JP2008025374A - Ignition timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の着火時期制御装置に関する。 The present invention relates to an ignition timing control device for an internal combustion engine.
内燃機関における燃料の着火時期は筒内ガスの状態に強く依存しているため、筒内ガスの状態を最適化することによって燃料の着火時期を制御する技術が従来より提案されている。例えば、特許文献1には、EGRガス量を調節することで筒内温度を調節し、これによって着火時期を所望の着火時期に一致させることを図る着火時期制御方法が開示されている。
上記特許文献1の着火時期制御方法は、燃料が目標着火時期において着火するために最適な筒内温度を実現すべくEGRガス量を調節するものであるが、このEGRガス量の調節に伴って筒内酸素濃度が変動し、筒内酸素濃度に対して強い依存性を有する燃焼特性、例えば燃焼騒音や振動、排気エミッション、トルク変動等に影響を与える虞があった。
The ignition timing control method disclosed in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関における燃料の着火時期及び燃焼状態をより好適に制御可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique capable of more suitably controlling the ignition timing and combustion state of fuel in an internal combustion engine.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の着火時期制御装置にあっては、内燃機関からの排気の一部を内燃機関の気筒に戻すEGR手段と、内燃機関の運転状態に応じて燃料の目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、燃料の実際の着火時期を推定又は検出することにより取得する着火時期取得手段と、筒内酸素濃度を推定又は検出することにより取得する酸素濃度取得手段と、着火時期取得手段によって取得される着火時期(以下「実着火時期」とも言う)と目標着火時期とが一致し、且つ、酸素濃度取得手段により取得される酸素濃度(以下「実酸素濃度」とも言う)が変化しないように、EGR手段によって気筒に戻される排気の量(以下「EGRガス量」とも言う)を補正する補正手段と、を備える構成を採用した。 In order to achieve the above object, in the ignition timing control device for an internal combustion engine of the present invention, EGR means for returning a part of the exhaust from the internal combustion engine to the cylinder of the internal combustion engine, and fuel according to the operating state of the internal combustion engine Target ignition timing determining means for determining the target ignition timing, ignition timing acquiring means for acquiring by estimating or detecting the actual ignition timing of fuel, and oxygen concentration acquired by estimating or detecting in-cylinder oxygen concentration The acquisition means and the ignition timing acquired by the ignition timing acquisition means (hereinafter also referred to as “actual ignition timing”) coincide with the target ignition timing, and the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquisition means (hereinafter “actual oxygen”). In order to prevent the concentration (also referred to as “concentration”) from changing, a configuration including correction means for correcting the amount of exhaust gas returned to the cylinder by the EGR means (hereinafter also referred to as “EGR gas amount”) is employed.
このように構成された着火時期制御装置は、EGRガス量を調節することによって、所望の目標着火時期において確実に燃料が着火するために最適な筒内ガスの状態を実現させることを図るものである。具体的には、着火時期取得手段によって実着火時期を取得し、実着火時期と目標着火時期とが一致していない場合には、実着火時期を目標着火時期に近付けるようにEGRガス量が補正される。例えば、実着火時期が目標着火時期に対して進角している場合には、実着火時期が遅角方向に移動するようにEGRガス量が補正される。要求される実着火時期の変更とEGRガス量の補正方向及び補正量との関係は予め求められる。また、目標着火時期は良好な燃料状態を実現可能な燃料の着火時期であり、予め求められている。 The ignition timing control device configured as described above is intended to realize an optimum in-cylinder gas state in order to reliably ignite fuel at a desired target ignition timing by adjusting the amount of EGR gas. is there. Specifically, the actual ignition timing is acquired by the ignition timing acquisition means, and if the actual ignition timing and the target ignition timing do not match, the EGR gas amount is corrected so that the actual ignition timing approaches the target ignition timing. Is done. For example, when the actual ignition timing is advanced with respect to the target ignition timing, the EGR gas amount is corrected so that the actual ignition timing moves in the retard direction. The relationship between the required change in actual ignition timing and the correction direction and correction amount of the EGR gas amount is obtained in advance. The target ignition timing is a fuel ignition timing capable of realizing a good fuel state, and is obtained in advance.
さらに、本発明においては、上記EGRガス量の補正は、実酸素濃度が変動しないことを拘束条件として実行される。換言すれば、上記EGRガス量の補正は、実酸素濃度がE
GRガス量の補正を行う前の目標酸素濃度から乖離しない、という条件を満たすように実施される。上述の要求される実着火時期の変更とEGRガス量の補正方向及び補正量との関係も、この条件を満足するように定められる。
Furthermore, in the present invention, the correction of the EGR gas amount is executed under the constraint that the actual oxygen concentration does not vary. In other words, the correction of the EGR gas amount is such that the actual oxygen concentration is E
The process is performed so as to satisfy the condition of not deviating from the target oxygen concentration before the correction of the GR gas amount. The relationship between the required change in the actual ignition timing and the correction direction and correction amount of the EGR gas amount is also determined so as to satisfy this condition.
従って、本発明によれば、燃料が目標着火時期において着火するために最適な筒内ガスの状態(例えば筒内温度)がEGRガス量の補正によって実現されるとともに、このEGRガス量の補正に伴う筒内酸素濃度の変動が抑制される。よって、筒内酸素濃度に依存する種々の燃焼特性(例えば燃焼騒音、振動、排気エミッション、トルク変動等)が悪化することを抑制しつつ、実着火時期を目標着火時期に制御することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, an optimal in-cylinder gas state (for example, in-cylinder temperature) for the fuel to ignite at the target ignition timing is realized by correcting the EGR gas amount, and for correcting the EGR gas amount. The fluctuation of the in-cylinder oxygen concentration is suppressed. Therefore, it is possible to control the actual ignition timing to the target ignition timing while suppressing deterioration of various combustion characteristics (for example, combustion noise, vibration, exhaust emission, torque fluctuation, etc.) depending on the in-cylinder oxygen concentration. Become.
なお、目標着火時期は、内燃機関の運転状態毎に定められる一定値であっても良いし、一定の着火時期の範囲であってもよい。前者の場合、目標着火時期と実着火時期とが一致する、とは、実着火時期と目標着火時期との差が所定値未満となることを意味するものとする。また、後者の場合、目標着火時期と実着火時期とが一致する、とは、実着火時期が「一定の着火時期の範囲」に含まれることを意味するものとする。 The target ignition timing may be a constant value determined for each operating state of the internal combustion engine, or may be within a range of a constant ignition timing. In the former case, the target ignition timing and the actual ignition timing coincide with each other means that the difference between the actual ignition timing and the target ignition timing is less than a predetermined value. In the latter case, the target ignition timing and the actual ignition timing coincide with each other means that the actual ignition timing is included in “a range of a certain ignition timing”.
本発明において、EGR手段として、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を介して排気の一部を気筒に還流させる外部EGR手段や、筒内に既燃ガスの一部を残留させる内部EGR手段を有する構成とすることができる。 In the present invention, as the EGR means, external EGR means for recirculating a part of the exhaust gas to the cylinder through the EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine, or a part of the burned gas remains in the cylinder. It is possible to employ a configuration having internal EGR means.
内部EGR手段によって気筒内に残留する既燃ガス(以下「内部EGRガス」とも言う)は、燃焼直後のガスであり、その温度は非常に高く、且つ、内燃機関の運転状態を反映して変動し易い。そのため、筒内温度は内部EGRガス量の変化に応じて大幅に変化する傾向を有する。 The burned gas remaining in the cylinder by the internal EGR means (hereinafter also referred to as “internal EGR gas”) is a gas immediately after combustion, and its temperature is very high and fluctuates reflecting the operation state of the internal combustion engine. Easy to do. Therefore, the in-cylinder temperature has a tendency to change greatly according to a change in the internal EGR gas amount.
