JP2010196556A - Heating value calculation device, control device of internal combustion engine, and abnormality detection device of injector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関における燃料の発熱量を算出する発熱量算出装置、及びその発熱量算出装置で算出された発熱量を利用した装置に関する。 The present invention relates to a calorific value calculation device that calculates the calorific value of fuel in an internal combustion engine, and an apparatus that uses the calorific value calculated by the calorific value calculation device.
近年、自動車のエミッション規制が強化されており、そのエミッション規制に対応するために、有害排気ガスを低減する取り組みがなされている。その取り組みとして、例えば、燃焼後の排気ガスの一部を取り出し、吸気側へ導き再度吸気させる技術である排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)を導入して、有害排気ガスの一つである窒素酸化物(NOx)の低減を図っている。 In recent years, automobile emission regulations have been strengthened, and efforts have been made to reduce harmful exhaust gas in order to meet the emission regulations. For example, exhaust gas recirculation (exhaust gas recirculation), which is a technology for extracting a part of exhaust gas after combustion and leading it to the intake side to re-intake air, introduces nitrogen, which is one of the harmful exhaust gases. Reduction of oxide (NOx) is aimed at.
しかしながら、排気ガス再循環を導入すると、シリンダ内の温度が低い状態で燃料が燃焼することになるため、燃料性状や環境条件の影響を受けやすくなり燃焼時期がばらついてしまう。そこで、シリンダの内圧である筒内圧Pを筒内圧センサで検出して、その筒内圧Pに基づいて、燃料の燃焼時期を制御する技術が知られている。具体的には、例えば特許文献1に記載の方法で、クランク角の単位角度あたりの熱発生率を算出する。次いで、その熱発生率を燃料が燃焼された区間で積算して、燃料の総発熱量を算出する。そして、その総発熱量を100%としたときの、例えば所定のタイミング(例えば上死点後8°(ATDC8°))における燃焼割合MFBを算出し、その燃焼割合MFBが目標燃焼割合(例えば50%)となるように、燃料の噴射時期若しくは点火時期を制御する。このように、燃料の総発熱量を算出することは有用である。
However, when exhaust gas recirculation is introduced, the fuel burns in a state where the temperature in the cylinder is low, so that it is easily affected by fuel properties and environmental conditions, and the combustion timing varies. Therefore, a technique is known in which an in-cylinder pressure P, which is an internal pressure of a cylinder, is detected by an in-cylinder pressure sensor, and the fuel combustion timing is controlled based on the in-cylinder pressure P. Specifically, for example, the heat release rate per unit angle of the crank angle is calculated by the method described in
ところで、筒内圧センサで検出される筒内圧Pとして必ずしも常に適正な値が得られるというわけではない。例えば温度変化等の外的要因、筒内圧センサ自体の特性ばらつき又は経年変化等により、真の筒内圧P0に不要なオフセット誤差αが重畳することがある。このような場合、その筒内圧Pに基づいて算出される熱発生率に誤差が生じることになる。その結果、その熱発生率を、燃料が燃焼された区間で積算して算出される総発熱量にも誤差が生じてしまう。 By the way, an appropriate value is not always obtained as the in-cylinder pressure P detected by the in-cylinder pressure sensor. For example, an unnecessary offset error α may be superimposed on the true in-cylinder pressure P0 due to an external factor such as a temperature change, variation in characteristics of the in-cylinder pressure sensor itself, or a secular change. In such a case, an error occurs in the heat generation rate calculated based on the in-cylinder pressure P. As a result, an error also occurs in the total heat generation amount calculated by integrating the heat generation rate in the section in which the fuel is burned.
また、その総発熱量を利用して燃焼時期の制御等をする装置においては、総発熱量に誤差がある場合には、正確に燃料の燃焼時期を制御できない等、その装置の目的を達成できない。 In addition, in an apparatus that controls the combustion timing using the total calorific value, if the total calorific value is in error, the objective of the apparatus cannot be achieved, for example, the fuel combustion timing cannot be accurately controlled. .
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、筒内圧Pにオフセット誤差αを含んでいたとしても精度よく総発熱量を算出できる発熱量算出装置を提供することを課題とする。また、その総発熱量算出装置で算出された総発熱量を利用した装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a calorific value calculation device capable of accurately calculating the total calorific value even if the in-cylinder pressure P includes an offset error α. It is another object of the present invention to provide a device that uses the total calorific value calculated by the total calorific value calculation device.
上記課題を達成するために、請求項1の発熱量算出装置は、シリンダ、ピストン及びクランクを有する内燃機関において、上死点TDCを基準とした前記クランクの回転角であるクランク角θが上死点後の特定クランク角Bになるまでの間に発熱した燃料の総発熱量Q1を算出する発熱量算出装置であって、
前記クランク角θを逐次検出するクランク角センサから前記クランク角θを取得するクランク角取得手段と、
そのクランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記シリンダの内圧である筒内圧Pを検出する筒内圧センサから前記筒内圧Pを取得する筒内圧取得手段と、
前記クランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記シリンダの容積Vを取得する容積取得手段と、
前記筒内圧取得手段が取得した前記筒内圧Pと前記容積取得手段が取得した前記容積Vとに基づいて、前記クランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記クランク角θの単位角度あたりの熱発生率dQ/dθを算出する熱発生率算出手段と、
上死点前の前記特定クランク角Bを(−B)としたときに、前記熱発生率算出手段が算出した前記熱発生率dQ/dθを、上死点TDCを中心に進角側と遅角側とで等しい区間[−B、B]で積算する積算手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a calorific value calculation device according to
Crank angle acquisition means for acquiring the crank angle θ from a crank angle sensor for sequentially detecting the crank angle θ;
An in-cylinder pressure acquisition unit that acquires the in-cylinder pressure P from an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure P that is an internal pressure of the cylinder, for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition unit;
Volume acquisition means for acquiring the volume V of the cylinder for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition means;
Based on the in-cylinder pressure P acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the volume V acquired by the volume acquisition unit, the crank angle θ is determined for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition unit. A heat generation rate calculating means for calculating a heat generation rate dQ / dθ per unit angle of
When the specific crank angle B before the top dead center is (−B), the heat generation rate dQ / dθ calculated by the heat generation rate calculating means is set to be advanced and delayed with respect to the top dead center TDC. And integrating means for integrating in the interval [-B, B] equal to the corner side.
総発熱量Q1は、クランク角θの単位角度あたりの熱発生率dQ/dθを積算することにより算出することができる。その熱発生率dQ/dθは、筒内圧Pと容積Vとに基づいて算出することができる。そこで、請求項1の発熱量算出装置では、熱発生率dQ/dθを算出するために、クランク角θの各々に対して、筒内圧Pと容積Vを取得している。ここで、筒内圧センサで検出される筒内圧Pが上述したようにオフセット誤差αを含むことがある。なおオフセット誤差αは、どの筒内圧Pでも等しい値とする。そして熱発生率算出手段は、筒内圧Pと容積Vとに基づいて熱発生率dQ/dθを算出しているが、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれているとすると、算出される熱発生率dQ/dθに誤差Fが生じることになる。ここで、本出願人はその誤差FがL×α×(dV/dθ)で表されることを発見した。なお、Lは比熱比κから計算される定数(κ/(κ−1))、(dV/dθ)はクランク角θの単位角度あたりの容積Vの変化率である。すなわち、誤差Fは、容積Vの変化率dV/dθを変数とした関数で表される。そして、その容積Vの変化率dV/dθは、上死点TDCを中心にして正負が反対になった対称な値となるので、誤差Fは上死点TDCを中心にして正負が反対になった対称な値となる。例えば上死点後50°(ATDC50°)における誤差FをF50とすると、上死点前50°(BTDC50°)における誤差Fは(−F50)となる。
The total heat generation amount Q1 can be calculated by integrating the heat generation rate dQ / dθ per unit angle of the crank angle θ. The heat generation rate dQ / dθ can be calculated based on the in-cylinder pressure P and the volume V. Therefore, in the calorific value calculation device according to the first aspect, in-cylinder pressure P and volume V are acquired for each crank angle θ in order to calculate the heat generation rate dQ / dθ. Here, the cylinder pressure P detected by the cylinder pressure sensor may include the offset error α as described above. The offset error α is the same value for any in-cylinder pressure P. The heat generation rate calculation means calculates the heat generation rate dQ / dθ based on the in-cylinder pressure P and the volume V. If the in-cylinder pressure P includes the offset error α, the calculated heat generation rate is calculated. An error F occurs in the occurrence rate dQ / dθ. Here, the present applicant has found that the error F is expressed by L × α × (dV / dθ). Note that L is a constant (κ / (κ−1)) calculated from the specific heat ratio κ, and (dV / dθ) is the rate of change of the volume V per unit angle of the crank angle θ. That is, the error F is expressed by a function with the change rate dV / dθ of the volume V as a variable. Since the rate of change dV / dθ of the volume V is a symmetric value in which the sign is opposite with respect to the top dead center TDC, the error F is opposite to the sign with respect to the top dead center TDC. It becomes a symmetrical value. For example, when the error F at 50 ° after top dead center (
そこで積算手段は、上死点TDCを中心に進角側と遅角側とで等しい区間[−B、B]で熱発生率dQ/dθを積算して、熱発生率dQ/dθの誤差FであるLα(dV/dθ)の影響を打ち消している。一方で、真の筒内圧P0に基づく熱発生率dQ/dθは、燃料の燃焼が開始するまでは、ゼロであると考えられる。したがって、積算する区間[−B、B]が、燃料の燃焼が開始する前の区間を含んでいたとしても、その区間ではゼロの熱発生率dQ/dθを積算することになるので、総発熱量Q1の算出には影響を与えない。よって、オフセット誤差αの影響を打ち消しつつ、特定クランク角Bになるまでの間に発熱した燃料の総発熱量Q1を算出することができる。 Therefore, the integrating means integrates the heat generation rate dQ / dθ in the same section [−B, B] on the advance side and the retard side with the top dead center TDC as the center, and an error F of the heat generation rate dQ / dθ. This cancels the influence of Lα (dV / dθ). On the other hand, the heat generation rate dQ / dθ based on the true in-cylinder pressure P0 is considered to be zero until the start of fuel combustion. Therefore, even if the interval [-B, B] to be integrated includes the interval before the start of fuel combustion, the zero heat generation rate dQ / dθ is integrated in that interval, so the total heat generation It does not affect the calculation of the quantity Q1. Therefore, it is possible to calculate the total calorific value Q1 of the fuel that has generated heat up to the specific crank angle B while canceling the influence of the offset error α.
また、請求項2の熱発生量算出装置は、請求項1において、熱発生率算出手段は、前記筒内圧P、前記容積V、前記クランク角θの単位角度あたりの前記筒内圧Pの変化率である筒内圧変化率dP/dθ及び前記クランク角θの単位角度あたりの前記容積Vの変化率である容積変化率dV/dθを下記数1式に代入して、前記熱発生率dQ/dθを算出することを特徴とする。
この数1で示される式は、特許文献1など多くの文献に記載されており、熱発生率dQ/dθを算出するための信頼度が高い式であると考えられる。したがって、この式を採用することにより、精度よく熱発生率dQ/dθを算出することができる。
The equation represented by
ただし、上述したように、筒内圧Pに誤差αが含まれているとすると、算出される熱発生率dQ/dθに誤差Fが生じることになる。すなわち、P=P0+αを数1式に代入すると、下記数2式が導かれる。
数2の右辺のκ/(κ−1)×α(dV/dθ)が熱発生率dQ/dθの誤差Fである。すなわち、κ/(κ−1)=Lとすると、誤差Fは、上述したようにL×α×(dV/dθ)で表されることがわかる。なお、数2式中の誤差Fを除いた値が、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθである。したがって、総発熱量Q1は、κ/(κ−1)×α(dV/dθ)で表される誤差Fが打ち消されて、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθが積算された値である。
Κ / (κ−1) × α (dV / dθ) on the right side of
請求項3の熱発生量算出装置は、請求項1又は2において、前記区間[−B、B]が、噴射された燃料すべてが燃焼したときの前記総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間となるように、前記特定クランク角Bを決定する区間決定手段を備えることを特徴とする。
The heat generation amount calculation device according to claim 3 is the heat generation amount calculation device according to
これにより、区間[−B、B]は、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間となる。すなわち、区間[−B、B]は、燃料の燃焼が開始されてからすべての燃料が燃焼するまでの区間を含んでいる。したがって、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出できる。また、区間[−B、B]は、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間であるので、総発熱量Q1を算出するために、熱発生率dQ/dθを積算する際に、燃料が燃焼し終えた後の熱発生率dQ/dθを必要以上に積算することがない。よって、計算負荷を低減できる。 Thereby, the section [−B, B] is a necessary and sufficient section in which the total calorific value Q1 when all the fuels are combusted can be calculated. That is, the section [-B, B] includes a section from the start of fuel combustion until all the fuel is combusted. Therefore, the total calorific value Q1 when all the fuels are combusted can be calculated. The section [-B, B] is a necessary and sufficient section for calculating the total calorific value Q1 when all the fuels are combusted. Therefore, in order to calculate the total calorific value Q1, the heat generation rate dQ / dθ. When the fuel is accumulated, the heat generation rate dQ / dθ after the combustion of the fuel is not accumulated more than necessary. Therefore, calculation load can be reduced.
