JP2011208540A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus, and more particularly to an internal combustion engine control apparatus suitable for executing control of an internal combustion engine mounted on a vehicle.
従来、例えば特許文献1に開示されるように、筒内圧センサを備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、筒内圧センサにより計測される筒内圧の実測値と、エンジン回転数・負荷に基づいて算出される筒内圧の推定値とを比較し、この比較値に基づいて異常燃焼が発生することを判定することが開示されている。
Conventionally, as disclosed in, for example,
ところで、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じる場合がある。上記従来の内燃機関において、火炎伝搬不良が生じれば、排気系に未燃ガスが流入されることとなる。排気系に未燃ガスが流入されれば、触媒の過熱が生じ、排気エミッションが悪化する虞がある。 By the way, flame propagation failure may occur due to abnormal combustion. In the conventional internal combustion engine, if flame propagation failure occurs, unburned gas flows into the exhaust system. If unburned gas flows into the exhaust system, the catalyst may be overheated and exhaust emission may be deteriorated.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じた場合であっても、排気系への未燃ガスの流入を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine capable of suppressing the inflow of unburned gas into the exhaust system even when flame propagation failure occurs due to abnormal combustion. An object of the present invention is to provide an engine control device.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
筒内圧を計測する筒内圧センサと、
燃焼行程中の所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値に基づいて、筒内の実熱発生量を算出する実熱発生量算出手段と、
燃料噴射量に基づいて、筒内の理想熱発生量を取得する理想熱発生量取得手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低いか否かを判定する熱発生量判定手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させる遅角点火手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
An in-cylinder pressure sensor for measuring the in-cylinder pressure;
An actual heat generation amount calculating means for calculating an actual heat generation amount in the cylinder based on an actual measurement value of the in-cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle during a combustion stroke;
An ideal heat generation amount acquisition means for acquiring an ideal heat generation amount in the cylinder based on the fuel injection amount;
Heat generation amount determination means for determining whether the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount;
And a retard ignition means for igniting a spark plug in the vicinity of bottom dead center before the exhaust stroke when the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount.
また、第2の発明は、第1の発明において、
吸気管圧力に基づいて、点火プラグによる点火時期(以下、基準点火時期という)までに推移する筒内圧の推定値を算出する推定筒内圧算出手段と、
前記基準点火時期までの所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値が、前記推定筒内圧算出手段により算出される推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定する異常燃焼判定手段と、を更に備え、
前記遅角点火手段は、前記異常燃焼が発生すると判定された場合であって、前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させること、を特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
An estimated in-cylinder pressure calculating means for calculating an estimated value of the in-cylinder pressure that changes until the ignition timing by the spark plug (hereinafter referred to as a reference ignition timing) based on the intake pipe pressure;
Abnormal combustion determination that determines that abnormal combustion occurs when the measured value of the in-cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle up to the reference ignition timing is higher than the estimated value calculated by the estimated in-cylinder pressure calculating means by a predetermined value or more. Means further comprising:
The retard ignition means is in the vicinity of the bottom dead center before the exhaust stroke when it is determined that the abnormal combustion occurs and the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount. The spark plug is ignited.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットする点火カット手段を更に備えること、を特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
When it is determined that the abnormal combustion occurs, it further includes ignition cut means for cutting ignition by the spark plug at the reference ignition timing.
また、第4の発明は、第2又は第3の発明において、
運転領域が異常燃焼発生領域であるか否かを判定する運転領域判定手段と、
前記異常燃焼発生領域である場合に、前記基準点火時期を遅角する基準点火時期遅角手段を更に備えること、を特徴とする。
Moreover, 4th invention is 2nd or 3rd invention,
Operation region determination means for determining whether or not the operation region is an abnormal combustion occurrence region;
In the abnormal combustion occurrence region, it further comprises a reference ignition timing retarding means for retarding the reference ignition timing.
また、第5の発明は、第3又は第4の発明において、
前記異常燃焼が発生すると判定されたクランク角と圧縮端温度とに基づいて、筒内圧の最大値を推定する最大筒内圧推定手段と、
前記筒内圧の最大値が、内燃機関の耐久性に関する設定値よりも大きいか否かを判定する耐久性判定手段と、を更に備え、
前記点火カット手段は、前記筒内圧の最大値が前記設定値よりも大きい場合であって、前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすること、を特徴とする。
The fifth invention is the third or fourth invention, wherein
Maximum in-cylinder pressure estimating means for estimating the maximum value of in-cylinder pressure based on the crank angle and the compression end temperature determined to cause the abnormal combustion;
Durability determination means for determining whether the maximum value of the in-cylinder pressure is larger than a set value related to the durability of the internal combustion engine;
The ignition cut means cuts the ignition by the spark plug at the reference ignition timing when it is determined that the abnormal combustion occurs when the maximum value of the in-cylinder pressure is larger than the set value; It is characterized by.