一方、外部EGR手段によって気筒に還流する排気(以下「外部EGRガス」とも言う)は、排気通路及び吸気通路の外部に設けられたEGR通路を流通し、低温の吸気と混合し、吸気通路を経由して気筒に流入する。この流通過程において外部EGRガスの温度は低下するため、内部EGRガスの温度と比較して、外部EGRガス量の変化が筒内温度に与える影響は小さくなる傾向がある。 On the other hand, the exhaust gas recirculated to the cylinder by the external EGR means (hereinafter also referred to as “external EGR gas”) flows through the EGR passage provided outside the exhaust passage and the intake passage, and mixes with the low-temperature intake air. It flows into the cylinder via. Since the temperature of the external EGR gas decreases during this distribution process, the influence of the change in the external EGR gas amount on the in-cylinder temperature tends to be smaller than the temperature of the internal EGR gas.
このような内部EGRガス及び外部EGRガスの特性に鑑みて、本発明のEGRガス量の補正を行うに当たって、着火時期の制御を内部EGRガス量を補正することによって行うとともに、この内部EGRガス量の補正に伴う筒内酸素濃度の変化を外部EGRガス量の補正により相殺するようにすると良い。 In view of the characteristics of the internal EGR gas and the external EGR gas, when correcting the EGR gas amount of the present invention, the ignition timing is controlled by correcting the internal EGR gas amount, and the internal EGR gas amount. It is preferable to cancel the change in the in-cylinder oxygen concentration due to the correction by the correction of the external EGR gas amount.
燃料の着火時期は筒内温度に強く依存しているため、筒内温度に大きく影響する内部EGRガス量を適切に調節することで筒内温度を最適化することによって、着火時期をより確実に目標着火時期に制御することができる。この時、内部EGRガス量の補正により筒内酸素濃度が変化することが考えられるが、この酸素濃度の変化を打ち消すように外部EGRガス量が補正されるので、筒内酸素濃度が筒内温度の最適化を実施する前の筒内酸素濃度から乖離することをも抑制できる。この時、外部EGRガス量の変化に起因する筒内温度への影響は小さいため、筒内温度は、燃料が目標着火時期において着火するために最適な筒内温度に好適に維持される。従って、上記構成によれば、筒内酸素濃度の変動を抑制しつつ、より確実に着火時期を目標着火時期に制御することができる。 Since the ignition timing of fuel strongly depends on the in-cylinder temperature, by optimizing the in-cylinder temperature by appropriately adjusting the amount of internal EGR gas that greatly affects the in-cylinder temperature, the ignition timing is more reliably determined. The target ignition timing can be controlled. At this time, it is conceivable that the in-cylinder oxygen concentration changes due to the correction of the internal EGR gas amount. However, since the external EGR gas amount is corrected so as to cancel out this change in oxygen concentration, the in-cylinder oxygen concentration becomes the in-cylinder temperature. Deviation from the in-cylinder oxygen concentration before the optimization is performed can also be suppressed. At this time, since the influence on the in-cylinder temperature due to the change in the external EGR gas amount is small, the in-cylinder temperature is suitably maintained at the optimum in-cylinder temperature for the fuel to ignite at the target ignition timing. Therefore, according to the above configuration, it is possible to more reliably control the ignition timing to the target ignition timing while suppressing fluctuations in the in-cylinder oxygen concentration.
上記構成とした場合、要求される実着火時期の変更と外部EGRガス量及び内部EGRガス量の補正方向との関係としては、実着火時期が目標着火時期より進角している場合には内部EGRガス量を減量補正するとともに外部EGRガス量を増量補正し、実着火時期が目標着火時期より遅角している場合には内部EGRガス量を増量補正するとともに外部
EGRガス量を減量補正するようにすることができる。
With the above configuration, the relationship between the required change in the actual ignition timing and the correction direction of the external EGR gas amount and the internal EGR gas amount is as follows. When the actual ignition timing is delayed from the target ignition timing, the internal EGR gas amount is increased and corrected, and the external EGR gas amount is corrected by decreasing the EGR gas amount. Can be.
実着火時期が目標着火時期より進角している場合、筒内温度は最適な温度より高くなっていると考えられる。従って、高温の内部EGRガスの量を減少させて筒内温度を低下させれば、実着火時期を遅角方向に補正することができる。この時、内部EGRガス量の減量補正に起因して筒内酸素濃度が上昇することが考えられるが、外部EGRガス量を増量させて筒内酸素濃度を低下させるようにすれば、内部EGRガス量の減量補正に起因する酸素濃度の上昇を相殺することができる。 When the actual ignition timing is advanced from the target ignition timing, it is considered that the in-cylinder temperature is higher than the optimum temperature. Therefore, if the amount of high-temperature internal EGR gas is reduced to lower the in-cylinder temperature, the actual ignition timing can be corrected in the retarded direction. At this time, it is conceivable that the in-cylinder oxygen concentration increases due to the reduction correction of the internal EGR gas amount. However, if the external EGR gas amount is increased to decrease the in-cylinder oxygen concentration, the internal EGR gas is reduced. The increase in oxygen concentration due to the amount reduction correction can be offset.
一方、実着火時期が目標着火時期より遅角している場合、筒内温度は最適な温度より低くなっていると考えられる。従って、高温の内部EGRガスの量を増加させて筒内温度を上昇させれば、実着火時期を進角方向に補正することができる。この時、内部EGRガス量の増量補正に起因して筒内酸素濃度が低下することが考えられるが、外部EGRガス量を減量させて筒内酸素濃度を上昇させるようにすれば、内部EGRガス量の増量補正に起因する酸素濃度の低下を相殺することができる。 On the other hand, when the actual ignition timing is retarded from the target ignition timing, it is considered that the in-cylinder temperature is lower than the optimum temperature. Therefore, the actual ignition timing can be corrected in the advance direction by increasing the in-cylinder temperature by increasing the amount of high-temperature internal EGR gas. At this time, it is conceivable that the in-cylinder oxygen concentration decreases due to the increase correction of the internal EGR gas amount. However, if the external EGR gas amount is decreased to increase the in-cylinder oxygen concentration, the internal EGR gas is increased. The decrease in oxygen concentration due to the increase correction of the amount can be offset.
これにより、筒内酸素濃度の変動を抑制しつつ、実着火時期を目標着火時期に制御することが可能になる。 This makes it possible to control the actual ignition timing to the target ignition timing while suppressing fluctuations in the in-cylinder oxygen concentration.
ここで、着火時期取得手段としては、燃料の着火時期を実際の燃焼状態を測定することによって取得する手段であっても良いし、内燃機関の運転状態等に基づいて計算によって着火時期を推定(予測)する手段であっても良い。 Here, the ignition timing acquisition means may be a means for acquiring the ignition timing of the fuel by measuring the actual combustion state, or estimating the ignition timing by calculation based on the operating state of the internal combustion engine ( (Predictive) may be used.
例えば、実際に測定によって実着火時期を取得する手段としては、筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、筒内圧力検出手段によって検出される筒内圧力に基づいて燃料の実際の着火時期を検出する手段を例示できる。 For example, as means for actually obtaining the actual ignition timing by measurement, in-cylinder pressure detection means for detecting in-cylinder pressure is provided, and actual ignition of fuel is performed based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure detection means. A means for detecting the time can be exemplified.