一方、クランク角センサで検出されるクランク角θは、上死点TDCを基準とした角度であるが、そのクランク角θは、クランク角センサの取り付け誤差等のために正確な上死点TDCを基準とした角度ではないこともあり得る。検出されたクランク角θに誤差があると、そのクランク角θに対応させて算出される熱発生率dQ/dθや総発熱量Q1にも誤差が生じることになる。 On the other hand, the crank angle θ detected by the crank angle sensor is an angle with respect to the top dead center TDC, but the crank angle θ is an accurate top dead center TDC due to a mounting error of the crank angle sensor. The angle may not be a reference angle. If there is an error in the detected crank angle θ, an error also occurs in the heat generation rate dQ / dθ and the total calorific value Q1 calculated corresponding to the crank angle θ.
このような事情を考慮して、請求項4の発熱量算出装置は、請求項1〜3のいずれかにおいて、上死点TDCを検出する上死点検出手段と、その上死点検出手段が検出した上死点TDCに対応する前記クランク角センサが検出する前記クランク角θを上死点角度として取得する上死点角度取得手段と、前記クランク角センサが検出する前記クランク角θを前記上死点角度が基準となるように補正する補正手段とを備え、前記クランク角取得手段は、前記補正手段によって補正された前記クランク角θを取得することを特徴とする。
In consideration of such circumstances, the calorific value calculation device according to
このように、クランク角取得手段が取得するクランク角θは、補正手段によって補正された角度であるので、真の上死点TDCが基準となっている角度である。すなわち、クランク角取得手段が取得するクランク角θは、精度が良い角度であるといえるので、そのクランク角θに対応させて算出される熱発生率dQ/dθや総発熱量Q1は精度が良いものであると言える。 Thus, the crank angle θ acquired by the crank angle acquisition unit is an angle corrected by the correction unit, and is therefore an angle based on the true top dead center TDC. That is, since the crank angle θ acquired by the crank angle acquisition means can be said to be a highly accurate angle, the heat generation rate dQ / dθ and the total calorific value Q1 calculated corresponding to the crank angle θ are accurate. It can be said that it is a thing.
ここで上死点TDCは、クランク角θに対する筒内圧Pの変化に着目することにより検出することができる。すなわち、クランク角θの変化にともなって、容積Vが変化することになるが、筒内圧Pは、燃料が噴射されていない状態では容積Vが小さいほど大きくなると考えられる。そして容積Vが最も小さいとき、すなわち上死点TDCのときに、筒内圧Pは最も大きくなると考えられる。なお、燃料が噴射されている状態では、その燃料の影響により、上死点TDCのときでも筒内圧Pは最大とならないことがある。したがって、筒内圧Pから上死点TDCを検出するには、燃料が噴射されていない状態における筒内圧Pに着目するのが望ましい。 Here, the top dead center TDC can be detected by paying attention to the change in the in-cylinder pressure P with respect to the crank angle θ. That is, the volume V changes as the crank angle θ changes, but the in-cylinder pressure P is considered to increase as the volume V decreases in a state where fuel is not injected. When the volume V is the smallest, that is, when the top dead center is TDC, the in-cylinder pressure P is considered to be the largest. In the state where the fuel is being injected, the in-cylinder pressure P may not become maximum even at the top dead center TDC due to the influence of the fuel. Therefore, in order to detect the top dead center TDC from the in-cylinder pressure P, it is desirable to pay attention to the in-cylinder pressure P in a state where fuel is not injected.
請求項5の発明はこのような事情を考慮してなされたものである。すなわち、請求項5の発熱量算出装置は、請求項4において、前記上死点検出手段は、燃料が噴射されていない状態で、前記筒内圧センサが検出する前記クランク角θの各々に対する前記筒内圧Pを補正用筒内圧として取得する補正用筒内圧取得手段と、その補正用筒内圧取得手段が取得した補正用筒内圧が最大となる点を上死点として検出する最大点検出手段とを有することを特徴とする。これにより、真の上死点TDCを検出することができる。
The invention of
なお、同じクランク角θであっても、筒内圧センサが検出する筒内圧Pの最大値は、電気ノイズや機械ノイズなどにより時間変動することがある。すなわち、上死点検出手段が検出する上死点は時間変動することがある。そこで、請求項6の発熱量算出装置では、前記上死点検出手段は上死点TDCを複数回検出し、前記上死点角度取得手段は、前記上死点検出手段によって複数回検出された上死点の各々について、前記上死点角度を取得し、前記補正手段は、前記上死点角度取得手段によって取得された複数個の前記上死点角度の平均値に基づいて前記補正をしている。
Even when the crank angle θ is the same, the maximum value of the in-cylinder pressure P detected by the in-cylinder pressure sensor may vary over time due to electrical noise, mechanical noise, or the like. That is, the top dead center detected by the top dead center detection means may vary with time. Therefore, in the calorific value calculation device according to
これにより、上死点TDCが時間変化することによって上死点角度が時間変化したとしても、複数個の上死点角度の平均値に基づいて、前記補正がなされるので、上死点TDCの時間変化の影響を抑えることができる。 As a result, even if the top dead center angle changes with time due to time variation of the top dead center TDC, the correction is made based on the average value of a plurality of top dead center angles. The influence of time change can be suppressed.
請求項7の内燃機関の制御装置は、請求項1〜6のいずれかの発熱量算出装置と、
燃料の総発熱量が、前記発熱量算出装置が算出した前記総発熱量Q1の特定の燃焼割合となるクランク角θを実燃焼時期として検出する実燃焼時期検出手段と、
その実燃焼時期検出手段によって検出された前記実燃焼時期が目標燃焼時期となるように、燃料の噴射時期若しくは点火時期を制御する燃焼時期制御手段とを備えることを特徴とする。
A control device for an internal combustion engine according to a seventh aspect includes a calorific value calculation device according to any one of the first to sixth aspects,
An actual combustion timing detecting means for detecting, as an actual combustion timing, a crank angle θ at which the total calorific value of fuel is a specific combustion ratio of the total calorific value Q1 calculated by the calorific value calculation device;
Combustion timing control means for controlling the fuel injection timing or ignition timing so that the actual combustion timing detected by the actual combustion timing detection means becomes the target combustion timing.
燃焼時期を適切に制御すれば、ノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができる。そして、総発熱量Q1の特定の燃焼割合となるクランク角θを実燃焼時期としたときに、その実燃焼時期が目標燃焼時期となるように、燃料の噴射時期若しくは点火時期を制御することで燃焼時期を適切に制御することができる。請求項7の内燃機関の制御装置は、このような事情を考慮してなされたものである。この際、請求項7の内燃機関の制御装置は、請求項1〜6のいずれかの発熱量算出装置で算出された総発熱量Q1に基づいて燃料の燃焼時期を制御している。請求項1〜6のいずれかの発熱量算出装置は、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確な総発熱量Q1を算出することができるので、その総発熱量Q1によって燃料の燃焼時期を制御している内燃機関の制御装置によれば、正確に燃料の燃焼時期を制御することができる。その結果、ノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができる。
If the combustion timing is appropriately controlled, it is possible to prevent knocking, reduce harmful exhaust gas, increase output efficiency, and the like. Combustion is performed by controlling the fuel injection timing or ignition timing so that the actual combustion timing becomes the target combustion timing when the crank angle θ, which is a specific combustion ratio of the total calorific value Q1, is set as the actual combustion timing. Time can be controlled appropriately. The control device for an internal combustion engine according to claim 7 is made in consideration of such a situation. In this case, the control device for the internal combustion engine according to claim 7 controls the combustion timing of the fuel based on the total calorific value Q1 calculated by the calorific value calculation device according to any one of claims 1-6. Since the calorific value calculation device according to any one of
また、請求項8の内燃機関の制御装置は、請求項7において、エンジンの回転数を取得する回転数取得手段から取得したエンジンの回転数と燃料の噴射量の指令値である指令噴射量とに基づいて、前記目標燃焼時期を決定する目標燃焼時期決定手段とを備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a control device for an internal combustion engine according to the seventh aspect, wherein a command injection amount which is a command value of the engine speed and the fuel injection amount acquired from the engine speed acquisition means for acquiring the engine speed. And target combustion timing determining means for determining the target combustion timing based on the above.
噴射された燃料がどのように燃焼するかは、エンジンの回転数と燃料の指令噴射量とに基づいて、事前に適合するためある程度予測することができる。そして、その予測を前提として、燃料の燃焼がどの時期に開始されれば、その燃焼が最適になされるのかを予測することができる。そこで、請求項8の内燃機関の制御装置は、エンジンの回転数と燃料の噴射量とに基づいて、目標燃焼時期を決定している。これにより、エンジンの回転数と燃料の噴射量とで定められるエンジンの運転条件に応じた目標燃焼時期が決定されるので、エンジンの運転条件に応じて適切に燃料の燃焼を制御することができる。 How the injected fuel burns can be predicted to some extent because it is matched in advance based on the engine speed and the commanded fuel injection amount. Then, on the premise of the prediction, it is possible to predict when the combustion of the fuel is started and when the combustion is optimally performed. Therefore, the control apparatus for an internal combustion engine according to claim 8 determines the target combustion timing based on the engine speed and the fuel injection amount. As a result, the target combustion timing corresponding to the engine operating conditions determined by the engine speed and the fuel injection amount is determined, so that the fuel combustion can be appropriately controlled according to the engine operating conditions. .
請求項9のインジェクタの異常検出装置は、請求項1〜6のいずれかの発熱量算出装置と、
燃料の噴射量の指令値を指令噴射量として取得する指令噴射量取得手段と、
その指令噴射量取得手段によって取得された前記指令噴射量の燃料が噴射された場合におけるその燃料の総発熱量を予定総発熱量Q2として算出する予定総発熱量算出手段と、
前記総発熱量Q1と前記予定総発熱量Q2とを比較して、燃料を噴射するインジェクタが異常か否かを判断する異常判断手段とを備えることを特徴とする。
An injector abnormality detection device according to claim 9 is a calorific value calculation device according to any one of
Command injection amount acquisition means for acquiring the command value of the fuel injection amount as the command injection amount;
A planned total heat generation amount calculating means for calculating a total heat generation amount of the fuel when the fuel of the command injection amount acquired by the command injection amount acquisition means is injected;
Comparing the total calorific value Q1 and the planned total calorific value Q2, it comprises an abnormality determining means for determining whether or not the injector for injecting fuel is abnormal.
インジェクタの異常のために、インジェクタから実際に噴射された燃料の噴射量が指令噴射量ではないことがある。この場合、予定していた燃焼がなされないことになるので、出力が低下する等の不具合が発生する。一方、燃料の噴射量は、燃料の総発熱量に比例する。そこで、請求項9のインジェクタの異常検出装置では、実際の総発熱量Q1と、指令噴射量から算出された燃料の予定総発熱量Q2とを比較して、インジェクタの異常を検出している。この際、実際の総発熱量Q1は、請求項1〜6のいずれかの発熱量算出装置で算出されたものであるので、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確な値であると言える。すなわち、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確にインジェクタの異常を検出することができる。
Due to an abnormality in the injector, the fuel injection amount actually injected from the injector may not be the command injection amount. In this case, since the scheduled combustion is not performed, problems such as a decrease in output occur. On the other hand, the fuel injection amount is proportional to the total heat generation amount of the fuel. Therefore, in the injector abnormality detection apparatus according to the ninth aspect, the actual total heat generation amount Q1 is compared with the planned total heat generation amount Q2 of the fuel calculated from the command injection amount to detect the abnormality of the injector. At this time, the actual total calorific value Q1 is calculated by the calorific value calculation device according to any one of
また、予定総発熱量Q2は、請求項10のように算出することができる。すなわち、請求項10のインジェクタの異常検出装置は、請求項9において、前記予定総発熱量算出手段は、前記指令噴射量と燃料密度と燃料のエネルギー密度から算出した値を、運転条件と吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧力のうち少なくとも一つの値に基づいて決定される補正係数で補正することで前記予定総発熱量Q2を求めることを特徴とする。予定総発熱量Q2は、指令噴射量の燃料がどの程度熱に変化するのかによる。そして、どの程度熱に変化するかは、エンジン回転数や指令噴射量で定められる運転条件によって異なる。補正係数は、指令噴射量の燃料がどの程度熱に変化するのかを示した係数であって、運転条件ごとに適合値として定められている。
Further, the planned total heat generation amount Q2 can be calculated as in
ここで、上記補正係数は、運転条件に応じた値となるが、請求項10のように、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧力のうち少なくとも一つの値に基づいて決定することができる。例えば、吸気量は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、吸入量が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸入量が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。そこで、基準の吸入量に対して、吸入量が増加した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようにし、反対に吸入量が低下した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようする。
Here, the correction coefficient is a value according to the operating conditions, and as in
また、吸気圧は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、吸気圧が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸気圧が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。そこで、基準の吸気圧に対して、吸気圧が増加した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようにし、反対に吸気圧が低下した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようする。 Further, it can be said that the intake pressure is a value reflecting the oxygen amount / oxygen concentration sucked into the cylinder. That is, as the intake pressure increases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / oxygen concentration increases, so that the fuel easily burns. On the other hand, as the intake pressure decreases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / Since the oxygen concentration decreases, the fuel becomes difficult to burn. Therefore, when the intake pressure increases with respect to the reference intake pressure, the correction coefficient is increased so that the planned total heat generation amount Q2 increases. Conversely, when the intake pressure decreases, the correction coefficient is decreased. The planned total heat generation amount Q2 is made small.
