JP2009167871A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
気筒間の燃焼状態のばらつきに起因する発生トルクのばらつきを減少させるため、例えば、特許文献1に記載の内燃機関の制御装置がある。この制御装置は、まず、気筒毎に筒内圧を検出し、圧縮上死点後の所定クランク角範囲における筒内圧積分値と、圧縮上死点前の所定クランク角範囲における筒内圧積分値との偏差又は比を、気筒毎の発生トルクを示すパラメータとして演算する。そして、気筒毎の発生トルクと、全気筒での平均値とを比較し、平均値よりも発生トルクが小さい気筒については点火時期を進角補正し、平均値よりも発生トルクが大きい気筒については点火時期を遅角補正している。 In order to reduce the variation in the generated torque caused by the variation in the combustion state between the cylinders, for example, there is a control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1. This control device first detects in-cylinder pressure for each cylinder, and calculates an in-cylinder pressure integrated value in a predetermined crank angle range after compression top dead center and an in-cylinder pressure integrated value in a predetermined crank angle range before compression top dead center. The deviation or ratio is calculated as a parameter indicating the generated torque for each cylinder. Then, the generated torque for each cylinder is compared with the average value for all cylinders, and the ignition timing is corrected to advance for a cylinder with a generated torque smaller than the average value, and for a cylinder with a generated torque larger than the average value, Ignition timing is corrected to retard.
ところで、トルクは、空気量、燃料量、及び点火時期等を制御することによって決定される。しかし、例えば、機関始動時においては、空気量及び燃料量の割合、即ち空燃比を検出する空燃比センサが活性化していないため、正確な空燃比を測定することができない。従って、正確な機関制御ができずに安定した燃焼状態を得られないためトルク変動が生じ、ドライバビリティが悪化するという問題がある。 Incidentally, the torque is determined by controlling the air amount, the fuel amount, the ignition timing, and the like. However, for example, when the engine is started, the air-fuel ratio sensor that detects the ratio of the air amount and the fuel amount, that is, the air-fuel ratio, is not activated, so that the accurate air-fuel ratio cannot be measured. Therefore, there is a problem that torque fluctuation occurs and drivability deteriorates because accurate engine control cannot be performed and a stable combustion state cannot be obtained.
そこで本発明は上記問題に鑑み、機関始動時等における空燃比センサが活性化する前に空燃比を推定し、その空燃比に基づいてトルク変動を抑制するように制御する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a control device for an internal combustion engine that estimates an air-fuel ratio before activation of an air-fuel ratio sensor at the time of engine startup or the like and controls to suppress torque fluctuations based on the air-fuel ratio. The purpose is to provide.
前記課題を解決するために請求項1に記載の発明によれば、 筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、空燃比を検出する空燃比検出手段と、筒内圧に基づいてトルクを算出すると共に該トルクに基づいてトルク変動値を算出するトルク変動値算出手段と、トルク変動値が予め定められたトルク変動限界値以上か否かを判定するトルク変動判定手段と、点火時期の遅角限界を制限する遅角ガード値を有すると共に該遅角ガード値の算出及び補正を行う点火時期制御手段とを具備し、前記空燃比検出手段によって検出した空燃比に基づいて遅角ガード値の算出及び補正を行う内燃機関の制御装置において、機関運転状態に基づいて空燃比を推定する空燃比推定手段を更に具備し、機関始動時に前記空燃比検出手段が使用可能状態となる前において、前記空燃比推定手段によって推定された空燃比と前記トルク変動限界値と機関運転状態とに基づいて遅角ガード値を算出し、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値以上である場合には、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値未満となるように前記遅角ガード値を補正する内燃機関の制御装置が提供される。 In order to solve the above problem, according to the first aspect of the present invention, the in-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure, the air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio, the torque is calculated based on the in-cylinder pressure, and A torque fluctuation value calculating means for calculating a torque fluctuation value based on the torque, a torque fluctuation determining means for determining whether the torque fluctuation value is equal to or greater than a predetermined torque fluctuation limit value, and a retard limit of the ignition timing. An ignition timing control means having a retarding guard value for limiting and calculating and correcting the retarding guard value, and calculating and correcting the retarding guard value based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means In the control device for the internal combustion engine, the air-fuel ratio estimation means for estimating the air-fuel ratio based on the engine operating state is further provided, and before the air-fuel ratio detection means becomes usable when the engine is started, A retard guard value is calculated based on the air-fuel ratio estimated by the air-fuel ratio estimating means, the torque fluctuation limit value, and the engine operating state, and when the torque fluctuation value is equal to or greater than the torque fluctuation limit value, There is provided a control device for an internal combustion engine that corrects the retardation guard value so that the torque fluctuation value is less than the torque fluctuation limit value.