燃料が着火して爆発及び膨張する過程における筒内圧力の時間変化は、一般に着火時期近傍に鋭いピークを有する波形を示す。このピークの位置に対応する時期に基づいて実着火時期を検出することができる。或いは、筒内圧力の測定結果から、爆発・膨張を伴わないピストンの圧縮による筒内圧力の変化と爆発・膨張に伴う筒内圧力の変化との差を検出し、この差の時間変化率(時間微分)に基づいて実着火時期を検出することもできる。その他、実験的又は理論的に求められた筒内圧力と燃料の着火現象との相関関係を利用することで、筒内圧力の測定値に基づいて実着火時期を検出することができる。 The time change of the in-cylinder pressure in the process of fuel ignition and explosion and expansion generally shows a waveform having a sharp peak near the ignition timing. The actual ignition timing can be detected based on the timing corresponding to the peak position. Alternatively, from the measurement result of the in-cylinder pressure, the difference between the change in the in-cylinder pressure due to the compression of the piston without explosion / expansion and the change in the in-cylinder pressure due to the explosion / expansion is detected, and the time change rate of this difference ( It is also possible to detect the actual ignition timing based on time differentiation. In addition, the actual ignition timing can be detected based on the measured value of the in-cylinder pressure by using the correlation between the in-cylinder pressure and the ignition phenomenon of the fuel obtained experimentally or theoretically.
そして、このようにして検出された実着火時期に基づいてEGRガス量をフィードバック制御することで、着火時期を目標着火時期に制御することができる。 Then, by performing feedback control of the EGR gas amount based on the actual ignition timing detected in this way, the ignition timing can be controlled to the target ignition timing.
一方、内燃機関の運転状態に基づく推定によって実着火時期を取得する手段としては、内燃機関の運転状態に基づいて圧縮行程開始時点での筒内温度(以下「初期温度」とも言う)を推定する初期温度推定手段と、圧縮行程における筒内温度の圧縮による変化(以下「圧縮時温度変化」とも言う)を推定する温度変化推定手段と、を有し、少なくとも初期温度推定手段によって推定される圧縮行程開始時点での筒内温度と、温度変化推定手段によって推定される筒内温度の変化と、酸素濃度取得手段によって取得される筒内酸素濃度と、に基づいて実着火時期を推定する手段を例示できる。 On the other hand, as means for acquiring the actual ignition timing by estimation based on the operating state of the internal combustion engine, the in-cylinder temperature at the start of the compression stroke (hereinafter also referred to as “initial temperature”) is estimated based on the operating state of the internal combustion engine. Compression that is estimated by at least the initial temperature estimating means, including initial temperature estimating means and temperature change estimating means for estimating a change in the cylinder temperature due to compression in the compression stroke (hereinafter also referred to as “temperature change during compression”). Means for estimating the actual ignition timing based on the in-cylinder temperature at the start of the stroke, the change in the in-cylinder temperature estimated by the temperature change estimation means, and the in-cylinder oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquisition means It can be illustrated.
この構成によれば、任意の時点における内燃機関の運転状態に基づいて該時点を含むサイクルにおける圧縮行程開始時点での筒内温度を推定することができ、さらに、圧縮行程中の筒内温度の変化を推定することができるので、これらの推定値に基づいて圧縮行程中の任意の時点(クランク角度)における筒内温度を推定することができる。 According to this configuration, the in-cylinder temperature at the start of the compression stroke in the cycle including the time can be estimated based on the operating state of the internal combustion engine at an arbitrary time, and further, the in-cylinder temperature during the compression stroke can be estimated. Since the change can be estimated, the in-cylinder temperature at an arbitrary time point (crank angle) during the compression stroke can be estimated based on these estimated values.
筒内温度が所定の条件を満たした時(例えば筒内温度が所定の閾値を超えた時)に予混合気が着火したと判定することができる。従って、上記のようにして算出される圧縮行程中の筒内温度の推定値が該所定の条件を満たす時点(クランク角度)を実着火時期として推定することができる。 It can be determined that the premixed gas has ignited when the in-cylinder temperature satisfies a predetermined condition (for example, when the in-cylinder temperature exceeds a predetermined threshold). Therefore, the time (crank angle) at which the estimated value of the in-cylinder temperature during the compression stroke calculated as described above satisfies the predetermined condition (crank angle) can be estimated as the actual ignition timing.
このように、上記構成によれば、現時点における内燃機関の運転状態の下で圧縮行程に入った場合に、圧縮行程中の所望の時期(すなわち目標着火時期)において確実に燃料が着火するために最適な筒内環境の条件(筒内温度や筒内酸素濃度等)が実現され得るか否かを、実際に燃料が着火するより以前の段階において計算によって推定することができる。 As described above, according to the above configuration, when the compression stroke is started under the current operating state of the internal combustion engine, the fuel is surely ignited at a desired timing (that is, the target ignition timing) during the compression stroke. Whether the optimum in-cylinder environment conditions (in-cylinder temperature, in-cylinder oxygen concentration, etc.) can be realized can be estimated by calculation at a stage before the fuel actually ignites.
そして、このようにして推定された着火時期(以下「推定着火時期」とも言う)と目標着火時期とが一致しているか否かを判定することによって、現時点での筒内ガスの状態が最適な状態となっているか否かを判定することができる。 Then, by determining whether or not the ignition timing estimated in this way (hereinafter also referred to as “estimated ignition timing”) matches the target ignition timing, the current state of the in-cylinder gas is optimal. Whether or not it is in a state can be determined.
推定着火時期と目標着火時期とが一致していない場合、推定着火時期と目標着火時期とを一致させるようにEGRガス量が補正される。このEGRガス量に対する補正方向及び補正量は、上記のようにして推定着火時期が計算され、目標着火時期との比較が行われた直後に算出され、即座にEGR手段によるEGRガス量の制御に反映される。すなわち、実際に燃料が着火するより以前の段階でEGRガス量が補正され、筒内ガスの状態が最適化されるため、実着火時期の測定結果に基づくフィードバック制御によってEGRガス量を制御する場合と比較して、より精度良く着火時期を制御できる。 When the estimated ignition timing and the target ignition timing do not match, the EGR gas amount is corrected so that the estimated ignition timing and the target ignition timing match. The correction direction and correction amount for the EGR gas amount are calculated immediately after the estimated ignition timing is calculated and compared with the target ignition timing as described above, and the EGR gas amount is immediately controlled by the EGR means. Reflected. That is, when the EGR gas amount is corrected and the in-cylinder gas state is optimized before the fuel is actually ignited, the EGR gas amount is controlled by feedback control based on the measurement result of the actual ignition timing. The ignition timing can be controlled with higher accuracy than the above.
また、現時点での内燃機関の運転状態に基づく計算によって最新の運転状態をリアルタイムに反映させながら着火時期の予測及びEGRガス量の補正が行われるので、例えば過渡運転状態のように内燃機関の運転状態が刻々と変化する状況においても、より精度良く着火時期を制御することができる。特に、着火時期の調節を内部EGRガス量の補正によって行う場合、内部EGRガスの温度は内燃機関の運転状態を反映して変動し易いため、過渡運転時に精度良く筒内温度を最適化することは難しいが、上記構成によればこのような場合にも精度良く筒内温度を最適化できる。 In addition, since the ignition timing is predicted and the EGR gas amount is corrected while reflecting the latest operation state in real time by calculation based on the current operation state of the internal combustion engine, the operation of the internal combustion engine is performed, for example, in a transient operation state. Even in a situation where the state changes from moment to moment, the ignition timing can be controlled more accurately. In particular, when adjusting the ignition timing by correcting the amount of internal EGR gas, the temperature of the internal EGR gas is likely to fluctuate reflecting the operating state of the internal combustion engine, so that the in-cylinder temperature should be optimized with high accuracy during transient operation. However, according to the above configuration, the cylinder temperature can be optimized with high accuracy even in such a case.
このような推定計算によって取得される実着火時期に基づいて着火時期のフィードバック制御を行う場合、着火時期取得手段による推定着火時期の計算精度を向上させることによって着火時期の制御精度を向上させることができる。上記構成においては、例えば以下の構成を採用することで、着火時期取得手段による推定着火時期の計算精度を向上させることができる。 When performing feedback control of the ignition timing based on the actual ignition timing acquired by such estimation calculation, it is possible to improve the control accuracy of the ignition timing by improving the calculation accuracy of the estimated ignition timing by the ignition timing acquisition means. it can. In the said structure, the calculation precision of the estimated ignition timing by an ignition timing acquisition means can be improved by employ | adopting the following structures, for example.