第1の発明によれば、実熱発生量が、理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍で点火プラグに点火させることができる。そのため、火炎伝搬不良により筒内に残留する未燃ガスを燃焼させることができる。その結果、排気系へ未燃ガスの流入を防止し、触媒の過熱を防止することができる。このため、本発明によれば、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じた場合であっても、排気エミッションを好適に維持することができる。 According to the first invention, when the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount, the spark plug can be ignited near the bottom dead center before the exhaust stroke. Therefore, the unburned gas remaining in the cylinder due to flame propagation failure can be burned. As a result, unburned gas can be prevented from flowing into the exhaust system, and the catalyst can be prevented from overheating. For this reason, according to the present invention, even when flame propagation failure occurs due to abnormal combustion, exhaust emission can be suitably maintained.
第2の発明によれば、基準点火時期までの所定クランク角における筒内圧センサの実測値が推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定することができる。そのため、異常燃焼が発生することを未然に判定でき、現サイクルの当該気筒において異常燃焼に対する制御を実施することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to determine that abnormal combustion occurs when the measured value of the in-cylinder pressure sensor at the predetermined crank angle up to the reference ignition timing is higher than the estimated value by a predetermined value or more. Therefore, it can be determined in advance that abnormal combustion occurs, and control for abnormal combustion can be performed in the cylinder in the current cycle.
第3の発明によれば、異常燃焼が発生すると判定された場合に、基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすることができる。異常燃焼による点火エネルギーを火炎形成のエネルギーとして使用させて、筒内圧の過剰な上昇を抑制することができる。そのため、エンジンの耐久性を維持することができる。 According to the third invention, when it is determined that abnormal combustion occurs, ignition by the spark plug at the reference ignition timing can be cut. By using the ignition energy due to abnormal combustion as the energy for flame formation, it is possible to suppress an excessive increase in the in-cylinder pressure. Therefore, the durability of the engine can be maintained.
第4の発明によれば、異常燃焼発生領域において基準点火時期を遅角する。そのため、異常燃焼を判定できる終期を遅らせることができる。その結果、基準点火時期前に異常燃焼を判定できる範囲が広がり、圧縮上死点近傍で生じる異常燃焼も精度高く判定することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the reference ignition timing is retarded in the abnormal combustion occurrence region. Therefore, it is possible to delay the final period at which abnormal combustion can be determined. As a result, the range in which abnormal combustion can be determined before the reference ignition timing is widened, and abnormal combustion occurring near the compression top dead center can also be determined with high accuracy.
第5の発明によれば、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、推定される筒内圧の最大値が設定値以下の場合には、点火カットを行わない。そのため、エンジンの耐久性が確保されている状況において、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を抑制することができる。一方、筒内圧の最大値が設定値よりも大きい場合には、点火カットを実施する。そのため、エンジンの破損を防止することができる。このため、本発明によれば、エンジンの破損を防止しつつ、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。 According to the fifth aspect, even when it is determined that abnormal combustion occurs, if the estimated maximum value of the in-cylinder pressure is equal to or less than the set value, the ignition cut is not performed. Therefore, in a situation where the durability of the engine is ensured, it is possible to suppress overheating of the catalyst due to unburned gas and deterioration of drivability. On the other hand, when the maximum value of the in-cylinder pressure is larger than the set value, ignition cut is performed. Therefore, damage to the engine can be prevented. Therefore, according to the present invention, it is possible to minimize catalyst overheating and drivability deterioration due to unburned gas while preventing engine damage.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは内燃機関(以下、単にエンジンともいう。)10を備えている。内燃機関10は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図1に示す内燃機関10は、直列4気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to
また、内燃機関10は火花点火式の内燃機関である。内燃機関10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ12と、筒内圧力(燃焼圧力)を検知するための筒内圧センサ13と、点火プラグ14とが取り付けられている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関や、筒内噴射式とポート噴射式とを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。