また、EGR率は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、EGR率が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる一方、EGR率が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる。そこで、基準のEGR率に対して、EGR率が増加した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようにし、反対にEGR率が低下した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようする。 Further, it can be said that the EGR rate is a value reflecting the oxygen amount / oxygen concentration sucked into the cylinder. That is, as the EGR rate increases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / oxygen concentration decreases, so that it becomes difficult for the fuel to combust. On the other hand, as the EGR rate decreases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / Since the oxygen concentration increases, the fuel becomes easy to burn. Therefore, when the EGR rate increases with respect to the reference EGR rate, the correction coefficient is decreased to decrease the planned total heat generation amount Q2, and conversely, when the EGR rate decreases, the correction coefficient is increased. The planned total heat generation amount Q2 is increased.
また、吸気温度は筒内温度を反映した値であると言える。すなわち、吸気温度が増加するにしたがって、筒内温度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸気温度が低下するにしたがって、筒内温度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。そこで、基準の吸気温度に対して、吸気温度が増加した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようにし、反対に吸気温度が低下した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようする。 Further, it can be said that the intake air temperature is a value reflecting the in-cylinder temperature. That is, as the intake air temperature increases, the in-cylinder temperature increases, so the fuel easily burns. On the other hand, as the intake air temperature decreases, the in-cylinder temperature decreases, so the fuel becomes difficult to burn. Therefore, when the intake air temperature increases with respect to the reference intake air temperature, the correction coefficient is increased to increase the planned total heat generation amount Q2, and conversely, when the intake air temperature decreases, the correction coefficient is decreased. The planned total heat generation amount Q2 is made small.
また、エンジン水温は筒内温度を反映した値であると言える。すなわち、エンジン水温が増加するにしたがって、筒内温度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、エンジン水温が低下するにしたがって、筒内温度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。そこで、基準のエンジン水温に対して、エンジン水温が増加した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようにし、反対にエンジン水温が低下した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようする。 Further, it can be said that the engine water temperature is a value reflecting the in-cylinder temperature. That is, as the engine water temperature increases, the in-cylinder temperature increases so that the fuel easily burns. On the other hand, as the engine water temperature decreases, the in-cylinder temperature decreases, so that the fuel becomes difficult to burn. Therefore, when the engine water temperature is increased with respect to the reference engine water temperature, the correction coefficient is increased so that the planned total heat generation amount Q2 is increased. Conversely, when the engine water temperature is decreased, the correction coefficient is decreased. The planned total heat generation amount Q2 is made small.
また、コモンレール圧は、燃料の拡散・揮発に関係している。そして、燃料が拡散・揮発しやすくなるほど、燃料と空気とが混合しやすくなり、その結果、燃料が燃焼しやすくなる。反対に、燃料が拡散・揮発し難くなるほど、燃料と空気とが混合し難くなり、その結果、燃料が燃焼し難くなる。すなわち、コモンレール圧は、燃料と空気との混合しやすさを反映した値であると言える。そこで、基準のコモンレール圧に対して、コモンレール圧が増加した場合は、補正係数を大きくして予定総発熱量Q2が大きくなるようにし、反対にコモンレール圧が低下した場合は、補正係数を小さくして予定総発熱量Q2が小さくなるようにする。 The common rail pressure is related to fuel diffusion and volatilization. As the fuel is more easily diffused and volatilized, the fuel and air are more easily mixed, and as a result, the fuel is easily burned. On the contrary, the more difficult the fuel is to diffuse and volatilize, the more difficult it is to mix the fuel and the air, and as a result, the fuel becomes difficult to burn. That is, it can be said that the common rail pressure reflects the ease of mixing of fuel and air. Therefore, when the common rail pressure increases with respect to the reference common rail pressure, the correction coefficient is increased to increase the planned total heat generation amount Q2. On the contrary, when the common rail pressure decreases, the correction coefficient is decreased. The planned total heat generation amount Q2 is made small.
このように、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧力のうち少なくとも一つの値に基づいて決定される補正係数で補正して求められる予定総発熱量Q2は、運転条件を考慮した正確な値であると言える。 As described above, the planned total calorific value Q2 obtained by correcting with the correction coefficient determined based on at least one of the intake air amount, the intake pressure, the EGR rate, the intake air temperature, the engine water temperature, and the common rail pressure is the operating condition. It can be said that it is an accurate value in consideration of.
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照しながら説明する。この第一実施形態は、本発明の発熱量算出装置及び内燃機関の制御装置を具現化した実施形態である。なお、本実施形態のシステムは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンを制御対象とするエンジン制御システムである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This first embodiment is an embodiment that embodies a calorific value calculation device and a control device for an internal combustion engine of the present invention. The system of the present embodiment is an engine control system that controls a diesel engine equipped with a common rail fuel injection device.
先ず、本実施形態のエンジン制御システムの概略構成を説明する。図1は、本実施形態のエンジン制御システムの概略構成を示した図である。なお、このシステムの制御対象とするエンジン10としては、4輪自動車(例えばAT車)に搭載される多気筒(例えば直列4気筒)エンジンを想定している。ただし、この図1においては、説明の便宜上、1つのシリンダ15のみを図示している。このエンジン10は、4ストローク(4×ピストン行程)のレシプロ式ディーゼルエンジン(内燃機関)である。すなわち、このエンジン10では、吸気弁2、排気弁30のカム軸(図示外)に設けられた気筒判別センサ(電磁ピックアップ)にてその時の対象シリンダ♯1〜♯4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクル「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらして、シリンダ♯1、♯3、♯4、♯2の順に逐次実行される。これら4つのシリンダ♯1〜♯4の構成は基本的には同様の構成となっている。ここでは1つのシリンダ14に注目して、当該システムについての説明を行う。
First, a schematic configuration of the engine control system of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the engine control system of the present embodiment. As the
図1に示すように、このシステムは、シリンダ15内で燃焼を通じて生成したトルクによる出力軸であるクランク軸43を回転させるエンジン10を制御対象として、そのエンジン10を制御するための各種センサ及びECU50等を有して構築されている。以下、制御対象のエンジン10をはじめとするこのシステムを構成する各要素について詳述する。
As shown in FIG. 1, this system uses an
ここで制御対象とされるエンジン10(ディーゼルエンジン)は、基本的には、シリンダブロック14とシリンダヘッド22とによりシリンダ(気筒)15が形成されて構成されている。シリンダブロック14には、冷却水がエンジン10内を循環するための冷却水路(ウオータジャケット)12と、その冷却水路12内の冷却水の温度(冷却水温)を検出する水温センサ72とが設けられている。そして、その冷却水によりエンジン10が冷却されている。
The engine 10 (diesel engine) to be controlled here basically includes a cylinder (cylinder) 15 formed by a
また、シリンダ15内には、ピストン16が収納され、そのピストン15の往復運動により、エンジン10の出力軸であるクランク軸43が回転するようになっている。なお、クランク軸43にはクランク軸とともに回転するパルサ42が設けられている。そのパルサ42の外周には、複数の歯が形成されている。そして、パルサ42の外周側には、パルサ42に形成された歯を検出することによって、クランク18の回転角であるクランク角θを示したクランク角信号を出力するクランク角センサ60(例えば電磁ピックアップ)が設けられている。そのクランク角センサ60で出力されるクランク角信号が例えば1°CA周期となるように、パルサ42の外周に形成された歯の数や間隔が定められている。また、パルサ42の外周には、上死点検出用の歯も形成されており、クランク角センサ60はその歯を検出することによって、上死点TDCに対応した上死点信号も出力している。
A
ただし、クランク角センサ60やパルサ42の取り付け誤差等のために、上死点TDCではないにもかかわらずクランク角センサが上死点信号を出力することがあり得る。すなわち、クランク角センサ60で検出される上死点にずれが生じる。このような場合、上死点TDCを基準として検出されるクランク角θは正確な値ではないことになる。そこで、本実施形態では、真の上死点TDCを検出して、上死点TDCのずれを補正している。詳細は後述する。
However, because of the mounting error of the
シリンダブロック14上端面に固定されるシリンダヘッド22と、シリンダ15内のピストン16冠面との間には、燃焼室20が形成されている。シリンダヘッド22には、燃焼室20に開口する吸気ポート22(吸気口)と排気ポート26(排気口)とが例えば1つのシリンダに対して2つずつ(計4ポート)形成されている。そして、これら吸気ポート22及び排気ポート26が、それぞれ図示しないカム(詳しくはクランク軸43と連動するカム軸に取り付けられたカム)によって駆動される吸気弁28(吸気バルブ)と排気弁30(排気バルブ)とにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポート24、26を通じてシリンダ15内の燃焼室20と車外(外気)とを連通可能にすべく、吸気ポート24には、シリンダ15に外気(新気)を吸入するための吸気管32(吸気通路)が接続され、排気ポート26には、各シリンダから燃焼ガス(排気)を排出するための排気管34(排気通路)が接続されている。
A
エンジン10の吸気系を構成する吸気管32には、最上流部にエアクリ−ナ(図示外)が設けられ、そのエアクリ−ナを通じて空気中の異物が除去されつつ新気が吸入される。また、エアクリ−ナの下流部には、その新気の流量(新気量)を示した電気信号Faとして検出するエアフロメータ74(吸気量センサ)が設けられており、その電気信号Faが後述するECU50に入力されている。このエアフロメータ74として、例えばホットワイヤ式のエアフロメータが用いられる。また、エアフロメータ74の近傍には、吸入空気の圧力Pmを検出する吸気圧センサ68と、吸入空気の温度Taを検出する吸気温度センサ70が設けられており、吸入空気の圧力Pmと吸入空気の温度TaがそれぞれECU50に入力されている。
The
他方、エンジン10の排気系を構成する排気管34には、排気ガス中の酸素濃度Doを検出するリニア検出式の酸素濃度センサであるA/Fセンサ76が設けられており、酸素濃度DoがECU50に入力されている。そして、このA/Fセンサ76で検出された酸素濃度Doは、例えばEGR制御に用いられる。
On the other hand, the
一方、このシステムの燃料供給系においては、燃料供給方式として筒内噴射式を採用している。すなわち、シリンダ15内において燃焼室20には、コモンレール36(蓄圧配管)から分岐管100を介して供給された高圧燃料(例えば噴射圧力「1000気圧」以上の軽油)を、燃焼室20内へ直接的に噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁としてのインジェクタ40が、さらに設けられている。その高圧燃料の圧力は、コモンレール36内の圧力を検出するコモンレール圧センサ64からの検出信号に基づいて制御されている。そして、エンジン10においては、こうしたインジェクタ40の開弁駆動により各シリンダ15に対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。すなわち、エンジン10の運転時には、吸気弁28の開動作により吸入空気が吸気管32からシリンダ15の燃焼室20内へ導入され、これがインジェクタ40から噴射供給された燃料と混ざり、混合気の状態でシリンダ15内のピストン16により圧縮されて着火(自己着火)、燃焼し、排気弁30の開動作により燃焼後の排気が排気管34へ排出されることになる。
On the other hand, in the fuel supply system of this system, the in-cylinder injection method is adopted as the fuel supply method. That is, in the