すなわち、気筒に吸入される吸気の温度を検出する吸気温度検出手段と、吸気が吸気行程において気筒に吸入される際に機関部材との間で行う熱授受に伴う熱伝達量を推定する熱伝達量推定手段と、内部EGRガスの有する熱量を検出する内部EGR熱量検出手段と、を備え、初期温度推定手段は、少なくとも吸気温度検出手段によって検出される吸気の温度と、熱伝達量推定手段によって推定される熱伝達量と、内部EGR熱量検出手段によって検出される内部EGRガスの熱量と、に基づいて圧縮行程開始時点での筒内温度を推定するようにすると良い。 That is, heat transfer that estimates the amount of heat transfer associated with heat transfer between the intake air temperature detecting means for detecting the temperature of intake air taken into the cylinder and the engine member when the intake air is drawn into the cylinder during the intake stroke A quantity estimation means and an internal EGR heat quantity detection means for detecting the amount of heat of the internal EGR gas. The initial temperature estimation means includes at least the temperature of the intake air detected by the intake air temperature detection means and the heat transfer quantity estimation means. The in-cylinder temperature at the start of the compression stroke may be estimated based on the estimated heat transfer amount and the heat amount of the internal EGR gas detected by the internal EGR heat amount detecting means.
一般に、吸気通路を流通する吸気(新気又は新気と外部EGRガスとの混合気)が吸気行程において気筒内に吸入される際に、吸気と各種の機関部材(吸気通路、吸気マニホールド、吸気ポート、吸気バルブ、気筒、ピストン等)との間で熱授受が行われる。内燃機関の運転状態によってはこれらの機関部材の温度は非常に高温になるため、吸気とこれら
の機関部材との間で行われる熱授受に起因する筒内温度の上昇が無視できない場合がある。
Generally, when intake air (fresh air or a mixture of fresh air and external EGR gas) flowing through the intake passage is sucked into a cylinder during an intake stroke, intake air and various engine members (intake passage, intake manifold, intake air) Heat exchange with a port, an intake valve, a cylinder, a piston, and the like). Depending on the operating state of the internal combustion engine, the temperature of these engine members becomes very high, and therefore, an increase in in-cylinder temperature due to heat exchange between the intake air and these engine members may not be ignored.
上記構成によれば、吸気が機関部材との間で行う熱授受に伴う熱伝達量を推定し、これを考慮してして圧縮行程開始時点での筒内温度が推定されるので、より正確に圧縮開始時点での筒内温度を推定することができる。従って、着火時期取得手段は、より正確に推定された初期温度に基づいて実着火時期を予測することができるので、推定着火時期の計算精度が向上させることができる。 According to the above configuration, the amount of heat transfer accompanying the heat exchange between the intake and the engine member is estimated, and the in-cylinder temperature at the start of the compression stroke is estimated in consideration of this. In addition, the in-cylinder temperature at the start of compression can be estimated. Therefore, since the ignition timing acquisition means can predict the actual ignition timing based on the initial temperature estimated more accurately, the calculation accuracy of the estimated ignition timing can be improved.
本発明により、内燃機関における燃料の着火時期及び燃焼状態をより好適に制御することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to more suitably control the ignition timing and combustion state of fuel in an internal combustion engine.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は本実施例に係る着火時期制御装置を適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は水冷式の4サイクルディーゼルエンジンである。内燃機関1の気筒5の内部にはピストン3の上面と気筒5の内壁とによって燃焼室2が区画・形成されている。燃焼室2の上部には、燃焼室2の内部に燃料を直接噴射する燃料噴射弁6が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the ignition timing control apparatus according to the present embodiment is applied and its intake system and exhaust system. The
燃焼室2は吸気ポート20を介して吸気マニホールド21及びその上流の吸気管22に連通している。また、燃焼室2は排気ポート30を介して排気マニホールド31及びその下流の排気管32に連通している。
The combustion chamber 2 communicates with an
気筒5には、燃焼室2と吸気ポート20との接続箇所を開閉する吸気弁23と、燃焼室2と排気ポート30との接続箇所を開閉する排気弁33とが設けられている。吸気弁23及び排気弁33の開閉時期は可変動弁機構9によって可変制御される。
The cylinder 5 is provided with an
内燃機関1には排気の一部を吸気系に還流させるEGR装置40が設けられている。EGR装置40はEGR通路41及びEGR弁42を備えて構成されている。EGR通路41は排気マニホールド31と吸気マニホールド21とを接続する通路であり、EGR通路41を通って排気の一部が吸気マニホールド21に流入し、燃焼室2に還流する。本実施例では、EGR通路41を通って燃焼室2に還流する排気を外部EGRガスと称している。
The
EGR弁42は、EGR通路41の流路断面積を変更することにより、EGR通路41を流れる外部EGRガスの量を変更可能な流量調節弁である。外部EGRガス量の調量はEGR弁42の開度を調節することによって行われる。本実施例の場合、EGR装置40が本発明の外部EGR手段に相当する。
The
なお、外部EGRガス量の調量はEGR弁42の開度制御以外の方法によって行っても良い。例えば、可変容量型のターボチャージャを備えた内燃機関の場合、タービンの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調節しても良い。また、排気管32に排気絞り弁が設けられている場合や、吸気管22に吸気絞り弁が設けられている場合には、排気絞り弁
や吸気絞り弁の開度を調節しても良い。
The external EGR gas amount may be adjusted by a method other than the opening degree control of the
また、本実施例では、吸気弁23及び/又は排気弁33の開閉時期を可変動弁機構9によって可変制御することによって、燃焼室2内の既燃ガスの一部を排気ポート30又は吸気ポート20に一旦流入させ、その後吸気行程において該既燃ガスを燃焼室2内に逆流させることができる。
Further, in this embodiment, the opening / closing timing of the
例えば、燃焼室2内又は吸気ポート20の圧力が排気ポート30の圧力より低い時に吸気弁23の開弁時期を進角させて吸気弁23と排気弁33とが同時に開弁しているバルブオーバーラップ期間を設定することによって燃焼室2内の既燃ガスを吸気ポート20側に流入させ、次の吸気行程において再度燃焼室2内に導入することができる。
For example, when the pressure in the combustion chamber 2 or the
或いは、排気弁33の閉弁時期を排気上死点よりも進角させることによって、燃焼室2内の既燃ガスを吸気ポート20側に流入させ、次の吸気行程において再度燃焼室2内に導入するようにしても良い。
Alternatively, the burned gas in the combustion chamber 2 is caused to flow into the
また、排気弁33の閉弁時期を排気上死点よりも遅角させることによって、排気ポート30側に一旦排出された既燃ガスを次の吸気行程において燃焼室2内に逆流させても良い。
Further, the burned gas once discharged to the
本実施例では、このようにして燃焼室2内に残留する既燃ガスを内部EGRガスと称している。内部EGRガス量の調量は、例えばバルブオーバーラップ期間を調節したり、吸気弁23又は排気弁33の遅角又は進角の度合いを調節することによって行われる。本実施例の場合、可変動弁機構9が本発明の内部EGR手段に相当する。
In this embodiment, the burned gas remaining in the combustion chamber 2 in this way is referred to as internal EGR gas. The internal EGR gas amount is adjusted, for example, by adjusting the valve overlap period or adjusting the degree of retardation or advance of the
内燃機関1には、内燃機関1を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ70、クランク角度を検出するとともに内燃機関1の機関回転数を検出するクランクポジションセンサ71、運転者がアクセルペダル7を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し内燃機関1の機関負荷を検出するアクセル開度センサ72、吸気管22に流入する新気の温度を検出する吸気温度センサ73、吸気管22に流入する新気の流量を検出するエアフローメータ75が設けられている。その他、特に図示及び説明を省略するが、ディーゼルエンジンとして一般的に備えているセンサ類が設けられている。
The
以上説明したように構成された内燃機関1には、内燃機関1を制御する電子制御コンピュータであるECU8が併設されている。ECU8には、上記各センサが電気配線を介して接続され、各センサからの出力信号がECU8に入力されるようになっている。また、ECU8には、燃料噴射弁6、可変動弁機構9、EGR弁42が電気配線を介して接続されており、ECU8から出力される指令信号に従ってこれらの機器が制御されるようになっている。ECU8はこれらの各種センサによる検出値に基づいて内燃機関1の運転状態や運転者の要求を読み込み、それらに基づいて燃料噴射等の既知の内燃機関1の制御を行うとともに、燃料の着火時期制御を行う。
The
燃焼室2における燃料の着火時期は一般に燃焼室2内のガス(以下「筒内ガス」とも言う)の状態に依存する。特に燃焼室2内のガスの温度(以下「筒内温度」とも言う)に強く依存する傾向がある。従って、従来より、燃料が所望の着火時期において着火するように筒内温度を最適化する着火時期の制御方法が提案されている。 The ignition timing of fuel in the combustion chamber 2 generally depends on the state of the gas in the combustion chamber 2 (hereinafter also referred to as “in-cylinder gas”). In particular, it tends to strongly depend on the temperature of the gas in the combustion chamber 2 (hereinafter also referred to as “in-cylinder temperature”). Therefore, conventionally, a control method of the ignition timing has been proposed in which the in-cylinder temperature is optimized so that the fuel is ignited at a desired ignition timing.