請求項1に記載の発明によれば、機関始動時等における空燃比センサが活性化する前に空燃比を推定し、その空燃比に基づいてトルク変動を抑制するように制御することができるという効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to estimate the air-fuel ratio before the air-fuel ratio sensor is activated at the time of starting the engine or the like, and to control the torque fluctuation based on the air-fuel ratio. There is an effect.
以下、図面を参照しながら本発明の内燃機関の制御装置について説明する。図1は本発明の制御装置が搭載される複数の気筒を備えた機関本体を有する内燃機関全体の図である。 Hereinafter, an internal combustion engine control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine having an engine body having a plurality of cylinders on which a control device of the present invention is mounted.
図1を参照すると、1は例えば四つの気筒を備えた機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポート、10は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート7は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に連結される。吸気ダクト13内には吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ15と、ステップモータ16により駆動されるスロットル弁17とが配置される。また、吸気ポート7内には吸気ポート7内に燃料を噴射する電気制御式の燃料噴射弁18が配置される。
Referring to FIG. 1, for example, 1 is an engine body having four cylinders, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, and 8 is an exhaust. A valve, 9 is an exhaust port, and 10 is a spark plug. The intake port 7 is connected to a surge tank 12 via a corresponding
更に、吸気弁6及び排気弁8には、それらの開弁動作を変更する可変動弁機構19,20がそれぞれ設けられる。ここで、開弁動作は例えばリフト量、開弁期間(作用角)及び開弁開始時期のうち一つ又は複数によって定められ、本実施形態の機構は公知のいずれの機構も使用可能であるため詳述はしない。
Furthermore, the intake valve 6 and the exhaust valve 8 are respectively provided with
一方、排気ポート9は排気マニホルド21を介して小容量の三元触媒22に連結される。三元触媒22上流排気通路には空燃比を検出するための空燃比センサ23が取り付けられる。機関本体1には機関冷却水温を検出するための水温センサ24が取り付けられ、シリンダヘッド3には、燃焼室5の気筒内圧を検出するための筒内圧センサ25が取り付けられる。
On the other hand, the exhaust port 9 is connected to a small capacity three-
電子制御ユニット(ECU)40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。アクセルペダル49にはアクセルペダル49の踏み込み量を検出するための負荷センサ50が接続される。ここで、アクセルペダル49の踏み込み量は要求負荷を表している。
The electronic control unit (ECU) 40 is a digital computer and includes a ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an
エアフローメータ15、空燃比センサ23、水温センサ24、筒内圧センサ25及び負荷センサ50の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ51が接続される。CPU44ではクランク角センサ51の出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。
Output signals of the
一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して点火栓10、ステップモータ16、燃料噴射弁18及び可変動弁機構19,20にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット40からの出力信号に基づいて制御される。更に出力ポートは警告装置52に接続される。警告装置52は、車両の情報をドライバーに伝えるべきときに、電子制御ユニット40からの出力信号に基づいてランプの点灯又は点滅を行う。
On the other hand, the
三元触媒22は、酸素吸蔵能力を有しており、これにより三元触媒22に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の酸素を吸蔵すると共に、三元触媒22に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵している酸素を放出することにより排気ガス中に含まれるHC、COを酸化・浄化する。
The three-
そして、機関始動時等、三元触媒22の温度が活性温度に到達していない場合には、点火時期を遅角させることによって、高温の排気ガスを三元触媒22に流入させ、早期昇温を行う。一方、点火時期を過度に遅角させると、クランクシャフトのトルク変動のばらつきが大きくなり、ドライバビリティが悪化するという問題が生じる。そのため、トルク変動を抑えた状態で点火時期を最も遅角させる制御を行うことが、ドライバビリティに影響を与えることなく三元触媒22を早期に昇温させることができるため望ましい。しかし、上述のように空燃比センサ23が活性化されてないと、正確な空燃比を測定することができないため、そのような望ましい制御を行うことが困難である。
When the temperature of the three-
そこで、本実施形態では、トルク変動を抑えた状態で点火時期を最も遅角させるように制御を行い、その際に用いる空燃比は、運転状態から推定した空燃比を用いている。これによって、ドライバビリティを良好に保つと共に、三元触媒22を早期に昇温させることが可能となる。
Therefore, in this embodiment, control is performed so that the ignition timing is most retarded in a state where torque fluctuation is suppressed, and the air-fuel ratio estimated from the operating state is used as the air-fuel ratio used at that time. This makes it possible to maintain good drivability and raise the temperature of the three-
以下、本実施形態の操作のフローチャートについて説明する。図2は、機関始動時機関制御操作を示すフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット(ECU)40によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。 Hereinafter, the flowchart of the operation of the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the engine control operation when the engine is started. This operation is performed as a routine that is executed by interruption every set time predetermined by the electronic control unit (ECU) 40.