また燃焼室20には、燃焼室20内に位置する検出部(燃焼室20内に差し込まれたプローブの先端部)にてシリンダ16内の圧力P(筒内圧)を検出する筒内圧センサ66が、例えば着火補助装置としてのグロープラグと一体にして設けられている(詳しくはシリンダヘッド22に固定されている)。そしてこれにより、シリンダ16内における燃焼状態の把握、すなわち着火時期や燃焼温度の推定、さらにはノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等が可能とされている。なお、筒内圧センサ66で検出された筒内圧Pは、LPF80でノイズが除去されてECU50に入力される。また、上記インジェクタ40と同様、筒内圧センサ66もエンジン10の各シリンダ(4つ図全て)の各燃焼室に対して、それぞれ設けられている。
Further, in the
また、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気系に還流させるためのEGR装置が、吸気管32と排気管34との間に配設されている。このEGR装置は、基本的には、吸気管32と排気管34とを連通するように設けられたEGR配管90と、そのEGR配管90に設けられた電磁弁等からなるEGR弁91とによって構成されている。EGR弁91のバルブ開閉はECU50によって制御される。そして、EGR弁91のバルブ開度により、EGR配管90の通路面積、ひいてはEGR率(排気全体に対してシリンダ16に戻されるEGRガスの占める割合)が調節可能とされている。ちなみに、この調節は、上記A/Fセンサ76の出力に基づいて行われ、例えばEGR弁91が全閉された状態では、EGR配管90が遮断され、EGR量は「ゼロ」となる。また必要に応じて、EGRガスを冷却するEGRクーラ等も、EGR配管90に対して設けられる。このEGR装置では、こうした構成に基づき、EGR配管90を通じて排気ガスの一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてNOxの発生を低減している。
Further, an EGR device for recirculating a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake system is disposed between the
さらに、上記エンジン10を動力に利用して走行する図示しない車両(例えば4輪乗用車又はトラック等)には、上記各センサの他にも、車両制御のための各種センサが設けられている。例えば運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルには、同ペダルの状態(変位量)に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ62が、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するために設けられている。
Furthermore, a vehicle (not shown) (for example, a four-wheel passenger car or a truck) that travels using the
こうしたシステムの中で、本実施形態の発熱量算出装置及び内燃機関の制御装置として機能する部分がECU50である。このECU50は、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン10の運転条件やユーザの要求を把握し、それに応じてインジェクタ40等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様でエンジン10に係る各種制御を行っている。例えばエンジン10の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件(例えば噴射時期や燃料の噴射量等)を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記各シリンダ内(燃焼室)での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク(生成トルク)、ひいては実際に出力軸(クランク軸43)へ出力される軸トルク(出力トルク)を制御する。
In such a system, the
また本実施形態のECU50は、本発明の「発熱量算出装置」及び「内燃機関の制御装置」として機能し、クランク角θごとの熱発生率dQ/dθを積算することによってインジェクタ40から噴射された燃料のすべてが燃焼したときの総発熱量Q1を算出するとともに、その総発熱量Q1に基づいて噴射時期を制御する噴射時期制御処理を行っている。この噴射時期制御処理の詳細についてはフローチャートを参照して後述する。
Further, the
そしてECU50は、各種の演算を行うCPU51、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM52、プログラムメモリとしてのROM53等によって構成されている。またROM53には、プログラムの他に、上記噴射時期制御処理で用いられる各種データが記憶されている。図2は、ROM53のメモリを示した概念図である。図2に示すように、ROM53には、プログラム等を記憶するプログラムメモリ531の他に、燃焼時期決定用マップメモリ532、区間決定用マップメモリ533、FB量算出用係数メモリ534及び容積メモリ535が設けられている。以下、各メモリ532〜535について説明する。
The
燃焼時期決定用マップメモリ532には、インジェクタ40から噴射された燃料のすべてが燃焼したときの総発熱量Q1の50%の燃焼割合のときのクランク角θの目標値である目標MFB50(目標燃焼時期)を決定するための燃焼時期決定用マップ(図示外)が記憶されている。この目標MFB50は、エンジンの回転数及び燃料の噴射量で定まる運転条件に応じて定められている。すなわち、燃焼時期決定用マップは、エンジンの回転数及び燃料の噴射量に対応して定められた目標MFB50のマップである。この目標MFB50は、ノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等の最適な燃焼を実現するためのパラメータである。したがって、総発熱量Q1の50%の燃焼割合のときのクランク角θの実際の値を実MFB50(実燃焼時期)としたときに、その実MFB50が目標MFB50となるように噴射時期を制御すれば、効果的にノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができる。なお、目標MFB50が運転条件に応じて定められているのは、運転条件が異なれば燃焼条件も異なり、最適な燃焼をする条件が異なるためである。
In the combustion timing
区間決定用マップメモリ533には、ECU50が熱発生率dQ/dθを積算して総発熱量Q1を算出する際に、熱発生率dQ/dθを積算するクランク角θの区間R(範囲)を決定するための区間決定用マップ(図示外)が記憶されている。その区間Rは、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間である。このように区間Rを、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間としているのは、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出できるようにするとともに、燃料が燃焼し終えた後の熱発生率dQ/dθを必要以上に積算するのを防止するためである。また区間Rは、燃料の噴射時期や噴射量等で定められる運転条件ごとに定められている。なぜなら、運転条件が異なれば、燃料の燃焼開始時期や燃焼終了時期が異なるためである。したがって、区間決定用マップは、運転条件に対応して定められる区間Rのマップである。
In the section
FB量算出用係数メモリ534には、実MFB50が目標MFB50となるように噴射時期を制御するときのパラメータであるFB量を決定するためのFB量算出用係数が記憶されている。本実施形態では、フィードバック制御により噴射時期を制御しており、この際、どの程度フィードバックさせればよいのかを示したのがFB量である。このFB量は、運転条件や周囲の環境に応じて定められる値である。例えば、ある装置の温度をフィードバック制御により60℃に保ちたいときにその外気温が10℃のときと30℃のときでは加熱に必要な熱量は異なってくる。すなわちFB量が異なってくる。エンジン制御についても、これと同様なことが言え、運転条件や周囲の環境に応じて必要なFB量が異なってくる。したがって、FB量算出用係数は、運転条件や周囲の環境に応じたFB量を算出するための係数である。
The FB amount
本実施形態では、フィードバック制御としてPID制御を採用している。このPID制御は、入力値(噴射時期)を出力値(実MFB50)と目標値(目標MFB50)との偏差Error、その積分、及び微分の3つの要素によって行う方法である。より詳細には、PID制御は、偏差Errorに比例して入力値を変化させる比例動作、偏差Errorの積分に比例して入力値を変化させる積分動作、及び偏差Errorの微分に比例して入力値を変化させる微分動作が組み合わされた制御である。そしてFB量は、比例動作に対応する比例FB量と、積分動作に対応する積分FB量と、微分動作に対応する微分FB量とから決定される。比例FB量は、偏差Errorと比例ゲインGpとに基づいて決定される。また積分FB量は、偏差Errorの積分と積分ゲインGiとに基づいて決定される。また微分FB量は、偏差Errorの微分と微分ゲインGdとに基づいて決定される。そして、上記FB量算出用係数は、比例ゲインGp、積分ゲインGi及び微分ゲインGdのことである。これら比例ゲインGp、積分ゲインGi、微分ゲインGdは、運転条件や周囲の環境に応じたFB量を算出できるように定められた適合値である。このように、PID制御を採用しているのは、運転条件や周囲の環境ごとにFB量算出用係数を定めなくても、運転条件や周囲の環境に応じたFB量を算出できるからである。 In this embodiment, PID control is adopted as feedback control. This PID control is a method in which an input value (injection timing) is performed by three elements: a deviation Error between an output value (actual MFB50) and a target value (target MFB50), its integration, and differentiation. More specifically, the PID control is a proportional operation that changes the input value in proportion to the deviation Error, an integration operation that changes the input value in proportion to the integral of the deviation Error, and an input value that is proportional to the derivative of the deviation Error. This is a control combined with a differential action to change the. The FB amount is determined from the proportional FB amount corresponding to the proportional operation, the integral FB amount corresponding to the integral operation, and the differential FB amount corresponding to the differential operation. The proportional FB amount is determined based on the deviation Error and the proportional gain Gp. The integral FB amount is determined based on the integral of the deviation Error and the integral gain Gi. The differential FB amount is determined based on the differential of the deviation Error and the differential gain Gd. The FB amount calculation coefficient is a proportional gain Gp, an integral gain Gi, and a differential gain Gd. These proportional gain Gp, integral gain Gi, and differential gain Gd are values that are determined so that the FB amount can be calculated according to the operating conditions and the surrounding environment. The reason why the PID control is employed is that the FB amount corresponding to the driving condition and the surrounding environment can be calculated without setting the FB amount calculating coefficient for each driving condition and the surrounding environment. .
容積メモリ535には、クランク角θごとのシリンダ16の容積V(燃焼室20の容積)が記憶されている。図3は、クランク角θごとの容積Vを示した図である。なお、上死点TDCのときのクランク角θを「ゼロ」とし、下死点BDCのときのクランク角θを「180°」としている。図3に示すように、容積Vは、上死点TDCのときに最も小さくなり、下死点BDCに近づくにつれて徐々に大きくなり、下死点BDCのときに最も大きくなる。そして、容積Vは、上死点TDCを中心にして、遅角側ATDCと進角側BTDCとで対称となっている。すなわち、例えばATDC50°のときの容積Vと、BTDC50°のときの容積Vとは等しい。
The
続いて、クランク角θごとの熱発生率dQ/dθを積算することによってインジェクタ40から噴射された燃料のすべてが燃焼したときの総発熱量Q1を算出するとともに、その総発熱量Q1に基づいて噴射時期を制御する噴射時期制御処理について、フローチャートを参照して説明する。この噴射時期制御処理はECU50が実行する。図4は噴射時期制御処理のメインルーチンを示したフローチャートである。なお、図4のフローチャートの処理は、エンジンが始動されている状態で一定期間おきに実行される。
Subsequently, the total heat generation amount Q1 when all of the fuel injected from the
先ずステップS10で、運転条件に応じた目標MFB50を決定する目標燃焼時期決定処理を実行する。図5は目標燃焼時期決定処理の詳細を示したフローチャートである。以下、図5のフローチャートを参照して、目標燃焼時期決定処理の詳細を説明する。 First, in step S10, a target combustion timing determination process for determining a target MFB50 according to the operating conditions is executed. FIG. 5 is a flowchart showing details of the target combustion timing determination process. Hereinafter, the target combustion timing determination process will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
先ずステップS111で、エンジンの回転数を取得する。エンジンの回転数は、クランク角センサ60によって検出されるクランク角θが単位時間当たりにどの程度変化するかに基づいて算出することができる。すなわち、クランク角θの単位時間当たりの変化が大きくなるにつれて、エンジンの回転数が大きくなる。なおステップS111は本発明の「回転数取得手段」に相当する処理である。
First, in step S111, the engine speed is acquired. The engine speed can be calculated based on how much the crank angle θ detected by the
続くステップS112では、インジェクタ40で噴射させる燃料の指令噴射量を取得する。この指令噴射量は、ステップS111で取得されたエンジンの回転数やエアフロメータ74、吸気圧センサ68、吸気温度センサ70等の各種センサの検出値に基づいて、ユーザからの要求や運転条件、周囲の環境を考慮してECU50自身が決定する値である。
In the subsequent step S112, a command injection amount of fuel to be injected by the
続くステップS113は、本発明の「目標燃焼時期決定手段」に相当する処理であり、エンジンの回転数と指令噴射量とで定められる運転条件に対応した目標MFB50を、図2の燃焼時期決定用マップメモリ532に記憶されている燃焼時期決定用マップから決定する。その後、図5のフローチャートの処理を終了する。このように、エンジンの回転数と指令噴射量に応じた目標MFB50を決定しているのは、エンジンの回転数と指令噴射量に応じた最適な燃焼を実現するためである。
The subsequent step S113 is a process corresponding to the “target combustion timing determining means” of the present invention. The
説明を図4のフローチャートの処理に戻り、ステップS10の処理の後、ステップS12で、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出する総発熱量算出処理を実行する。図6は総発熱量算出処理の詳細を示したフローチャートである。以下、図6のフローチャートを参照して、総発熱量算出処理の詳細を説明する。 Returning to the process of the flowchart of FIG. 4, after the process of step S10, a total calorific value calculation process for calculating the total calorific value Q1 when all the fuels are burned is executed in step S12. FIG. 6 is a flowchart showing details of the total calorific value calculation process. Details of the total heat generation calculation process will be described below with reference to the flowchart of FIG.