筒内温度を調節する手段としては、EGRガス量を操作する方法がある。例えば、内部EGRガスの温度は高温であり、内部EGRガス量を調節することによって筒内温度を操作することができる。しかし、内部EGRガス量を調節して筒内温度を最適化した場合、
内部EGRガス量の変化に伴って筒内ガスの酸素濃度(以下「筒内酸素濃度」とも言う)が変化し、筒内酸素濃度に依存する燃焼特性に不具合が生じる場合があった。
As means for adjusting the in-cylinder temperature, there is a method of operating the EGR gas amount. For example, the temperature of the internal EGR gas is high, and the in-cylinder temperature can be manipulated by adjusting the amount of internal EGR gas. However, when the internal EGR gas amount is adjusted to optimize the in-cylinder temperature,
As the internal EGR gas amount changes, the oxygen concentration of the in-cylinder gas (hereinafter also referred to as “in-cylinder oxygen concentration”) changes, which may cause problems in combustion characteristics depending on the in-cylinder oxygen concentration.
それに対し、本実施例では、内部EGRガス量を調節することによって筒内温度を最適化するとともに、内部EGRガス量の調節に伴う筒内酸素濃度の変化を相殺するように外部EGRガス量を調節するようにしている。こうすることで、筒内温度が最適化されて燃料の着火時期が所望の目標着火時期に制御されるとともに、筒内酸素濃度の変化が相殺されて筒内酸素濃度に依存する燃焼特性も良好に維持されるようになる。 In contrast, in this embodiment, the internal EGR gas amount is adjusted to optimize the in-cylinder temperature, and the external EGR gas amount is set so as to cancel out the change in the in-cylinder oxygen concentration accompanying the adjustment of the internal EGR gas amount. I try to adjust it. In this way, the in-cylinder temperature is optimized so that the fuel ignition timing is controlled to a desired target ignition timing, and the change in the in-cylinder oxygen concentration is offset and the combustion characteristics that depend on the in-cylinder oxygen concentration are also good. Will be maintained.
以下、ECU8によって行われる着火時期制御について説明する。図2は本実施例における着火時期制御の概要を示すブロック図である。
Hereinafter, the ignition timing control performed by the
図2において、破線で描かれた領域はECU8を表し、破線領域内部のブロックB1〜ブロックB16はECU8によって実行される各種演算処理を表している。ECU8の外部に描かれた各種センサ及び各種制御対象機器は、上述のようにECU8に電気配線を介して接続され、ECU8との間で検出信号や制御信号を相互に通信する。詳細には、吸気温センサ73による検出信号はECU8に入力されて吸気温度として各種演算処理に用いられる。同様に、EGR弁42への制御信号はEGR弁開度として、アクセル開度センサ72による検出信号はアクセル開度として、エアフローメータ75による検出信号は吸入空気量として、燃料噴射弁6への制御信号は燃料噴射量や燃料噴射時期等の燃料噴射パラメータとして、水温センサ70による検出信号は冷却水温として、クランクポジションセンサ71による検出信号はクランク角度及び機関回転数として、可変動弁機構9への制御信号は吸気弁23及び排気弁33のバルブタイミングとして、各種演算処理に用いられる。
In FIG. 2, an area drawn with a broken line represents the
ブロックB1では、吸入空気量の過去一定サイクル(例えば1000サイクル)の履歴が保存される。 In block B1, a history of a past fixed cycle (for example, 1000 cycles) of the intake air amount is stored.
ブロックB2では、燃料噴射パラメータの過去一定サイクル(例えば1000サイクル)の履歴が保存される。 In block B2, a history of past fixed cycles (for example, 1000 cycles) of fuel injection parameters is stored.
ブロックB3では、EGR弁開度、吸入空気量、アクセル開度等に基づいて、外部EGRガス量及び外部EGRガスの熱量が計算される。 In block B3, the external EGR gas amount and the heat amount of the external EGR gas are calculated based on the EGR valve opening, the intake air amount, the accelerator opening, and the like.
ブロックB4では、ブロックB3で計算された外部EGRガス量及び外部EGRガスの熱量、吸入空気量、吸気温度に基づいて、吸気マニホールド21における吸入空気(新気)と外部EGRガスとの混合気の温度が計算される。
In block B4, based on the amount of external EGR gas calculated in block B3, the amount of heat of the external EGR gas, the amount of intake air, and the intake air temperature, the mixture of the intake air (fresh air) and the external EGR gas in the
ブロックB5では、吸気系を構成する各種機関部材の壁面温度が計算される。ここでは、吸気マニホールド21、吸気ポート20、吸気弁23の壁面温度が計算される。詳細には、吸気マニホールド21及び吸気ポート20の壁面温度は冷却水温で近似される。また、吸気弁23の温度は冷却水温、機関回転数、過去一定サイクルの吸入空気量及び燃料噴射量の履歴に基づいて、ある時定数を持つ一時遅れ系として計算される。
In block B5, wall surface temperatures of various engine members constituting the intake system are calculated. Here, the wall surface temperatures of the
ブロックB6では、これら吸気系機関部材の壁面温度、吸気マニホールド21における混合気の温度に基づいて、さらに、吸気系機関部材から混合気への熱伝達量を考慮して、吸気弁23を通過した直後の混合気の温度が計算される。
In block B6, based on the wall surface temperature of the intake system engine member and the temperature of the air-fuel mixture in the
詳細には、下記の数1に示される熱伝達量dQの算出式と、数2に示される熱伝達率αの算出式に基づいて、吸気系機関部材から混合気への熱伝達に起因する温度上昇後の混合
気の温度Tgoutが算出される。
ここで、数2に示される熱伝達率αの計算式は、混合気の流速及び密度の関数として、吸気系機関部材と混合気との間の熱伝達率を計算するものであり、予め実験により求められる。混合気の流速は機関回転数に基づいて計算される。また、混合気の密度は吸入空気量及び外部EGRガス量に基づいて計算される。 Here, the calculation formula of the heat transfer coefficient α shown in Equation 2 is to calculate the heat transfer coefficient between the intake system engine member and the air-fuel mixture as a function of the flow velocity and density of the air-fuel mixture, and has been tested in advance. Is required. The flow rate of the air-fuel mixture is calculated based on the engine speed. The density of the air-fuel mixture is calculated based on the intake air amount and the external EGR gas amount.
