1−C)×燃焼変動パラメータ(前回値) (13)
ここで、Cはなまし係数であり、たとえば0.008である。
Further, this average value ΔIMEP_ave is smoothed (smoothed), and the calculated value is set as a combustion fluctuation parameter for determining the combustion state of the engine (S205). The annealing calculation is performed according to, for example, the equation (13).
Combustion fluctuation parameter =
C × ΔIMEP_ave + (1−C) × Combustion fluctuation parameter (previous value) (13)
Here, C is an annealing coefficient, for example, 0.008.
なお、燃焼状態判別部47における燃焼変動パラメータは、エンジンの燃焼変動と相関のある指標であれば良く、図示平均有効圧IMEPの代わりに、例えば筒内圧センサの出力PS(θ)に基づいて、筒内圧の最大値Pmax、または筒内圧の最大値Pmaxをとるクランク角度θPmaxなどを検出し、これらの値の変動量を燃焼変動パラメータとして利用してもよい。同様に、着火遅れ算出部44で求められた着火遅れθ_DLY_avの変動量を燃焼変動パラメータとして利用してもよい。また、燃焼行程の所定区間にわたってモータリング圧力PM(θ)に対する筒内圧センサの出力PS(θ)の比(燃焼度合い)を検出し、この燃焼度合いの変動量を燃焼変動パラメータとして利用しても良い。
Note that the combustion fluctuation parameter in the combustion
続いて、この燃焼変動パラメータを所定のしきい値と比較して、エンジンの燃焼状態の判別が行われる(S207 )。パラメータが所定のしきい値以上のとき、エンジンの出力トルクが変動していることを示しており、エンジンの燃焼状態が不安定だと判定され、ステップS211に進む。パラメータが所定のしきい値より小さいとき、エンジンの出力トルクの変動が比較的小さいことを示しており、エンジンの燃焼状態は安定であると判定され、ステップS209に進む。 Subsequently, the combustion fluctuation parameter is compared with a predetermined threshold value to determine the combustion state of the engine (S207). When the parameter is equal to or greater than a predetermined threshold, it indicates that the engine output torque is fluctuating, and it is determined that the combustion state of the engine is unstable, and the process proceeds to step S211. When the parameter is smaller than the predetermined threshold, it indicates that the fluctuation of the engine output torque is relatively small, and it is determined that the combustion state of the engine is stable, and the process proceeds to step S209.
図1の点火時期制御部49は、燃焼状態判定部47で判定されたエンジンの燃焼状態に基づいて、制御モードを選択して点火時期の制御を行う。点火時期制御部49で行われる処理について、図6を参照して以下に説明する。
The ignition
燃焼状態判別部47によってエンジンの燃焼状態が安定であると判定されると(S207のNO)、出力トルクの安定性を維持しつつ、燃費が向上するようにMBT制御が実施される(S209)。MBT制御は、運転状態に応じて最大のトルクを出力する目標クランク角度を設定し、筒内圧の最大値Pmaxをとるクランク角度θPmaxがこの目標クランク角度に一致するように、点火時期を補正する公知の制御手法である。MBT制御の詳細については、たとえば特許文献1を参照されたい。
If the combustion
一方、燃焼状態判別部47によって燃焼状態が不安定であると判定されると(S207のYES)、エンジンの出力変動を抑制して燃焼状態を安定にするために、各気筒の出力トルクを一定にするように点火時期を制御するトルク安定制御が実施される(S211)。トルク安定制御の詳細については、図7を参照して後述する。
On the other hand, if the combustion
そして、図1の着火時期制御部49は、燃焼状態に応じて選択された制御モードによって、それぞれの制御に適した点火時期補正量を算出する。この補正量によって補正された各気筒の点火時期が各気筒の点火プラグ51へと送られる。
And the ignition
次に図7および図8を参照して、燃焼状態が不安定なときに、点火時期制御部49において実施されるトルク安定制御について説明する。
Next, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, torque stabilization control performed in the ignition
はじめに図8を参照してトルク安定制御の概要を説明する。図8は、点火時期の変化に対応する出力トルクの変化を示すグラフである。図8の横軸は点火時期を表しており、基本点火時期(図中A)より左側は遅角方向であり、右側は進角方向である。図8の縦軸は出力トルクの変化率を表しており、軸上の0より上側は出力トルクの増大方向であり、下側は出力トルクの減少方向である。 First, an overview of torque stabilization control will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph showing changes in output torque corresponding to changes in ignition timing. The horizontal axis of FIG. 8 represents the ignition timing. The left side from the basic ignition timing (A in the figure) is the retard direction, and the right side is the advance direction. The vertical axis in FIG. 8 represents the rate of change of the output torque, the upper side from 0 on the axis is the increasing direction of the output torque, and the lower side is the decreasing direction of the output torque.
図8を参照すると、点火時期が進角方向へ変化するのに応じて、出力トルクは増大していく。また、点火時期が遅角方向へ変化するのに応じて、出力トルクは減少していく。この関係を利用して、点火時期を進角または遅角方向へ制御することにより、出力トルクを制御することができる。 Referring to FIG. 8, the output torque increases as the ignition timing changes in the advance direction. Further, the output torque decreases as the ignition timing changes in the retarding direction. By utilizing this relationship, the output torque can be controlled by controlling the ignition timing in the advance or retard direction.