先ずステップS121で、クランク角センサ60の検出信号に基づいて、クランク角θを逐次取得する。なお、ステップS121は本発明の「クランク角取得手段」に相当する処理である。
First, in step S121, the crank angle θ is sequentially acquired based on the detection signal of the
続くステップS123は、本発明の「筒内圧取得手段」に相当する処理であり、ステップS121で取得したクランク角θの各々に対して、筒内圧センサ66が検出する筒内圧Pを取得し、その筒内圧Pを対応するクランク角θと対応つけてRAM52に記憶する。なお、筒内圧センサ66で検出される筒内圧Pとして必ずしも常に適正な値が得られるというわけではない。例えば温度変化等の外的要因、筒内圧センサ66自体の特性ばらつき又は経年変化等により、真の筒内圧P0に不要なオフセット誤差αが重畳することがある。図11は、RAM52に記憶される筒内圧Pの波形1を示した図である。また図11には、波形1と比較するために、真の筒内圧P0の波形2も示している。図11に示すように、筒内圧Pの波形1は、真の筒内圧P0の波形2に対して、オフセット誤差αが重畳されている。
The subsequent step S123 is a process corresponding to the “in-cylinder pressure acquisition means” of the present invention. For each crank angle θ acquired in step S121, the in-cylinder pressure P detected by the in-
ここで、上述したように、クランク角センサ60やパルサ42の取り付け誤差等のために、上死点TDCではないにもかかわらずクランク角センサ60が上死点信号を出力することがあり得る。このような場合、ステップS121において、上死点TDCを基準として検出されるクランク角θにずれが生じることになる。クランク角θがずれていると、ステップS123でそのクランク角θに対応付けて記憶した筒内圧Pもずれてしまい、その結果、算出される熱発生率dQ/dθや総発熱量Q1の精度が悪くなる。そこで、ステップS125で、クランク角センサ60で検出される上死点TDCを真の上死点TDCに補正する上死点位置補正処理が実行される。図7は上死点位置補正処理の詳細を示したフローチャートである。以下、図7のフローチャートを参照して、上死点位置補正処理の詳細を説明する。
Here, as described above, the
先ずステップS31で、平均回数を示す変数MをゼロにしてRAM52に記憶する。ここで、上死点TDCは、クランク角θに対する筒内圧Pの変化に着目することにより検出することができる。すなわち、クランク角θの変化にともなって、容積Vが変化することになるが、筒内圧Pは、燃料が噴射されていない状態では容積Vが小さいほど大きくなると考えられる。そして容積Vが最も小さいとき、すなわち上死点TDCのときに、筒内圧Pは最も大きくなると考えられる。なお、燃料が噴射されている状態では、燃焼の影響により、上死点TDCのときでも筒内圧Pは最大とならないことがある。したがって、筒内圧Pから上死点TDCを検出するには、燃料が噴射されていない状態における筒内圧Pに着目するのが望ましい。
First, in step S31, the variable M indicating the average number of times is set to zero and stored in the
そこで、ステップS33で、現在燃料が噴射されていない状態、すなわちフューエルカット状態であるか否かを判断する。燃料の噴射時期はECU50自身で決定しているので、ECU50は現在フューエルカット状態であるか否かを判断することができる。この際、フューエルカット状態ではない場合には、フューエルカット状態になるまで待機状態となる(S33:NO)。そして、フューエルカット状態の場合には(S33:YES)、ステップS35で、クランク角θごとに、筒内圧センサ66で検出される筒内圧を補正用筒内圧として取得して、RAM52に記憶する。なお、ステップS33、S35は本発明の「補正用筒内圧取得手段」に相当する処理である。図8は、RAM52に記憶される補正用筒内圧の波形201を示した図である。図8に示すように、補正用筒内圧の波形201は、上死点TDCのときにピーク202をとっている。したがって、真の上死点TDCに対応するクランク角θを上死点角度θTDCとしたときに、ピーク202(最大筒内圧)に対応するクランク角θが上死点角度θTDCとなる。
Therefore, in step S33, it is determined whether or not the fuel is not currently injected, that is, whether or not the fuel cut state. Since the fuel injection timing is determined by the
このように、上死点角度θTDCを検出するには、理論的にはピーク202に対応するクランク角θを読み取ればいいわけだが、実際には、筒内圧センサ66で検出される筒内圧は、ノイズ等の影響でばらつく。図9は、波形201のピーク202周辺(図8の点線枠内)を拡大した図である。なお、参考までに、ノイズ等の影響がない場合の補正用筒内圧の波形203も示している。図9に示すように、波形201はノイズ等の影響によって、きれいな波形になっていないことがわかる。したがって、波形201のピーク202に対応するクランク角θxは、真の上死点角度θTDC(ノイズ等の影響がない場合の補正用筒内圧の波形203のピーク204に対応するクランク角)と厳密には一致しない。そこで本実施形態では、異なる時間で検出される複数のクランク角θxの平均値θx_aveを上死点角度θTDCとみなしている。なお、図9には、クランク角センサ60で検出される補正前の上死点位置が参考までに示されている。
Thus, in order to detect the top dead center angle θTDC, it is theoretically only necessary to read the crank angle θ corresponding to the
すなわちステップS37で、RAM52に記憶されている補正用筒内圧の波形201(図9参照)から、最大筒内圧となるピーク202を検出する。なおステップS37は本発明の「最大点検出手段」に相当する処理である。そしてステップS39は、本発明の「上死点角度取得手段」に相当する処理であり、ピーク202に対応するクランク角θxをRAM52に記憶する。続くステップS41で、ステップS31でRAM52に記憶した平均回数を示す変数Mを1加算する。続くステップS43で、その平均回数を示す変数Mが所定の規定個数N以上となったか否かを判断する。なお、規定個数Nは、平均値θx_aveを算出するためのクランク角θxの個数である。したがって、大きな規定個数Nであるほど、算出される平均値θx_aveはノイズ等の影響が抑えられて真の上死点角度θTDCに近づくと考えられる。しかし規定個数Nがあまりに大きすぎると、平均値θx_aveの算出に計算負荷が大きくなったり時間がかかったりする。そのため、規定個数Nは、算出される平均値θx_aveの精度と計算負荷等を考慮して定められている。
That is, in step S37, the
ステップS43において、平均回数を示す変数Mが未だ規定個数Nに達していない場合には(S43:NO)、ステップS33の処理に戻る。その後、フューエルカット状態で、再び補正用筒内圧を取得して(S35)、その補正用筒内圧に基づいて、最大筒内圧に対応するクランク角θxをRAM52に蓄積して記憶する(S39)。そして、RAM52に記憶されているクランク角θxの個数(変数M)が、規定個数N以上となった場合には(S43:YES)、ステップS45で、RAM52に記憶されているクランク角θxの平均値θx_aveを算出する。ここで、図10は、最大筒内圧となるクランク角θxの時間変化を示した図である。このように、筒内圧センサ66で検出される筒内圧はノイズ等の影響で時間的に変化し、それに伴って、クランク角θxも時間的に変化することになる。図10には、クランク角θxの分布を示した分布曲線210も示されている。上述のステップS31〜S45によって平均値θx_aveを算出することは、分布曲線210のピークに対応するクランク角θxを算出することと同じである。
In step S43, when the variable M indicating the average number has not yet reached the specified number N (S43: NO), the process returns to step S33. Thereafter, the in-cylinder pressure for correction is acquired again in the fuel cut state (S35), and the crank angle θx corresponding to the maximum in-cylinder pressure is accumulated and stored in the
そしてステップS47で、クランク角θが平均値θx_aveのときに上死点位置となるように設定する。これによって、図6のステップS121で取得したクランク角θは、平均値θx_aveを上死点TDCとして、上死点TDCの遅角側ATDCをプラスの角度、進角側BTDCをマイナスの角度となるように補正される。その後、図7のフローチャートの処理を終了する。なお、ステップS45、S47は本発明の「補正手段」に相当する処理である。また、ステップS31〜S43は本発明の「上死点検出手段」に相当する処理である。 In step S47, the top dead center position is set when the crank angle θ is the average value θx_ave. Accordingly, the crank angle θ acquired in step S121 in FIG. 6 has the average value θx_ave as the top dead center TDC, the delay angle ATDC of the top dead center TDC is a positive angle, and the advance angle BTDC is a negative angle. It is corrected as follows. Then, the process of the flowchart of FIG. Steps S45 and S47 are processes corresponding to “correction means” of the present invention. Steps S31 to S43 are processes corresponding to “top dead center detecting means” of the present invention.
説明を図6のフローチャートの処理に戻り、ステップS125の上死点位置補正処理が実行された後、本発明の「容積取得手段」に相当する処理であるステップS127で、図2の容積メモリ535に記憶されているクランク角θごとの容積V(図3参照)を読み出す。
Returning to the process of the flowchart of FIG. 6, after the top dead center position correction process of step S <b> 125 is executed, the
そしてステップS129は、本発明の「熱発生率算出手段」に相当する処理であり、下記数3式によって、クランク角θの各々に対して、クランク角θの単位角度あたりの熱発生率dQ/dθを算出して、RAM52に記憶する。
なお、数3式は特許文献1など多くの文献に記載されており、熱発生率(dQ/dθ)を算出するための信頼度が高い式であると考えられる。ここで、数3式中のκは比熱比、dV/dθはクランク角θの単位角度あたりの容積Vの変化率(容積変化率)、dP/dθはクランク角θの単位角度あたりの筒内圧Pの変化率(筒内圧変化率)である。なお容積変化率dV/dθは、ステップS127で読み出したクランク角θごとの容積V(図3参照)に基づいて算出することができる。また筒内圧変化率dP/dθは、ステップS123で取得・記憶したクランク角θごとの筒内圧P(図11参照)に基づいて算出することができる。このように、筒内圧P、容積V、容積変化率dV/dθ及び筒内圧変化率dP/dθを数3式に代入することにより、熱発生率dQ/dθを算出することができる。ただし、上述したように、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合には、算出される熱発生率dQ/dθに誤差が生じることになる。
In addition, Formula 3 is described in many documents such as
図12は、クランク角θごとの熱発生率dQ/dθの波形3を示した図である。また図12には、参考までに、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の熱発生率dQ/dθの波形4も示している。筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の熱発生率dQ/dθ(波形4)は、上死点TDCの進角側BTDCでは、ほぼゼロとなっている。そして、遅角側ATDCの上死点TDC付近で急激に変化しており、さらに遅角側ATDCになると小さい値となっている。このように、熱発生率dQ/dθが進角側BTDCでほぼゼロとなっているのは、進角側BTDCでは燃料の燃焼が未だ開始されていないからである。また、熱発生率dQ/dθが遅角側ATDCの上死点TDC付近で急激に変化しているのは、その付近で燃料の燃焼がなされるからである。その後クランク角が進んで、熱発生率dQ/dθが小さい値となっているのは、燃料の燃焼の大部分が終了したためである。
FIG. 12 is a diagram showing a waveform 3 of the heat generation rate dQ / dθ for each crank angle θ. For reference, FIG. 12 also shows a
一方、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合の熱発生率dQ/dθ(波形3)は、燃料の燃焼が未だ開始されていないにもかかわらず、進角側BTDCでゼロとなっていない。また、遅角側ATDCの上死点TDC付近では、波形4と近似しているが、クランク角が進んで燃料の燃焼の大部分が終了しているにもかかわらず、熱発生率dQ/dθは一定以上の値をとっている。すなわち、波形3と波形4とを比較すると、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合には、熱発生率dQ/dθに誤差が生じていることがわかる。
On the other hand, the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3) in the case where the offset error α is superimposed on the in-cylinder pressure P becomes zero on the advance side BTDC even though fuel combustion has not yet started. Not. Further, in the vicinity of the top dead center TDC of the retard angle side ATDC, it is approximated to the
そして、一般的に総発熱量Q1は、燃料が燃焼している区間で熱発生率dQ/dθを積算することで算出できるが、熱発生率dQ/dθに誤差があると、その熱発生率dQ/dθに基づいて算出される総発熱量Q1も誤差が生じてしまう。例えば、燃料の燃焼が上死点TDCに対応する上死点角度θTDCで開始されたとすると、あるクランク角θまでの間に発熱した燃料の総発熱量Qは、区間[θTDC、θ]で熱発生率dQ/dθを積算することにより算出することができる。図13は、クランク角θを変数としたときの、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形3)を区間[θTDC、θ]で積算して算出した総発熱量Qの波形5を示した図である。また図13には、クランク角θを変数としたときの、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形4)を区間[θTDC、θ]で積算して算出した総発熱量Qの波形6も示している。図13に示すように、波形5と波形6とを比較すると、クランク角θが大きくなるほど、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合の総発熱量Q(波形5)の誤差が大きくなる。これは、クランク角θが大きくなるほど、誤差を含んだ熱発生率dQ/dθを多く積算するからである。したがって、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出するためには、クランク角θをある程度大きく定めなければならないが、上述したようにクランク角θを大きくとると総発熱量Q1の誤差が大きくなる。そこで本発明の発熱量算出装置は、この課題を解決することを目的としている。以下、この課題をどのように解決したかを説明する。
In general, the total calorific value Q1 can be calculated by accumulating the heat generation rate dQ / dθ in the section where the fuel is combusted. If there is an error in the heat generation rate dQ / dθ, the heat generation rate The total calorific value Q1 calculated based on dQ / dθ also causes an error. For example, if fuel combustion is started at the top dead center angle θTDC corresponding to the top dead center TDC, the total calorific value Q of the fuel that has generated heat up to a certain crank angle θ is the heat in the section [θTDC, θ]. It can be calculated by accumulating the incidence dQ / dθ. FIG. 13 shows the integration of the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3 in FIG. 12) in the section [θTDC, θ] when the offset error α is superimposed on the in-cylinder pressure P when the crank angle θ is a variable. It is the figure which showed the
先ず、筒内圧Pに誤差αが含まれている場合の熱発生率dQ/dθの誤差Fについて検討する。真の筒内圧をP0とすると、P=P0+αの関係が成り立つ。なお、オフセット誤差αは、どの筒内圧Pでも等しい値とする。このP=P0+αを数3式に代入すると、下記数4式が導かれる。
数4式中の右辺のκ/(κ−1)×α(dV/dθ)が熱発生率(dQ/dθ)の誤差Fである。なお、数4式中の誤差Fを除いた値が、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθである。図14は、熱発生率dQ/dθの波形3と、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθの波形4と誤差Fの波形7とを示した図である。数4式より、熱発生率dQ/dθは、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθと誤差Fとを加算したものであるので、波形3は波形4と波形7とに分解することができる。
Κ / (κ−1) × α (dV / dθ) on the right side in
ここで、κ/(κ−1)×α(dV/dθ)で表される誤差Fは、容積変化率dV/dθを変数とした関数である。そして、その容積変化率(dV/dθ)は、上死点TDCを中心にして正負が反対になった対称な値となるので、誤差Fも上死点TDCを中心にして正負が反対になった対称な値となる。例えば上死点後50°(ATDC50°)における誤差FをF50とすると、上死点前50°(BTDC50°)における誤差Fは(−F50)となる。すなわち図14の誤差Fの波形7は、上死点TDCを中心にして正負が反対になった対称な形となっている。
Here, the error F represented by κ / (κ−1) × α (dV / dθ) is a function with the volume change rate dV / dθ as a variable. The volume change rate (dV / dθ) is a symmetric value in which the positive and negative are opposite with respect to the top dead center TDC. Therefore, the error F is also opposite in positive and negative with respect to the top dead center TDC. It becomes a symmetrical value. For example, when the error F at 50 ° after top dead center (
したがって、熱発生率dQ/dθを積算するクランク角θの区間R(範囲)を、上死点TDCを中心に遅角側ATDCと進角側BTDCとで等しくすれば、熱発生率dQ/dθの誤差Fの影響を打ち消すことができる。そこで、ステップS131では、熱発生率dQ/dθを積算するクランク角θの区間Rを、図3に示す区間決定用マップメモリ533に記憶されている区間決定用マップで決定する。この際、上死点TDCを中心に遅角側ATDCと進角側BTDCとで等しくなるように区間Rを決定する。また、エンジンの回転数、燃料の噴射時期、噴射量等で定められる運転条件に応じて、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間となるように区間Rを決定する。このように区間Rを、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間としているのは、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出できるようにするとともに、燃料が燃焼し終えた後の熱発生率dQ/dθを必要以上に積算するのを防止するためである。なお、ステップS131は本発明の「区間決定手段」に相当する処理である。
Therefore, if the section R (range) of the crank angle θ for integrating the heat generation rate dQ / dθ is made equal between the retard side ATDC and the advance side BTDC around the top dead center TDC, the heat generation rate dQ / dθ. The influence of the error F can be canceled. Therefore, in step S131, the section R of the crank angle θ for integrating the heat release rate dQ / dθ is determined by the section determination map stored in the section
したがって、すべての燃料の燃焼が終了したときのクランク角θをBとし、上死点前の特定クランク角Bを−Bとしたときに、ステップS131で決定される区間Rは[−B、B]となる。 Therefore, when the crank angle θ when combustion of all fuels is completed is B and the specific crank angle B before the top dead center is −B, the section R determined in step S131 is [−B, B ].