ブロックB7では、吸入空気量、燃料噴射量、機関回転数、バルブタイミング等に基づいて、内部EGRガス量と内部EGRガスの熱量が計算される。 In block B7, the internal EGR gas amount and the heat amount of the internal EGR gas are calculated based on the intake air amount, fuel injection amount, engine speed, valve timing, and the like.
ブロックB8では、ブロックB7で計算された内部EGRガス量及び内部EGRガスの熱量、ブロックB6で計算された吸気弁23通過直後の混合気の温度に基づいて、内部EGRガスと吸気弁23通過直後の混合気とが混合したガス(以下「筒内ガス」とも言う)の温度(以下「筒内温度」とも言う)が計算される。これにより、吸気弁23通過直後の混合気が燃焼室2内に残留する内部EGRガスと混合することによる温度上昇が計算される。
In block B8, the internal EGR gas amount and the heat amount of the internal EGR gas calculated in block B7, and the temperature of the air-fuel mixture immediately after passing through the
ブロックB9では、気筒を構成する機関部材の壁面温度が計算される。ここでは、ピストン3の表面、気筒5の内壁の温度が計算される。詳細には、ピストン3の表面温度及び気筒5の内壁面温度は、冷却水温、過去一定サイクルの燃料噴射量の履歴等に基づいて計算される。 In block B9, the wall surface temperature of the engine member constituting the cylinder is calculated. Here, the temperatures of the surface of the piston 3 and the inner wall of the cylinder 5 are calculated. Specifically, the surface temperature of the piston 3 and the inner wall surface temperature of the cylinder 5 are calculated based on the coolant temperature, the history of the fuel injection amount of the past fixed cycle, and the like.
ブロックB10では、ブロックB9で計算された気筒構成機関部材の壁面温度、ブロックB8で計算された燃焼室2に流入直後の筒内ガスの温度に基づいて、さらに、吸気行程が終了するまでの期間における気筒構成機関部材から筒内ガスへの熱伝達量を考慮して、圧縮行程開始時点における筒内ガスの温度が計算される。ここで、気筒構成機関部材と筒
内ガスとの間の熱伝達量は、ブロックB6と同様に数1及び数2を用いて計算される。
In block B10, based on the wall surface temperature of the cylinder component engine member calculated in block B9 and the temperature of the in-cylinder gas immediately after flowing into the combustion chamber 2 calculated in block B8, the period until the intake stroke is completed The temperature of the in-cylinder gas at the start of the compression stroke is calculated in consideration of the amount of heat transfer from the cylinder constituent engine member to the in-cylinder gas. Here, the amount of heat transfer between the cylinder constituent engine member and the in-cylinder gas is calculated using
ブロックB11では、圧縮行程中の各クランク角度における燃焼室2の容積(以下「筒内容積」とも言う)が計算される。これは気筒5の幾何学的な設計に基づいて計算しても良いし、あるいはクランク角度毎に基づいて筒内容積を求めるマップを予め作成しておき、これを参照しても良い。 In block B11, the volume of the combustion chamber 2 at each crank angle during the compression stroke (hereinafter also referred to as “cylinder volume”) is calculated. This may be calculated based on the geometric design of the cylinder 5, or a map for obtaining the in-cylinder volume based on each crank angle may be created in advance and referred to.
ブロックB12では、ブロックB10で計算された圧縮開始時点での筒内ガスの温度と、ブロックB11で計算されたクランク角度毎の筒内容積に基づいて、圧縮行程中の各クランク角度毎の筒内ガスの温度が計算される。ここで、クランク角度毎の筒内ガスの温度は、ブロックB10で計算された圧縮開始時点での筒内ガスの温度を初期温度として、当該クランク角度に対応する筒内容積まで筒内ガスを圧縮するポリトロープ変化による温度変化で近似的に算出することができる。 In block B12, in-cylinder for each crank angle during the compression stroke based on the in-cylinder gas temperature at the start of compression calculated in block B10 and the in-cylinder volume for each crank angle calculated in block B11. The temperature of the gas is calculated. Here, the in-cylinder gas temperature at each crank angle is compressed to the in-cylinder volume corresponding to the crank angle with the temperature of the in-cylinder gas at the compression start time calculated in block B10 as the initial temperature. It can be calculated approximately by the temperature change caused by the polytrope change.
なお、近似の方法はこれに限られない。例えば、クランク角度が微小角度変化する際のピストンの行う仕事や気筒構成機関部材との熱授受等を適当な物理モデルに従って計算して、クランク角度毎の筒内ガスの温度を計算することもできる。 Note that the approximation method is not limited to this. For example, it is possible to calculate the temperature of the in-cylinder gas for each crank angle by calculating the work performed by the piston when the crank angle changes by a minute angle, heat transfer with the cylinder constituent engine member, etc. according to an appropriate physical model. .
なお、ここで「クランク角度毎」といった場合のクランク角度間隔は、後述する着火時期制御を行うために必要な間隔とする。 Here, the crank angle interval in the case of “every crank angle” is an interval necessary for performing ignition timing control described later.
以上のようにして、実際の圧縮行程が開始されるより以前の任意の時点において、該時点における内燃機関の運転状態に基づいて、その運転状態のまま圧縮行程に入った場合の筒内温度の変化をECU8による推定計算によってリアルタイムに予測することができる。
As described above, at an arbitrary time before the actual compression stroke is started, based on the operation state of the internal combustion engine at the time, the in-cylinder temperature when entering the compression stroke in the operation state The change can be predicted in real time by the estimation calculation by the
ブロックB13では、ブロックB3で計算された外部EGRガス量、ブロックB7で計算された内部EGRガス量、吸入空気量に基づいて、筒内ガスの酸素濃度(以下「筒内酸素濃度」とも言う)が計算される。 In block B13, the oxygen concentration of the in-cylinder gas (hereinafter also referred to as “in-cylinder oxygen concentration”) based on the external EGR gas amount calculated in block B3, the internal EGR gas amount calculated in block B7, and the intake air amount. Is calculated.
ブロックB14では、ブロックB12で計算された筒内温度、ブロックB13で計算された筒内酸素濃度、燃料噴射量に基づいて、燃料の着火時期が計算される。 In block B14, the ignition timing of the fuel is calculated based on the in-cylinder temperature calculated in block B12, the in-cylinder oxygen concentration calculated in block B13, and the fuel injection amount.
ブロックB15では、内燃機関の運転状態に基づいて、目標着火時期が決定される。目標着火時期は、内燃機関1において良好な燃焼状態を実現可能な着火時期であり、予め実験により求められ、内燃機関1の運転状態に応じて目標着火時期を定めるマップとしてECU8のROMに記憶されている。
In block B15, the target ignition timing is determined based on the operating state of the internal combustion engine. The target ignition timing is an ignition timing at which a good combustion state can be realized in the
ブロックB16では、ブロックB14で計算された着火時期(以下「推定着火時期」とも言う)とブロックB15で決定された目標着火時期とが比較評価される。 In block B16, the ignition timing calculated in block B14 (hereinafter also referred to as “estimated ignition timing”) and the target ignition timing determined in block B15 are compared and evaluated.
ここで、推定着火時期が目標着火時期と一致している場合には、現時点での内燃機関の運転状態が維持されて圧縮行程に入れば、所望の目標着火時期において燃料が着火すると予測されるため、現時点での機関制御状態(EGR弁開度、バルブタイミング)が維持される。 Here, if the estimated ignition timing matches the target ignition timing, it is predicted that the fuel will ignite at the desired target ignition timing if the current operating state of the internal combustion engine is maintained and the compression stroke is entered. Therefore, the current engine control state (EGR valve opening degree, valve timing) is maintained.