本実施形態では、出力トルクと相関のある各気筒の図示有効筒内圧IMEPが気筒間で均一になるようにPID制御を実施する。PID制御によるフィードバック量に応じて各気筒の点火時期を補正することにより、各気筒の出力トルクを均一にして、エンジンの燃焼状態を安定にする。なお、本実施形態で対象とするエンジンは、複数の気筒群をバンク毎に分けることができるV型エンジンであり、気筒の出力トルクはバンク単位で均一化される。 In the present embodiment, the PID control is performed so that the illustrated effective in-cylinder pressure IMEP of each cylinder correlated with the output torque is uniform among the cylinders. By correcting the ignition timing of each cylinder according to the feedback amount by PID control, the output torque of each cylinder is made uniform, and the combustion state of the engine is stabilized. Note that the target engine in the present embodiment is a V-type engine that can divide a plurality of cylinder groups into banks, and the output torque of the cylinders is made uniform for each bank.
図7は、本実施形態によるトルク安定制御のフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart of torque stabilization control according to this embodiment.
まず、図示平均有効圧算出部45で算出された各気筒の図示平均有効圧IMEP#(#は気筒の番号)から、バンクごとの図示平均有効圧の平均値IMEP_objを求め、この平均値をバンク別の制御目標値として設定する(S221)。式(14)より各気筒の図示平均有効圧IMEP#と、制御目標値IMEP_objとの偏差ERROR#を算出する(S223)。
ERROR# =IMEP# − IMEP_obj(i) (14)
ただし、#は気筒の番号であり、iはバンクの番号である。制御目標値IMEP_obj(i)は、バンクごとに算出され、偏差ERROR#は、気筒ごとに算出される。
First, from the indicated average effective pressure IMEP # (# is the cylinder number) of each cylinder calculated by the indicated average effective
ERROR # = IMEP #-IMEP_obj (i) (14)
However, # is a cylinder number and i is a bank number. The control target value IMEP_obj (i) is calculated for each bank, and the deviation ERROR # is calculated for each cylinder.
各気筒の図示平均有効圧の偏差ERROR#に基づいて、式(15)に示されるように、各気筒の着火時期補正量Kpid#が算出される(S225)。
ここで、着火時期補正量Kpid#の算出には、式(15)から微分項を除いたPI制御を適用しても良い。また、そのほかのフィードバック制御手法を適用することも可能である。 Here, PI control obtained by removing the differential term from the equation (15) may be applied to the calculation of the ignition timing correction amount Kpid #. Other feedback control methods can also be applied.
さらに、着火時期補正量Kpid#がリミット処理され(S227)、この補正量が基本点火時期に加算され、各気筒の点火時期IG#が算出される(S229)。点火時期IG#は、式(16)から算出される。
IG# = 基本点火時期 + Kpid# (16)
Further, the ignition timing correction amount Kpid # is subjected to limit processing (S227), and this correction amount is added to the basic ignition timing to calculate the ignition timing IG # for each cylinder (S229). The ignition timing IG # is calculated from the equation (16).
IG # = Basic ignition timing + Kpid # (16)
算出された点火時期IG#は、各気筒の点火プラグ51へ送られ、気筒ごとに点火時期が制御される。 The calculated ignition timing IG # is sent to the ignition plug 51 of each cylinder, and the ignition timing is controlled for each cylinder.
本実施形態により、各気筒の点火時期を制御して気筒間のトルク変動を抑制することにより、バンク内の各気筒の出力トルクが均一化されて、エンジンの燃焼状態が安定化する。 According to the present embodiment, the ignition timing of each cylinder is controlled to suppress the torque fluctuation between the cylinders, whereby the output torque of each cylinder in the bank is made uniform and the combustion state of the engine is stabilized.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれに対しても使用することができる。ディーゼルエンジンの場合は、点火時期に代えて燃料噴射時期を制御することによって、上述の実施形態と同様にエンジンの燃焼状態を安定化させることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment. The present invention can be used for both gasoline engines and diesel engines. In the case of a diesel engine, it is possible to stabilize the combustion state of the engine by controlling the fuel injection timing instead of the ignition timing, as in the above-described embodiment.
10 電子制御ユニット(ECU)
12 筒内圧センサ
18 クランク角センサ
45 図示有効筒内圧算出部
47 燃焼状態判定部
49 点火時期制御部
10 Electronic control unit (ECU)
12 In-
Claims (3)
前記内燃機関のクランク角度を検出する手段と、
前記検出された筒内圧に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態を推定する手段と、
前記推定された燃焼状態に応じて、前記内燃機関の各気筒の点火時期を制御する手段と、を有し、
前記点火時期を制御する手段は、
前記燃焼状態が安定と判定されるとき、前記筒内圧を最大とするクランク角度が、出力トルクを最大にする目標クランク角度に一致するように、各気筒の点火時期を制御し、
前記燃焼状態が不安定と判定されるとき、各気筒の出力トルクが均一になるように、各気筒の点火時期を制御する、
内燃機関の燃焼状態制御装置。 Means for detecting the in-cylinder pressure of each cylinder of the internal combustion engine;
Means for detecting a crank angle of the internal combustion engine;
Means for estimating a combustion state of the internal combustion engine based on the detected in-cylinder pressure;
Means for controlling the ignition timing of each cylinder of the internal combustion engine in accordance with the estimated combustion state,
The means for controlling the ignition timing is:
When the combustion state is determined to be stable, the ignition timing of each cylinder is controlled so that the crank angle that maximizes the in-cylinder pressure matches the target crank angle that maximizes the output torque,
When the combustion state is determined to be unstable, the ignition timing of each cylinder is controlled so that the output torque of each cylinder is uniform.
A combustion state control device for an internal combustion engine.
The combustion according to claim 1, wherein the means for controlling the ignition timing controls the ignition timing of each cylinder so that the indicated mean effective pressures of the respective cylinders coincide with each other when it is determined that the combustion state is unstable. State control device.
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- 2006-04-26 JP JP2006121745A patent/JP2007291977A/en active Pending
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