そしてステップS133は、本発明の「積算手段」に相当する処理であり、図12、図14に示す熱発生率dQ/dθ(波形3)を、ステップS131で決定した区間[−B、B]で積算する。図15は、クランク角θを変数として、図12、図14に示す熱発生率dQ/dθ(波形3)を区間[−B、θ]で積算して算出した総発熱量Qの波形8を示した図である。また図15には、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形3)を区間[θTDC、B]で積算して算出した総発熱量Qの波形5を示している。さらに図15には、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形4)を区間[θTDC、B]で積算して算出した総発熱量Qの波形6も示している。
Step S133 is processing corresponding to the “accumulating means” of the present invention, and the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3) shown in FIGS. 12 and 14 is determined in the section [−B, B] determined in step S131. Accumulate with. FIG. 15 shows a waveform 8 of the total calorific value Q calculated by integrating the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3) shown in FIGS. 12 and 14 in the section [−B, θ] with the crank angle θ as a variable. FIG. FIG. 15 also shows the total heat generation amount Q calculated by integrating the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3 in FIG. 12) in the section [θTDC, B] when the offset error α is superimposed on the in-cylinder
図15に示すように、熱発生率dQ/dθを区間[−B、θ]で積算して算出した総発熱量Q(波形8)は、θが進角側BTDCの範囲では、マイナスの値となっている。そしてθが上死点角度θTDCに近づくほど、マイナスの値が大きくなっている。これは、θが進角側BTDCの範囲では、熱発生率dQ/dθ(波形3)の値はマイナスとなっているためである(図12、図14参照)。一方、θが遅角側ATDCの範囲では、熱発生率dQ/dθ(波形3)の値はプラスとなっているので(図12、図14参照)、総発熱量Q(波形8)もクランク角が進むにつれて徐々に大きくなっている。そして、θがBのときでは、総発熱量Q(波形8)は、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の総発熱量Q1(波形6)と一致する。すなわち、熱発生率dQ/dθを区間[−B、B]で積算することにより、オフセット誤差αの影響を取り除いた精度の高い総発熱量Q1を算出することができる。なお、熱発生率dQ/dθを区間[θTDC、B]で積算して算出した総発熱量Q(波形5)は、上述したように誤差が含まれている。 As shown in FIG. 15, the total calorific value Q (waveform 8) calculated by integrating the heat generation rate dQ / dθ in the interval [−B, θ] is a negative value in the range where θ is on the advance side BTDC. It has become. As the angle θ approaches the top dead center angle θTDC, the negative value increases. This is because the value of the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3) is negative when θ is in the advance side BTDC (see FIGS. 12 and 14). On the other hand, in the range where θ is retarded ATDC, the value of the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3) is positive (see FIGS. 12 and 14), so the total calorific value Q (waveform 8) is also cranked. It gradually increases as the corner advances. When θ is B, the total heat generation amount Q (waveform 8) coincides with the total heat generation amount Q1 (waveform 6) when the offset error α is not superimposed on the in-cylinder pressure P. That is, by integrating the heat generation rate dQ / dθ in the interval [−B, B], it is possible to calculate the total calorific value Q1 with high accuracy without the influence of the offset error α. Note that the total calorific value Q (waveform 5) calculated by integrating the heat generation rate dQ / dθ in the section [θTDC, B] includes an error as described above.
ここで、熱発生率dQ/dθ(図14の波形3)は、上述したように、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθ(図14の波形4)と誤差F(図14の波形7)とに分解することができる。したがって、熱発生率dQ/dθ(図14の波形3)を区間[−B、B]で積算した値は、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθ(図14の波形4)を区間[−B、B]で積算した値と、誤差F(図14の波形7)を区間[−B、B]で積算した値とを足しあわせた値となる。そして、誤差Fは、上述したように、上死点TDCを中心にして正負が対称になった値であるので、誤差F(図14の波形7)を区間[−B、B]で積算した値はゼロとなる。そのため、熱発生率dQ/dθ(図14の波形3)を区間[−B、B]で積算することは、真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθ(図14の波形4)を区間[−B、B]で積算するのと同義である。そして真の筒内圧P0に対する熱発生率dQ/dθは、燃料の燃焼が開始するまでは、ゼロであると考えられる。したがって、積算する区間[−B、B]が、燃料の燃焼が開始する前の区間を含んでいたとしても、その区間ではゼロの熱発生率dQ/dθを積算することになるので、総発熱量Q1の算出には影響を与えない。よって、オフセット誤差αの影響を打ち消しつつ、特定クランク角Bになるまでの間に発熱した燃料の総発熱量Q1を算出することができる。
Here, the heat generation rate dQ / dθ (waveform 3 in FIG. 14) is, as described above, the heat generation rate dQ / dθ (
ステップS135で総発熱量Q1を算出した後、図6に示す総発熱量算出処理は終了する。そして図4のフローチャートの処理に戻り、ステップS14で、総発熱量Q1の50%の燃焼割合のときのクランク角θである実MFB50を検出する。なおステップS14は本発明の「実燃焼時期検出手段」に相当する処理である。図16は、実MFB50の検出方法を説明するための図である。その図16は、クランク角θを変数としたときの、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されている場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形3)を区間[θTDC、θ]で積算して算出した総発熱量Qの波形5を示している。また図13は、クランク角θを変数としたときの、筒内圧Pにオフセット誤差αが重畳されていない場合の熱発生率dQ/dθ(図12の波形4)を区間[θTDC、θ]で積算して算出した総発熱量Qの波形6も示している。
After calculating the total heat generation amount Q1 in step S135, the total heat generation amount calculation process shown in FIG. 6 ends. Returning to the processing of the flowchart of FIG. 4, in step S14, the
そして、特定クランク角Bに対応する波形6の点150が総発熱量Q1を示している。その点150の半分の高さに相当する波形6の点151が、総発熱量Q1の50%の燃焼割合を示している。したがって、波形6の点151に対応するクランク角θが実MFB50となるわけだが、筒内圧Pにオフセット誤差αがあることを前提としており、波形6は実際には検出されるわけではないので問題となる。
A
ここで、図16の波形5と波形6とを比較すると、上死点TDC付近では、波形5と波形6とは近似している。そして、実MFB50は一般的に上死点TDC付近になると考えられる。すなわち波形6の点151は、波形5上の点とみなすことができる。そこでステップS14では、ステップS12で算出した総発熱量Q1を示した点150の半分の高さに相当する波形5の点151を検出する。なお、波形5は、熱発生率dQ/dθを区間[θTDC、B]で積算して算出した総発熱量Qを示しているので、熱発生率dQ/dθを区間[θTDC、B]で積算して波形5を算出する。
Here, when the
そして、波形5の点151に対応するクランク角θを実MFB50として読み取る。本実施形態では、実MFB50が目標MFB50となるように噴射時期をフィードバック制御している。そして、どの程度フィードバックさせればよいのかを示したFB量を決定するために、ステップS16では、ステップS10で決定した目標MFB50と、ステップS14で検出した実MFB50との偏差Error(目標MFB50−実MFB50)を算出する。
Then, the crank angle θ corresponding to the
続くステップS18では、その偏差Errorを下記数5式に代入して、実MFB50が目標MFB50となるように噴射時期を制御するときのパラメータであるFB量を決定する。
なお、数5式はPID制御におけるFB量を算出式である。このPID制御は、入力値(噴射時期)を出力値(実MFB50)と目標値(目標MFB50)との偏差Error、その積分、及び微分の3つの要素によって行う方法である。より詳細には、PID制御は、偏差Errorに比例して入力値を変化させる比例動作、偏差Errorの積分に比例して入力値を変化させる積分動作、及び偏差Errorの微分に比例して入力値を変化させる微分動作が組み合わされた制御である。そしてFB量は、比例動作に対応する比例FB量と、積分動作に対応する積分FB量と、微分動作に対応する微分FB量とから決定される。比例FB量は、偏差Errorと比例ゲインGpとに基づいて決定される。また積分FB量は、偏差Errorの積分と積分ゲインGiとに基づいて決定される。また微分FB量は、偏差Errorの微分と微分ゲインGdとに基づいて決定される。これら比例ゲインGp、積分ゲインGi、微分ゲインGdは、運転条件や周囲の環境に応じたFB量を算出できるように定められた適合値であり、図3に示すFB量算出用係数メモリ534に予め記憶されている。
続くステップS20では、ステップS18で決定したFB量に基づいて、燃料の噴射時期を遅角若しくは進角させて、図4の噴射時期制御処理のメインルーチンを終了する。これにより、実MFB50が目標MFB50となるように制御されるので、運転条件に応じた最適な燃焼を実現できる。 In the subsequent step S20, the fuel injection timing is retarded or advanced based on the FB amount determined in step S18, and the main routine of the injection timing control process of FIG. 4 is ended. Thereby, since it controls so that real MFB50 may become target MFB50, optimal combustion according to operating conditions is realizable.
以上説明したように、本実施形態のエンジン制御システムによれば、筒内圧Pに含まれるオフセット誤差αの影響を打ち消しつつ、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出することができる。 As described above, according to the engine control system of the present embodiment, it is possible to calculate the total calorific value Q1 when all the fuel is burned while canceling the influence of the offset error α included in the in-cylinder pressure P. .
また、熱発生率dQ/dθを積算する区間[−B、B]は、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間となるように決定される。すなわち、区間[−B、B]は、燃料の燃焼が開始されてからすべての燃料が燃焼するまでの区間を含んでいる。したがって、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出できる。また、区間[−B、B]は、すべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1が算出できる必要十分な区間であるので、総発熱量Q1を算出するために、熱発生率dQ/dθを積算する際に、燃料が燃焼し終えた後の熱発生率dQ/dθを必要以上に積算することがない。よって、計算負荷を低減できる。 Further, the interval [−B, B] in which the heat generation rate dQ / dθ is integrated is determined to be a necessary and sufficient interval in which the total calorific value Q1 when all the fuels are burned can be calculated. That is, the section [-B, B] includes a section from the start of fuel combustion until all the fuel is combusted. Therefore, the total calorific value Q1 when all the fuels are combusted can be calculated. The section [-B, B] is a necessary and sufficient section for calculating the total calorific value Q1 when all the fuels are combusted. Therefore, in order to calculate the total calorific value Q1, the heat generation rate dQ / dθ. When the fuel is accumulated, the heat generation rate dQ / dθ after the combustion of the fuel is not accumulated more than necessary. Therefore, calculation load can be reduced.
また、図6のステップS121で取得されたクランク角θは、真の上死点TDCが基準となっている角度に補正される。すなわち、精度が良い角度であるといえる。そのため、そのクランク角θに対応させて算出される熱発生率dQ/dθや総発熱量Q1は精度が良いものであると言える。 Further, the crank angle θ acquired in step S121 of FIG. 6 is corrected to an angle based on the true top dead center TDC. That is, it can be said that the angle is accurate. Therefore, it can be said that the heat generation rate dQ / dθ and the total calorific value Q1 calculated in correspondence with the crank angle θ are high in accuracy.