一方、推定着火時期が目標着火時期より進角している場合には、着火時期を遅角側に移動させるために、内部EGRガス量を減少させて筒内温度を低下させる。内部EGRガス量を減少させるには、例えば、吸気弁23と排気弁33とが双方とも閉弁している期間(以下「負のオーバーラップ期間」とも言う)を短縮するように可変動弁機構9を操作する
。この場合、内部EGRガス量の減少に伴って筒内酸素濃度が若干高くなるので、この筒内酸素濃度の上昇分を相殺するように、外部EGRガス量を増加させる。外部EGRガス量を増加させるには、例えば、EGR弁42の開度を開弁方向に操作する。
On the other hand, when the estimated ignition timing is advanced from the target ignition timing, the in-cylinder temperature is decreased by decreasing the internal EGR gas amount in order to move the ignition timing to the retard side. In order to reduce the amount of internal EGR gas, for example, a variable valve mechanism that shortens the period during which both the
他方、推定着火時期が目標着火時期より遅角している場合には、着火時期を進角側に移動させるために、内部EGRガス量を増加させて筒内温度を上昇させる。内部EGRガス量を増加させるには、例えば、負のオーバーラップ期間を延長するように可変動弁機構9を操作する。この場合、内部EGRガス量の増加に伴って筒内酸素濃度が若干低くなるので、この筒内酸素濃度の低下分を相殺するように、外部EGRガス量を減少させる。外部EGRガス量を減少させるには、例えば、EGR弁42の開度を閉弁方向に操作する。
On the other hand, when the estimated ignition timing is retarded from the target ignition timing, the in-cylinder temperature is increased by increasing the internal EGR gas amount in order to move the ignition timing to the advance side. In order to increase the internal EGR gas amount, for example, the
このように、本実施例の着火時期制御方法では、内部EGRガス量を補正することによって筒内温度を最適化し、これによって着火時期を目標着火時期に制御するとともに、この内部EGRガス量の補正に伴う筒内酸素濃度の変動を外部EGRガス量を補正することによって相殺し、これによって筒内酸素濃度が変動することによる燃焼状態の悪化を抑制することができる。 Thus, in the ignition timing control method of the present embodiment, the in-cylinder temperature is optimized by correcting the internal EGR gas amount, thereby controlling the ignition timing to the target ignition timing and correcting the internal EGR gas amount. It is possible to cancel the fluctuation of the in-cylinder oxygen concentration by correcting the external EGR gas amount, thereby suppressing the deterioration of the combustion state due to the fluctuation of the in-cylinder oxygen concentration.
また、本実施例では、計算によって推定された着火時期と目標着火時期との比較に基づくフィードバック制御によって内部EGRガス量及び外部EGRガス量を操作しているので、最新の内燃機関の運転状態を着火時期制御に反映させることができる。そのため、実際の着火時期の測定結果に基づいてフィードバック制御を行う場合と比較して、より精度良く着火時期を制御することができる。特に過渡運転状態等のように内燃機関の運転状態が刻々と変化する状況においても、より精度良く着火時期を制御できる。 In this embodiment, since the internal EGR gas amount and the external EGR gas amount are operated by feedback control based on the comparison between the ignition timing estimated by calculation and the target ignition timing, the operating state of the latest internal combustion engine is changed. This can be reflected in the ignition timing control. Therefore, the ignition timing can be controlled with higher accuracy than when feedback control is performed based on the measurement result of the actual ignition timing. In particular, even in a situation where the operating state of the internal combustion engine changes every moment, such as a transient operating state, the ignition timing can be controlled with higher accuracy.
また、推定着火時期の計算に当たって、吸気系機関部材や気筒構成機関部材と吸気や筒内ガスとの間で行われる熱授受を考慮して筒内温度を計算しているので、機関部材の温度が高温になるような運転状態においても、より精度良く筒内温度を計算することができ、従ってより精度良く推定着火時期を計算することができる。 In addition, in calculating the estimated ignition timing, the in-cylinder temperature is calculated in consideration of heat transfer between the intake system engine member or cylinder component engine member and the intake or in-cylinder gas. Even in an operating state where the temperature becomes high, the in-cylinder temperature can be calculated with higher accuracy, and therefore the estimated ignition timing can be calculated with higher accuracy.
次に、上記説明した着火時期制御を実施するための具体的な手順について、図3のフローチャートを参照して説明する。図3のフローチャートは本実施例の着火時期制御を行うためのルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはECU8によって所定期間毎に繰り返し実行される。
Next, a specific procedure for implementing the ignition timing control described above will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 3 is a flowchart showing a routine for performing the ignition timing control of this embodiment, and this routine is repeatedly executed by the
まず、ステップS101において、ECU8は、内燃機関1の運転状態を把握する。具体的には、各種センサの検出値やEGR弁42、燃料噴射弁6、可変動弁機構9等への制御指令値を読み込む。
First, in step S101, the
次に、ステップS102において、ステップS101において把握した内燃機関1の運転状態に基づいて目標着火時期を決定する。具体的には、前記ブロック図におけるブロックB15の処理を実行する。本実施例の場合、本ステップS102を実行するECU8が本発明の目標着火時期決定手段に相当する。
Next, in step S102, the target ignition timing is determined based on the operating state of the
次に、ステップS103において、ステップS101において把握した内燃機関1の運転状態に基づいて推定着火時期を計算する。具体的には、前記ブロック図におけるブロックB14の処理を実行する。本実施例の場合、本ステップS103を実行するECU8が本発明の着火時期取得手段に相当する。また、本ステップS103においてブロックB14の処理を実行する際に参照されるブロックB13の計算を実行するECU8が本発明の酸素濃度取得手段に相当する。
Next, in step S103, an estimated ignition timing is calculated based on the operating state of the
次に、ステップS104において、ステップS102において決定された目標着火時期と、ステップS103において計算された推定着火時期とが一致しているか否かを判定する。ここで、「推定着火時期と目標着火時期とが一致する」とは、推定着火時期と目標着火時期との差の絶対値が所定値未満であることを意味するものとする。 Next, in step S104, it is determined whether or not the target ignition timing determined in step S102 matches the estimated ignition timing calculated in step S103. Here, “the estimated ignition timing and the target ignition timing coincide” means that the absolute value of the difference between the estimated ignition timing and the target ignition timing is less than a predetermined value.
ステップS104で肯定判定された場合には、ECU8は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、ステップS104で否定判定された場合には、ECU8はステップS105に進む。
If an affirmative determination is made in step S104, the
ステップS105では、推定着火時期が目標着火時期に対して進角しているか否かを判定する。ステップS105で肯定判定された場合には、ステップS106に進む。一方、ステップS105で否定判定された場合には、ステップS107に進む。 In step S105, it is determined whether or not the estimated ignition timing is advanced with respect to the target ignition timing. If a positive determination is made in step S105, the process proceeds to step S106. On the other hand, if a negative determination is made in step S105, the process proceeds to step S107.