まず、ステップ101では、気筒毎に運転状態の読み込みが行われ、ステップ102へと進む。ここで、運転状態とは、例えば、燃料噴射量、機関回転数、吸入空気量、可変動弁機構による開弁時期の進角量、機関冷却水温、及び基本点火時期等をいう。
First, in
次いで、ステップ102では、空燃比センサ23が活性化しているか否かが判定される。空燃比センサ23が活性化しているか否かは、例えば、機関冷却水温、始動後における吸入空気量の積算値、始動後における述べ燃料噴射回数等に基づいて判定される。ステップ102において、空燃比センサ23が活性化していると判定された場合には、本実施形態による機関制御は行わずにルーチンを終了する。一方、ステップ102において、空燃比センサ23が活性化していないと判定された場合には、ステップ103へと進む。
Next, at
次いで、ステップ103では、空燃比の推定値である推定空燃比AFestが算出され、ステップ104へと進む。推定空燃比AFestは、ステップ101で読み込まれた運転状態と、燃料噴射弁18からの噴射された燃料の壁面への付着モデルによる壁面付着量の推定値、即ち壁面付着量推定値とに基づいて、予め実験等によって求められたマップ又は計算式から求められる。
Next, at
次いで、ステップ104では、全気筒の所定サイクル又は所定時間の筒内圧が検出されると共にそれに基づいてトルク変動値が算出され、ステップ105へと進む。トルク変動値の算出について説明する。ここで、四つの気筒を備えた当該内燃機関においては、圧縮行程及び膨張行程のクランク角360°の区間で筒内圧をそれぞれ計測し、筒内圧から以下の式(1)に基づいて、1つ気筒が1回の圧縮行程及び膨張行程においてクランクシャフトに対して行う仕事量Wが算出される。そして、仕事量Wを1サイクル4πで割ると式(2)のようにトルクTが算出される。
こうして求めたトルクTの変動を数値化したものがトルク変動値であるが、それは様々な方法で定義可能である。本実施形態では、例えば、所定の筒内圧の測定時間において算出された全気筒のトルクTの標準偏差を算出し、標準偏差を用いてトルク変動値を算出することが可能である。ステップ104で算出されるのは、各気筒が出力するトルクを合算して考慮した、全気筒のトルク変動値である。
The torque fluctuation value obtained by quantifying the torque T fluctuation thus obtained is a torque fluctuation value, which can be defined by various methods. In the present embodiment, for example, it is possible to calculate the standard deviation of the torque T of all the cylinders calculated during a predetermined in-cylinder pressure measurement time, and calculate the torque fluctuation value using the standard deviation. What is calculated in
次いで、ステップ105では、ステップ104で算出した全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値以上であるか否かが判定される。トルク変動限界値以上とは、トルク変動値の許容範囲を超えていることをいい、トルク変動限界値は予め実験等によって求められる。ステップ105において、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値以上であると判定された場合には、ステップ106へと進む。一方、ステップ105において、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
Next, in
次いで、ステップ106では、気筒毎のトルク変動値を算出し、ステップ107へと進む。即ち、ステップ104で算出されたトルク変動値は、全気筒について考慮しているため、特定の気筒のみトルクの変動が大きかったとしても、それを判別することはできない。従って、本ステップにおいて、ステップ104で用いた方法と同じ方法によって、気筒毎のトルク変動値を算出する。
Next, at step 106, a torque fluctuation value for each cylinder is calculated, and the routine proceeds to step 107. That is, since the torque fluctuation value calculated in
次いで、ステップ107では、ステップ101で読み込まれた運転状態と、トルク変動限界値と、ステップ103で算出した推定空燃比AFestとに基づいて、予め実験等によって求められたマップ又は計算式から、気筒毎に点火時期の遅角限界値を制限するために設定されている遅角ガード値の現在の値からの補正量又は遅角ガード値自体を求める。その後、ステップ108へと進む。
Next, in step 107, based on the operation state read in
次いで、ステップ108では、ステップ106で算出したトルク変動値が、ステップ105の判定で用いた全気筒のトルク変動限界値以上であるか否かを気筒毎に判定する。そして、全気筒のトルク変動限界値以上であると判定された気筒のみ、トルク変動値がトルク変動限界値未満となるように、点火時期を補正すると共にステップ107で求めた補正量又は補正ガード値を更に補正して、最終的に遅角ガード値を決定し補正する。そして、補正後の遅角ガード値を学習し、次回機関始動時には、学習した遅角ガード値を初期値として用いる。そしてルーチンを終了する。ここでトルク変動値がトルク変動限界値以上であると判定された気筒の点火時期の補正は、予め実験等によって求められた点火時期に対するトルク変動値のマップ又は計算式から求められる。
Next, in
図3は、機関始動時機関制御操作を示す別のフローチャートである。ステップ201からステップ208は、図2のステップ101からステップ108とそれぞれ略同様であるため説明は省略する。但し、図2のフローチャートのステップ105に対応するステップ205において、全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了せず、ステップ208と同様に、ステップ209へと進む。