また本実施形態のエンジン制御システムによれば、実MFB50が目標MFB50となるように噴射時期が制御されるので、ノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができる。この際、実MFB50を総発熱量Q1に基づいて検出しており、その総発熱量Q1は、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確な値であると言えるので、精度が高い実MFB50を検出することができる。したがって、正確に燃料の燃焼時期を制御することができる。
Further, according to the engine control system of this embodiment, since the injection timing is controlled so that the
また、目標MFB50は、エンジンの回転数と燃料の噴射量とで定められるエンジンの運転条件に応じて決定されるので、エンジンの運転条件に応じて適切に燃料の燃焼を制御することができる。
Further, since the
また、PID制御によって実MFB50が目標MFB50なるように噴射時期が制御されるので、周囲の温度等の環境が変化しても、適切に燃料の燃焼時期を制御することができる。
(第二実施形態)
Further, since the injection timing is controlled by the PID control so that the
(Second embodiment)
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。この第二実施形態は、本発明の発熱量算出装置及びインジェクタの異常検出装置を具現化した実施形態である。本実施形態のエンジン制御システムは、指令噴射量Sの燃料がインジェクタから噴射された場合におけるその燃料の総発熱量を予定総発熱量Q2としたときに、指令噴射量Sから予定総発熱量Q2を算出している。そして、第一実施形態と同じ方法で算出した実際の燃料の総発熱量Q1とその予定総発熱量Q2とを比較して、インジェクタから指令噴射量S相当の燃料が本当に噴射されているかを判断している。そして、指令噴射量S相当の燃料が噴射されていないと判断した場合には、インジェクタの異常を出力する。以下、本実施形態のエンジン制御システムについて第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This second embodiment is an embodiment that embodies the calorific value calculation device and injector abnormality detection device of the present invention. In the engine control system of the present embodiment, when the fuel of the command injection amount S is injected from the injector, the total heat generation amount of the fuel is set to the planned total heat generation amount Q2. Is calculated. Then, the actual total calorific value Q1 of the actual fuel calculated by the same method as in the first embodiment is compared with the planned total calorific value Q2, and it is determined whether the fuel corresponding to the command injection amount S is actually injected from the injector. is doing. When it is determined that fuel equivalent to the command injection amount S is not injected, an abnormality of the injector is output. Hereinafter, the engine control system of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
先ず、本実施形態のエンジン制御システムの構成について説明する。本実施形態のエンジン制御システムは、図1に示す第一実施形態と同じ構成である。ただし、ROM53に記憶されているデータの内容と、ECU50が実行する処理とが第一実施形態と異なっている。その他の要素については同じである。
First, the configuration of the engine control system of this embodiment will be described. The engine control system of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. However, the contents of data stored in the
図17は、本実施形態のROM53のメモリを示した概念図である。なお、第一実施形態と同じメモリには同じ符号を付している。図17に示すように、本実施形態のROM53には、プログラムメモリ531、燃焼時期決定用マップメモリ532、区間決定用マップメモリ533、FB量算出用係数メモリ534、容積メモリ535、補正係数メモリ536及び基準値メモリ537が設けられている。プログラムメモリ531、燃焼時期決定用マップメモリ532、区間決定用マップメモリ533、FB量算出用係数メモリ534、容積メモリ535には、それぞれ第一実施形態と同じデータが記憶されている。
FIG. 17 is a conceptual diagram showing the memory of the
補正係数メモリ536には、予定総発熱量Q2の算出の際に用いられる補正係数Hが記憶されている。予定総発熱量Q2は、指令噴射量Sの燃料がどの程度熱に変化するのかによる。そして、どの程度熱に変化するかは、エンジン回転数や指令噴射量Sで定められる運転条件によって異なる。補正係数Hは、指令噴射量Sの燃料がどの程度熱に変化するのかを示した係数であって、運転条件ごとに適合値として定められている。
The
基準値メモリ537には、エンジン回転数及び指令噴射量Sで定められる運転条件で燃料が燃焼した場合に、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧力のそれぞれが一般的に取り得る値として、それぞれの基準値が記憶されている。すなわち、基準値メモリ537には、運転条件ごとに基準値が記憶されている。
In the
本実施形態のECU50は、本発明の「発熱量算出装置」及び「インジェクタの異常検出装置」として機能し、インジェクタ40の異常を検出する異常検出処理を実行している。以下、その異常検出処理について説明する。図18は、異常検出処理のメインルーチンを示したフローチャートである。なお、図18のフローチャートの処理は、エンジンが始動されている状態で一定期間おきに実行される。また、第一実施形態と同じ処理には同じ符号を付している。
The
先ずステップS12で、第一実施形態と同じ方法ですべての燃料が燃焼したときの総発熱量Q1を算出する。続くステップS71は、本発明の「指令噴射量取得手段」に相当する処理であり、インジェクタ40で噴射させる燃料の指令噴射量Sを取得する。この指令噴射量Sは、エンジンの回転数やエアフロメータ74、吸気圧センサ68、吸気温度センサ70等の各種センサの検出値に基づいて、ユーザからの要求や運転条件、周囲の環境を考慮してECU50自身が決定する値である。
First, in step S12, a total calorific value Q1 when all the fuel is burned is calculated by the same method as in the first embodiment. The subsequent step S71 is a process corresponding to the “command injection amount acquisition means” of the present invention, and acquires the command injection amount S of the fuel to be injected by the
続くステップS73は、本発明の「予定総発熱量算出手段」に相当する処理であり、その指令噴射量Sから予定総発熱量Q2を算出する予定総発熱量算出処理を実行する。図19は予定総発熱量算出処理の詳細を示したフローチャートである。以下、予定総発熱量算出処理の詳細を説明する。 The subsequent step S73 is a process corresponding to the “scheduled total heat generation amount calculation means” of the present invention, and executes a scheduled total heat generation amount calculation process for calculating the planned total heat generation amount Q2 from the command injection amount S. FIG. 19 is a flowchart showing details of the scheduled total heat generation calculation process. Details of the scheduled total heat generation calculation process will be described below.
先ずステップS91で、エンジン回転数や指令噴射量Sに応じた補正係数Hを、図17に示す補正係数マップメモリ536から読み出す。続くステップS93では、図17に示す基準値メモリ537から、エンジン回転数や指令噴射量Sに応じた基準値を読み出す。
First, in step S91, the correction coefficient H corresponding to the engine speed and the command injection amount S is read from the correction
続くステップS95では、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報を各種センサから取得する。具体的には、エアフロメータ74から吸気量を取得する。吸気量は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、吸入量が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸入量が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。よって吸気量は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。
In the subsequent step S95, information that affects the calculation of the planned total heat generation amount Q2 is acquired from various sensors. Specifically, the intake air amount is acquired from the
またステップS95では、吸気圧センサ68から吸気圧を取得する。吸気圧は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、吸気圧が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸気圧が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。よって吸気圧は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。 In step S95, the intake pressure is acquired from the intake pressure sensor 68. It can be said that the intake pressure is a value reflecting the oxygen amount / oxygen concentration sucked into the cylinder. That is, as the intake pressure increases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / oxygen concentration increases, so that the fuel easily burns. On the other hand, as the intake pressure decreases, the amount of oxygen sucked into the cylinder / Since the oxygen concentration decreases, the fuel becomes difficult to burn. Therefore, it can be said that the intake pressure is information that affects the calculation of the planned total calorific value Q2.
またステップS95では、EGR弁91のバルブ開度を調節するためのA/Fセンサ76から排気ガス中の酸素濃度を取得する。そして、その酸素濃度からEGR率を算出する。EGR率は筒内に吸入される酸素量/酸素濃度を反映した値であると言える。すなわち、EGR率が増加するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が低下するので燃料が燃焼し難くなる一方、EGR率が低下するにしたがって、筒内に吸入される酸素量/酸素濃度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる。よってEGR率は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。
In step S95, the oxygen concentration in the exhaust gas is acquired from the A /
またステップS95では、吸気温度センサ70から吸気温度を取得する。吸気温度は筒内温度を反映した値であると言える。すなわち、吸気温度が増加するにしたがって、筒内温度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、吸気温度が低下するにしたがって、筒内温度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。よって吸気温度は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。 In step S95, the intake air temperature is acquired from the intake air temperature sensor. It can be said that the intake air temperature is a value reflecting the in-cylinder temperature. That is, as the intake air temperature increases, the in-cylinder temperature increases, so the fuel easily burns. On the other hand, as the intake air temperature decreases, the in-cylinder temperature decreases, so the fuel becomes difficult to burn. Therefore, it can be said that the intake air temperature is information that affects the calculation of the planned total heat generation amount Q2.
またステップS95では、水温センサ72からエンジン水温を取得する。エンジン水温は筒内温度を反映した値であると言える。すなわち、エンジン水温が増加するにしたがって、筒内温度が増加するので燃料が燃焼しやすくなる一方、エンジン水温が低下するにしたがって、筒内温度が低下するので燃料が燃焼し難くなる。よってエンジン水温は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。
In step S95, the engine water temperature is acquired from the
またステップS95では、コモンレール圧センサ64からコモンレール36内の圧力を示したコモンレール圧を取得する。コモンレール圧は、燃料の拡散・揮発に関係している。そして、燃料が拡散・揮発しやすくなるほど、燃料と空気とが混合しやすくなり、その結果、燃料が燃焼しやすくなる。反対に、燃料が拡散・揮発し難くなるほど、燃料と空気とが混合し難くなり、その結果、燃料が燃焼し難くなる。よってコモンレール圧は、予定総発熱量Q2の算出に影響のある情報であると言える。
In step S95, the common rail pressure indicating the pressure in the
続くステップS97では、ステップS93で取得した基準値と、ステップS95で取得した吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧とを比較して、実際の運転条件、環境条件を反映した補正係数Hとなるように、補正係数Hを補正する。具体的には、ステップS95で取得した吸気量が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。一方、ステップS95で取得した吸気量が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。そして、吸気量に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H1としてRAM52に記憶する。なお、吸気量と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際の吸気量からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In the following step S97, the reference value acquired in step S93 is compared with the intake air amount, intake pressure, EGR rate, intake air temperature, engine water temperature and common rail pressure acquired in step S95, and the actual operating conditions and environmental conditions are determined. The correction coefficient H is corrected so that the reflected correction coefficient H is obtained. Specifically, when the intake air amount acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. On the other hand, if the intake air amount acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is made smaller because the fuel is difficult to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the intake air amount is stored in the
またステップS97では、ステップS95で取得した吸気圧が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。一方、ステップS95で取得した吸気圧が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。そして、吸気圧に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H2としてRAM52に記憶する。なお、吸気圧と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際の吸気圧からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In step S97, if the intake pressure acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. On the other hand, if the intake pressure acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is decreased because it is difficult for the fuel to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the intake pressure is stored in the
またステップS97では、ステップS95で取得したEGR率が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。一方、ステップS95で取得したEGR率が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。そして、EGR率に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H3としてRAM52に記憶する。なお、EGR率と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際のEGR率からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In step S97, if the EGR rate acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is decreased because it is difficult for the fuel to burn. On the other hand, if the EGR rate acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the EGR rate is stored in the
またステップS97では、ステップS95で取得した吸気温度が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。一方、ステップS95で取得した吸気温度が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。そして、吸気温度に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H4としてRAM52に記憶する。なお、吸気温度と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際の吸気温度からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In step S97, if the intake air temperature acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. On the other hand, if the intake air temperature acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is decreased because it is difficult for the fuel to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the intake air temperature is stored in the
またステップS97では、ステップS95で取得したエンジン水温が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。一方、ステップS95で取得したエンジン水温が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。そして、エンジン水温に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H5としてRAM52に記憶する。なお、エンジン水温と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際のエンジン水温からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In step S97, if the engine water temperature acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. On the other hand, when the engine water temperature acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is decreased because the fuel is difficult to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the engine water temperature is stored in the
またステップS97では、ステップS95で取得したコモンレール圧が基準値と比較して大きい場合には、燃料が燃焼しやすくなるとして、補正係数Hを大きくする。一方、ステップS95で取得したコモンレール圧が基準値と比較して小さい場合には、燃料が燃焼し難くなるとして、補正係数Hを小さくする。そして、コモンレール圧に基づいて補正した補正係数Hを補正係数H6としてRAM52に記憶する。なお、コモンレール圧と燃料の燃焼との関係は、理論的若しくは経験的に求めることができ、その関係は予めROM53に記憶されている。そして、実際のコモンレール圧からどの程度、補正係数Hを大きくしたり小さくしたりするかは、その関係に基づいて決定することができる。
In step S97, if the common rail pressure acquired in step S95 is larger than the reference value, the correction coefficient H is increased because the fuel is likely to burn. On the other hand, when the common rail pressure acquired in step S95 is smaller than the reference value, the correction coefficient H is decreased because it is difficult for the fuel to burn. Then, the correction coefficient H corrected based on the common rail pressure is stored in the
そして、ステップS97では、RAM52に記憶された補正係数H1〜H6を読み出して、それらの平均値を補正後の補正係数Hとする。これによって、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧のすべてを反映した補正係数Hとなる。
In step S97, the correction coefficients H1 to H6 stored in the
続くステップS99では、下記数6式によって予定総発熱量Q2を算出する。
説明を図18のフローチャートの処理に戻り、ステップS75で、予定総発熱量Q2と実際の総発熱量Q1とを比較して、予定総発熱量Q2が総発熱量Q1相当であるか否かを判断することによって、インジェクタ40が異常か否かを判断する。例えば、予定総発熱量Q2と総発熱量Q1との差分が、所定値以下か否かによって、予定総発熱量Q2が総発熱量Q1相当であるか否かを判断する。なおステップS75は本発明の「異常判断手段」に相当する処理である。
Returning to the processing of the flowchart of FIG. 18, in step S75, the planned total heat generation amount Q2 is compared with the actual total heat generation amount Q1, and it is determined whether or not the planned total heat generation amount Q2 is equivalent to the total heat generation amount Q1. By determining, it is determined whether or not the
そして、インジェクタ40の異常であると判断した場合には(S75:YES)、ステップS77で、図示しない報知器(例えば発光ダイオードやスピーカ)でインジェクタ40が異常であることをユーザに報知する。その後、図18のフローチャートの処理を終了する。これによって、ユーザはインジェクタ40の異常を把握することができ、修理等をすることができる。一方、インジェクタ40の異常はないと判断した場合には(S75:NO)、そのまま図18のフローチャートの処理を終了する。
If it is determined that the
以上説明したように、本実施形態のエンジン制御システムによれば、実際の総発熱量Q1と、指令噴射量Sから算出された燃料の予定総発熱量Q2とを比較して、インジェクタ40の異常を検出している。この際、実際の総発熱量Q1は、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確な値であると言える。すなわち、筒内圧Pにオフセット誤差αが含まれている場合であっても、正確にインジェクタ40の異常を検出することができる。
As described above, according to the engine control system of the present embodiment, the actual total heat generation amount Q1 is compared with the planned total heat generation amount Q2 of the fuel calculated from the command injection amount S, and the abnormality of the
また、予定総発熱量Q2は、指令噴射量Sと燃料密度Dと燃料のエネルギー密度Kと運転条件に応じた補正係数Hとを乗算して算出している。したがって、その予定総発熱量Q2は、燃料の種類や運転条件を反映した値であると言える。さらに、補正係数Hは、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧力に基づいた値であるので、より精度よく予定総発熱量Q2を算出することができる。 The planned total heat generation amount Q2 is calculated by multiplying the command injection amount S, the fuel density D, the energy density K of the fuel, and the correction coefficient H according to the operating conditions. Therefore, it can be said that the planned total calorific value Q2 reflects the type of fuel and operating conditions. Furthermore, since the correction coefficient H is a value based on the intake air amount, the intake pressure, the EGR rate, the intake air temperature, the engine water temperature, and the common rail pressure, the planned total heat generation amount Q2 can be calculated with higher accuracy.