ステップS106では、内部EGRガス量を減量補正するとともに、この内部EGRガス量の減量補正に起因する筒内酸素濃度の低下を相殺するように外部EGRガス量を増量補正する。具体的には、吸気弁23及び排気弁33の負のバルブオーバーラップ期間を短縮するように可変動弁機構9を操作するとともに、EGR弁42の開度を開弁方向に操作する。これにより筒内温度が低下して着火時期が遅角側に補正される。
In step S106, the internal EGR gas amount is corrected to decrease, and the external EGR gas amount is corrected to increase so as to offset the decrease in the in-cylinder oxygen concentration caused by the internal EGR gas amount decrease correction. Specifically, the
ステップS107では、内部EGRガス量を増量補正するとともに、この内部EGRガス量の増量補正に起因する筒内酸素濃度の上昇を相殺するように外部EGRガス量を減量補正する。具体的には、吸気弁23及び排気弁33の負のバルブオーバーラップ期間を延長するように可変動弁機構9を操作するとともに、EGR弁42の開度を閉弁方向に操作する。これにより筒内温度が上昇して着火時期が進角側に補正される。
In step S107, the internal EGR gas amount is corrected to increase, and the external EGR gas amount is corrected to decrease so as to offset the increase in the in-cylinder oxygen concentration caused by the increase correction of the internal EGR gas amount. Specifically, the
ステップS106又はステップS107を実行後、ECU8は本ルーチンの実行を一旦終了する。本実施例の場合、ステップS106及びステップS107を実行するECU8が本発明の補正手段に相当する。
After executing step S106 or step S107, the
以上のルーチンを実行することにより、筒内酸素濃度に依存する燃焼特性が悪化することを抑制しつつ、燃料の着火時期を目標着火時期に制御することができる。 By executing the above routine, it is possible to control the fuel ignition timing to the target ignition timing while suppressing deterioration of the combustion characteristics depending on the in-cylinder oxygen concentration.
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記の実施例では推定着火時期と目標着火時期との比較に基づくフィードバック制御によって着火時期を制御しているが、実際の着火時期を測定して、その測定結果と目標着火時期との比較に基づいて着火時期の制御を行っても良い。実際の着火時期を測定する方法としては、例えば、筒内圧力を検出するセンサを設け、該センサの検出値に基づいて実際の着火時期を検出する方法を例示できる。この場合、上記フローチャートのステップS103において実行される処理が「筒内圧検出センサによる実着火時期の測定」に変わるだけで、他の処理は上記実施例と同様に実行することができる。 The above-described embodiment is an example for explaining the present invention, and various modifications can be made to the above-described embodiment without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the ignition timing is controlled by feedback control based on the comparison between the estimated ignition timing and the target ignition timing, but the actual ignition timing is measured and the measurement result is compared with the target ignition timing. The ignition timing may be controlled based on the above. As a method of measuring the actual ignition timing, for example, a method of providing a sensor for detecting the in-cylinder pressure and detecting the actual ignition timing based on the detection value of the sensor can be exemplified. In this case, only the process executed in step S103 of the flowchart is changed to “measurement of the actual ignition timing by the in-cylinder pressure detection sensor”, and other processes can be executed in the same manner as in the above embodiment.
また、上記実施例のように実着火時期を推定計算によって予測する構成においても、筒内圧検出センサ等の着火時期を検出する装置を取り付けて、実測された着火時期を推定着火時期の演算処理にフィードバックするようにしても良い。こうすることで、例えば燃料のセタン価が大きく変化した場合の実際の着火時期と推定着火時期とのずれを修正することができる。この補正は常時行う必要はないため、上述したような推定計算によって実着火時期を予測する構成により享受できるメリットを損なうことなく、より着火時期の制御精度を高めることができる。 Also, in the configuration in which the actual ignition timing is predicted by estimation calculation as in the above embodiment, a device for detecting the ignition timing such as the in-cylinder pressure detection sensor is attached, and the actually measured ignition timing is used for the calculation processing of the estimated ignition timing. Feedback may be provided. By doing so, for example, the deviation between the actual ignition timing and the estimated ignition timing when the cetane number of the fuel changes greatly can be corrected. Since it is not necessary to always perform this correction, the control accuracy of the ignition timing can be further improved without impairing the merit that can be enjoyed by the configuration that predicts the actual ignition timing by the estimation calculation as described above.
1 内燃機関
2 燃焼室
3 ピストン
5 気筒
6 燃料噴射弁
7 アクセルペダル
8 ECU
9 可変動弁機構
20 吸気ポート
21 吸気マニホールド
22 吸気管
23 吸気弁
30 排気ポート
31 排気マニホールド
32 排気管
33 排気弁
40 EGR装置
41 EGR通路
42 EGR弁
70 水温センサ
71 クランクポジションセンサ
72 アクセル開度センサ
73 吸気温度センサ
75 エアフローメータ
1 Internal combustion engine 2 Combustion chamber 3 Piston 5
9
Claims (3)
内燃機関の運転状態に応じて燃料の目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、
燃料の実際の着火時期を推定又は検出することにより取得する着火時期取得手段と、
筒内酸素濃度を推定又は検出することにより取得する酸素濃度取得手段と、
前記目標着火時期と前記着火時期取得手段によって取得される着火時期とが一致し、且つ、前記酸素濃度取得手段により取得される酸素濃度が変化しないように、前記EGR手段によって気筒に戻される排気の量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の着火時期制御装置。 EGR means for returning a part of the exhaust from the internal combustion engine to the cylinder of the internal combustion engine;
A target ignition timing determining means for determining a target ignition timing of the fuel according to an operating state of the internal combustion engine;
Ignition timing acquisition means for acquiring by estimating or detecting the actual ignition timing of the fuel;
Oxygen concentration acquisition means for acquiring by estimating or detecting in-cylinder oxygen concentration;
The exhaust gas returned to the cylinder by the EGR means so that the target ignition timing and the ignition timing acquired by the ignition timing acquisition means coincide with each other and the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquisition means does not change. Correction means for correcting the amount;
An ignition timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR手段は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を介して排気の一部を気筒に還流させる外部EGR手段と、
気筒内に既燃ガスの一部を残留させる内部EGR手段と、
を有し、
前記補正手段は、
前記目標着火時期と前記着火時期取得手段によって取得される着火時期とが一致するように、前記内部EGR手段によって気筒内に残留する排気の量を補正する内部EGR補正手段と、
前記内部EGR補正手段による前記気筒内に残留する排気の量の補正に起因する筒内酸素濃度の変化を相殺するように、前記外部EGR手段によって還流する排気の量を補正する外部EGR補正手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の着火時期制御装置。 In claim 1,
The EGR means includes
An external EGR means for recirculating a part of the exhaust to the cylinder via an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine;
Internal EGR means for leaving a portion of the burned gas in the cylinder;
Have
The correction means includes
Internal EGR correction means for correcting the amount of exhaust gas remaining in the cylinder by the internal EGR means so that the target ignition timing and the ignition timing acquired by the ignition timing acquisition means coincide with each other;
External EGR correction means for correcting the amount of exhaust gas recirculated by the external EGR means so as to cancel out a change in in-cylinder oxygen concentration caused by correction of the amount of exhaust gas remaining in the cylinder by the internal EGR correction means; ,
An ignition timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記補正手段は、
前記着火時期取得手段により取得される着火時期が前記目標着火時期より進角している場合には、前記内部EGR手段によって気筒内に残留する排気の量を減量補正するとともに、前記外部EGR手段によって還流する排気の量を増量補正し、
前記着火時期取得手段により取得される着火時期が前記目標着火時期より遅角している場合には、前記内部EGR手段によって気筒内に残留する排気の量を増量補正するとともに、前記外部EGR手段によって還流する排気の量を減量補正する
ことを特徴とする内燃機関の着火時期制御装置。 In claim 2,
The correction means includes
When the ignition timing acquired by the ignition timing acquisition means is advanced from the target ignition timing, the internal EGR means corrects the amount of exhaust gas remaining in the cylinder by reducing the amount, and the external EGR means Correct the increase in the amount of exhaust gas that recirculates,
When the ignition timing acquired by the ignition timing acquisition means is retarded from the target ignition timing, the internal EGR means corrects the amount of exhaust gas remaining in the cylinder by increasing, and the external EGR means An ignition timing control device for an internal combustion engine, wherein the amount of exhaust gas recirculating is corrected to decrease.
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