FIG. 3 is another flowchart showing the engine control operation at the time of starting the engine. Step 201 to step 208 are substantially the same as
ステップ209では、気筒毎のトルク変動値を算出し、ステップ210へと進む。即ち、ステップ208で点火時期を補正しているため、トルク変動値が変動している可能性がある。また、ステップ205で、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、気筒毎のトルク変動値が算出されていない。従って、本ステップにおいて、ステップ204で用いた方法と同じ方法によって、気筒毎のトルク変動値を算出する。
In
次いで、ステップ210では、ステップ209で算出した気筒毎のトルク変動値が気筒毎のトルク変動限界値以上であるか否かが気筒毎に判定される。気筒毎のトルク変動限界値も予め実験等によって求められる。そして、いずれかの気筒のトルク変動値がトルク変動限界値以上であると判定された場合、ステップ211へと進む。一方、いずれの気筒のトルク変動値もトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
Next, in
次いで、ステップ211では、ステップ210でトルク変動限界値以上であると判定された気筒にのみ、燃料噴射弁18からの噴射された燃料の壁面への付着モデルによる壁面付着量の推定値に基づいて、トルク変動値がトルク変動限界値未満となるように、壁面付着量に起因する燃料不足分、燃料噴射量を増量する。
Next, in
更に、燃料の壁面付着量に起因する増量に代えて、又はこれと併せて、機関冷却水温が低い場合には、予め実験等によって求められた水温と燃料増量のマップ又は計算式から、噴射燃料量を増量してもよい。さらにこれらに代えて、又はこれらと併せて、空気過多の場合にも、燃料不足分の増量をしてもよい。そしてルーチンを終了する。 Further, instead of or in addition to the increase due to the amount of fuel adhering to the wall surface, when the engine cooling water temperature is low, the injected fuel is calculated from the water temperature and fuel increase map or calculation formula obtained in advance through experiments or the like. The amount may be increased. Further, instead of or in combination with these, even when the air is excessive, the amount of fuel shortage may be increased. Then the routine ends.
図4は、機関始動時機関制御操作を示す更に別のフローチャートである。ステップ301からステップ311は、図3のステップ201からステップ211とそれぞれ略同様であるため説明は省略する。但し、図3のフローチャートのステップ210に対応するステップ310において、気筒毎のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了せず、ステップ311と同様に、ステップ312へと進む。
FIG. 4 is still another flowchart showing the engine control operation at the time of engine start.
ステップ312では、ステップ304と同様に式(1)及び式(2)を用いて気筒毎のトルクを算出し、ステップ313へと進む。次いで、ステップ313では、気筒毎の運転状態に基づいて推定される気筒毎のトルク下限値を算出し、ステップ314へと進む。
In
次いで、ステップ314では、ステップ312で算出した気筒毎のトルクが、ステップ313で算出した気筒毎のトルク下限値以上であるか否かが判定される。ここで、ステップ312で算出した全ての気筒のトルクがステップ313で算出したトルク下限値以上であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
Next, in
一方、ステップ314において、ステップ312で算出したいずれかの気筒のトルクがステップ313で算出したトルク下限値未満であると判定された場合には、ステップ315へと進む。
On the other hand, if it is determined in
次いで、ステップ315では、ステップ314でトルク下限値未満であると判定された気筒について、警告装置52を点灯又は点滅させその気筒番号をドライバーに通知する。即ち、かかる気筒については、吸排気弁が経年劣化等により、バルブクリアランスが大きくなっている可能性がある。それにより、圧縮行程で空気が漏れ、良好な燃焼が得られずにトルクが推定値より小さいと考えられるからである。そしてルーチンを終了する。
Next, in
なお、上記フローチャートで説明した各機関始動時機関制御操作は空燃比センサ23が活性化されるまで実施されるが、空燃比センサ23が活性化した後、それを用いて実際の空燃比を測定し、当該操作で用いられた推定空燃比AFestとのオフセットΔAFを学習する。即ち、次回機関始動時の機関始動時機関制御操作において、例えば図2のステップ103で運転状態等から算出される推定空燃比AFestにオフセットΔAFを加算した値を推定空燃比AFestとし、それによって推定空燃比AFestの推定の精度が向上する。
The engine control operation at the time of starting each engine described in the above flowchart is performed until the air-
1 機関本体
6 吸気弁
8 排気弁
15 エアフローメータ
18 燃料噴射弁
22 三元触媒
23 空燃比センサ
24 水温センサ
25 筒内圧センサ
40 電子制御ユニット(ECU)
52 警告装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 6 Intake valve 8
52 Warning device
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