なお、本発明に係る発熱量算出装置、内燃機関の制御装置及びインジェクタの異常検出装置は、上記実施形態に限定されるわけではなく、発明の範囲内で変形することができる。例えば、上記第一、第二実施形態では、制御対象のエンジン10がディーゼルエンジンであったが、ガソリンエンジンを制御対象としてもよい。この場合、第一実施形態では、燃料の噴射時期の代わりに燃料の点火時期を制御することになる。
The calorific value calculation device, the internal combustion engine control device, and the injector abnormality detection device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be modified within the scope of the invention. For example, in the first and second embodiments, the
また、上記第二実施形態にでは、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧のそれぞれの補正係数H1〜H6の平均値を補正後の補正係数Hとしていた。この場合、補正係数H1〜H6の大きさにばらつきがあるとき、大きな補正係数H1〜H6や小さな補正係数H1〜H6が平均化されてしまう。そこで、補正係数H1〜H6のうち、最大の補正係数H1〜H6若しくは最小の補正係数H1〜H6を補正後の補正係数Hとしてもよい。これによって、吸気量、吸気圧、EGR率、吸気温度、エンジン水温及びコモンレール圧のうち、最も寄与している情報で予定総発熱量Q2を算出することができる。 In the second embodiment, the average value of the correction coefficients H1 to H6 of the intake air amount, the intake pressure, the EGR rate, the intake air temperature, the engine water temperature, and the common rail pressure is used as the corrected correction coefficient H. In this case, when the magnitudes of the correction coefficients H1 to H6 vary, the large correction coefficients H1 to H6 and the small correction coefficients H1 to H6 are averaged. Therefore, among the correction coefficients H1 to H6, the maximum correction coefficient H1 to H6 or the minimum correction coefficient H1 to H6 may be used as the corrected correction coefficient H. As a result, the planned total heat generation amount Q2 can be calculated with the most contributing information among the intake air amount, the intake air pressure, the EGR rate, the intake air temperature, the engine water temperature, and the common rail pressure.
また、上記第一実施形態では、総発熱量Q1の50%となる燃焼時期を制御していた。これは、効果的にノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができるからである。ただし、総発熱量Q1の50%となる燃焼時期だけに限定されるわけではなく、効果的にノッキングの防止、有害排気ガスの低減、出力の高効率化等を図ることができるのであれば、どの燃焼時期(例えば総発熱量Q1の10%〜90%の範囲の燃焼時期)を制御してもよい。 Moreover, in said 1st embodiment, the combustion time used as 50% of the total calorific value Q1 was controlled. This is because it is possible to effectively prevent knocking, reduce harmful exhaust gas, increase output efficiency, and the like. However, it is not limited only to the combustion time when it becomes 50% of the total calorific value Q1, as long as it can effectively prevent knocking, reduce harmful exhaust gas, increase the efficiency of output, etc. Any combustion timing (for example, combustion timing in the range of 10% to 90% of the total calorific value Q1) may be controlled.
また、上記第一実施形態では、PID制御で燃焼時期を制御していたが、これに限定されるわけではない。また、上記実施形態では、数3式によって熱発生率を算出していたが、これに限定されるわけではない。 In the first embodiment, the combustion timing is controlled by PID control. However, the present invention is not limited to this. Moreover, in the said embodiment, although the heat release rate was calculated by several 3 Formula, it is not necessarily limited to this.
10 エンジン(内燃機関)
15 シリンダ
16 ピストン
18 クランク
36 コモンレール
40 インジェクタ
50 ECU(発熱量算出装置、内燃機関の制御装置、インジェクタの異常検出装置)
66 筒内圧センサ
60 クランク角センサ
64 コモンレール圧センサ
68 吸気圧センサ
70 吸気温度センサ
72 エンジン水温センサ
74 エアフロメータ
76 A/Fセンサ
91 EGR弁
Q1 総発熱量
P 筒内圧
P0 真の筒内圧
α オフセット誤差
θ クランク角
B 特定クランク角
TDC 上死点
Q2 予定総発熱量
S 指令噴射量
D 燃料密度
K 燃料のエネルギー密度
H 補正係数
S121 クランク角取得手段
S123 筒内圧取得手段
S127 容積取得手段
S129 熱発生率算出手段
S131 区間決定手段
S133 積算手段
S33、S35 補正用筒内圧取得手段
S37 最大点検出手段
S39 上死点角度取得手段
S31〜S43 上死点検出手段
S45、S47 補正手段
S14 実燃焼時期検出手段
S16〜S20 燃焼時期制御手段
S111 回転数取得手段
S113 目標燃焼時期決定手段
S71 指令噴射量取得手段
S73 予定総発熱量算出手段
S75 異常判断手段
10 Engine (Internal combustion engine)
DESCRIPTION OF
66 In-
Claims (10)
前記クランク角θを逐次検出するクランク角センサから前記クランク角θを取得するクランク角取得手段と、
そのクランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記シリンダの内圧である筒内圧Pを検出する筒内圧センサから前記筒内圧Pを取得する筒内圧取得手段と、
前記クランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記シリンダの容積Vを取得する容積取得手段と、
前記筒内圧取得手段が取得した前記筒内圧Pと前記容積取得手段が取得した前記容積Vとに基づいて、前記クランク角取得手段が取得した前記クランク角θの各々に対して、前記クランク角θの単位角度あたりの熱発生率dQ/dθを算出する熱発生率算出手段と、
上死点前の前記特定クランク角Bを(−B)としたときに、前記熱発生率算出手段が算出した前記熱発生率dQ/dθを、上死点TDCを中心に進角側と遅角側とで等しい区間[−B、B]で積算する積算手段とを備えることを特徴とする発熱量算出装置。 In an internal combustion engine having a cylinder, a piston, and a crank, the total amount of fuel that has generated heat until the crank angle θ, which is the rotation angle of the crank with respect to the top dead center TDC, reaches a specific crank angle B after the top dead center. A calorific value calculation device for calculating a calorific value Q1,
Crank angle acquisition means for acquiring the crank angle θ from a crank angle sensor for sequentially detecting the crank angle θ;
An in-cylinder pressure acquisition unit that acquires the in-cylinder pressure P from an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure P that is an internal pressure of the cylinder, for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition unit;
Volume acquisition means for acquiring the volume V of the cylinder for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition means;
Based on the in-cylinder pressure P acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the volume V acquired by the volume acquisition unit, the crank angle θ is determined for each of the crank angles θ acquired by the crank angle acquisition unit. A heat generation rate calculating means for calculating a heat generation rate dQ / dθ per unit angle of
When the specific crank angle B before the top dead center is (−B), the heat generation rate dQ / dθ calculated by the heat generation rate calculating means is set to be advanced and delayed with respect to the top dead center TDC. A calorific value calculation apparatus comprising: an integrating unit that integrates in an equal section [−B, B] on the corner side.
その上死点検出手段が検出した上死点TDCに対応する前記クランク角センサが検出する前記クランク角θを上死点角度として取得する上死点角度取得手段と、
前記クランク角センサが検出する前記クランク角θを前記上死点角度が基準となるように補正する補正手段とを備え、
前記クランク角取得手段は、前記補正手段によって補正された前記クランク角θを取得することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発熱量算出装置。 Top dead center detecting means for detecting top dead center TDC;
Top dead center angle acquisition means for acquiring the crank angle θ detected by the crank angle sensor corresponding to the top dead center TDC detected by the top dead center detection means as a top dead center angle;
Correction means for correcting the crank angle θ detected by the crank angle sensor so that the top dead center angle is a reference,
The calorific value calculation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the crank angle acquisition means acquires the crank angle θ corrected by the correction means.
燃料が噴射されていない状態で、前記筒内圧センサが検出する前記クランク角θの各々に対する前記筒内圧Pを補正用筒内圧として取得する補正用筒内圧取得手段と、
その補正用筒内圧取得手段が取得した補正用筒内圧が最大となる点を上死点として検出する最大点検出手段とを有することを特徴とする請求項4に記載の発熱量算出装置。 The top dead center detecting means includes
Corrective in-cylinder pressure acquisition means for acquiring the in-cylinder pressure P for each of the crank angles θ detected by the in-cylinder pressure sensor as a correction in-cylinder pressure in a state where fuel is not injected;
5. The calorific value calculation device according to claim 4, further comprising: a maximum point detection unit that detects, as a top dead center, a point at which the correction cylinder pressure acquired by the correction cylinder pressure acquisition unit is maximum.
前記上死点角度取得手段は、前記上死点検出手段によって複数回検出された上死点の各々について、前記上死点角度を取得し、
前記補正手段は、前記上死点角度取得手段によって取得された複数個の前記上死点角度の平均値に基づいて前記補正をすることを特徴とする請求項5に記載の発熱量算出装置。 The top dead center detecting means detects the top dead center TDC a plurality of times,
The top dead center angle obtaining unit obtains the top dead center angle for each top dead center detected a plurality of times by the top dead center detection unit,
6. The calorific value calculation device according to claim 5, wherein the correction unit performs the correction based on an average value of the plurality of top dead center angles acquired by the top dead center angle acquisition unit.
燃料の総発熱量が、前記発熱量算出装置が算出した前記総発熱量Q1の特定の燃焼割合となるクランク角θを実燃焼時期として検出する実燃焼時期検出手段と、
その実燃焼時期検出手段によって検出された前記実燃焼時期が、目標燃焼時期となるように、燃料の噴射時期若しくは点火時期を制御する燃焼時期制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The calorific value calculation device according to claim 1,
An actual combustion timing detecting means for detecting, as an actual combustion timing, a crank angle θ at which the total calorific value of fuel is a specific combustion ratio of the total calorific value Q1 calculated by the calorific value calculation device;
A control apparatus for an internal combustion engine, comprising: combustion timing control means for controlling fuel injection timing or ignition timing so that the actual combustion timing detected by the actual combustion timing detection means becomes a target combustion timing .
燃料の噴射量の指令値を指令噴射量として取得する指令噴射量取得手段と、
その指令噴射量取得手段によって取得された前記指令噴射量の燃料が噴射された場合におけるその燃料の総発熱量を予定総発熱量Q2として算出する予定総発熱量算出手段と、
前記総発熱量Q1と前記予定総発熱量Q2とを比較して、燃料を噴射するインジェクタが異常か否かを判断する異常判断手段とを備えることを特徴とするインジェクタの異常検出装置。 The calorific value calculation device according to claim 1,
Command injection amount acquisition means for acquiring the command value of the fuel injection amount as the command injection amount;
A planned total heat generation amount calculating means for calculating a total heat generation amount of the fuel when the fuel of the command injection amount acquired by the command injection amount acquisition means is injected;
An abnormality detecting device for an injector, comprising: an abnormality determining means for comparing the total calorific value Q1 and the planned total calorific value Q2 to determine whether or not an injector for injecting fuel is abnormal.
The planned total calorific value calculation means calculates a value calculated from the command injection amount, fuel density, and fuel energy density at least among operating conditions, intake air amount, intake air pressure, EGR rate, intake air temperature, engine water temperature, and common rail pressure. 10. The injector abnormality detection device according to claim 9, wherein the planned total heat generation amount Q2 is obtained by correcting with a correction coefficient determined based on one value.
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