The
内燃機関10の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド16により集合されて排気通路18に流入する。内燃機関10は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボ過給機20を備えている。ターボ過給機20は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン20aと、このタービン20aと一体的に連結され回転するコンプレッサ20bとを備えている。タービン20aは、排気通路18の途中に配置されており、コンプレッサ20bは、吸気通路22の途中に配置されている。
The exhaust gas discharged from each cylinder of the
タービン20aの下流側の排気通路18には、排気ガス中の有害成分を浄化するスタート触媒(S/C)24が設置されている。スタート触媒24は、排気ポートに近い位置に配置されているので始動から短時間のうちに暖機され、良好な排気浄化性能を発揮することができる。スタート触媒24としては、例えば三元触媒が用いられる。
A start catalyst (S / C) 24 for purifying harmful components in the exhaust gas is installed in the
内燃機関10の吸気通路22の入口付近には、エアクリーナが設けられている。また、エアクリーナの下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ26が取り付けられている。
An air cleaner is provided near the inlet of the
コンプレッサ20bの下流側の吸気通路22には、コンプレッサ20bにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ28が設置されている。インタークーラ28の下流には、吸気通路22を流れる空気量を調節するためのスロットルバルブ30が配置されている。スロットルバルブ30は、図示省略するスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ30の下流には、サージタンク32が配置されている。サージタンクには、吸気圧力(過給圧)を検出するための吸気圧力センサ34が取り付けられている。
An
内燃機関10は、排気ガスの一部を吸気通路22に還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことが可能なEGR通路36を備えている。EGR通路36は、タービン20aより上流側の排気通路18と、コンプレッサ20bより下流側の吸気通路22とを連通するように構成されている。EGR通路36途中には、排気通路18側から順に、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ38と、外部EGRガス流量を調節するためのEGRバルブ40とが設けられている。
The
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50の入力部には、上述した筒内圧センサ13、エアフローメータ26、吸気圧力センサ34の他、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ42、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ44、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ46等の内燃機関10の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ECU50の出力部には、上述したインジェクタ12、点火プラグ14、スロットルバルブ30、EGRバルブ40等の内燃機関10の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU50は、各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関10の運転状態を制御する。
The system of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. In addition to the in-
[実施の形態1における特徴的制御]
ところで、上述したターボ過給機20を備えたシステムでは、低回転高負荷域で突発的な異常燃焼、具体的にはプレイグニッションが発生する可能性がある。図13は、プレイグニッションによる筒内圧の変化を説明するための図である。図13の実験結果に示す通り、正常燃焼サイクルでは、筒内圧の最大値が7MPa程度であるのに対し、プレイグニッションが発生する異常燃焼サイクル(以下、プレイグニッション発生サイクルという。)では、筒内圧が最大20MPaに達する場合もある。また、プレイグニッション発生サイクルにおける筒内圧力変化は、正常燃焼サイクルに比して大きなばらつきを有する。
[Characteristic Control in Embodiment 1]
By the way, in the system provided with the
プレイグニッションの要因としては、オイル、燃焼室のデポジット・パティキュレート、ホットスポット、混合気の不均質、残留ガスの増加、A/Fリーン等の様々な要因が考えられる。しかしながら、これらは経年劣化によるEGR通路36やEGRバルブ40へのデポジット付着、ピストンリングの摩耗等、避けがたい要因に影響するため、異常燃焼の発生を0にする設計は極めて困難である。反面、異常燃焼発生した場合であっても、エンジンの耐久性を維持するため、ひいてはエンジンの破損を防止するための制御が必要とされる。特に、本実施形態のような過給エンジンにおいてはその必要性は高い。
As factors of pre-ignition, various factors such as oil, deposit / particulate of combustion chamber, hot spot, heterogeneity of air-fuel mixture, increase in residual gas, A / F lean, etc. can be considered. However, since these affect unavoidable factors such as deposits on the
そこで、本実施形態のシステムでは、点火プラグ14による点火時期前に異常燃焼の発生を判定することとし、異常燃焼が発生すると判定された場合には、点火プラグ14による点火を制御することとした。より具体的な制御の概要について、図2〜図7を用いて説明する。本明細書では、本実施形態のシステムの制御を第1〜第3の処理に分けて説明する。
Therefore, in the system of the present embodiment, the occurrence of abnormal combustion is determined before the ignition timing by the
(第1の処理)
まず、本実施形態のシステムにおける第1の処理について図2〜図4を用いて説明する。第1の処理は、点火プラグ14による点火時期前に、現サイクルの当該気筒において異常燃焼が発生するか否かを判定するための異常燃焼判定処理である。
(First process)
First, the 1st process in the system of this embodiment is demonstrated using FIGS. The first process is an abnormal combustion determination process for determining whether or not abnormal combustion occurs in the cylinder in the current cycle before the ignition timing by the
断熱圧縮時の状態式として(1)式が成立する。(1)式におけるPは筒内圧力、Vは燃焼室容積、κはポリトロープ指数(例えば、κ=1.32)である。 Equation (1) is established as a state equation during adiabatic compression. In the equation (1), P is the in-cylinder pressure, V is the combustion chamber volume, and κ is the polytropic index (for example, κ = 1.32).
PVκ=const ・・・(1) PV κ = const (1)
図2は、正常燃焼サイクルにおいて(1)式に基づいて算出される筒内圧の推定値と、筒内圧センサ13により計測される実測値との関係を説明するための図である。ここで、正常燃焼サイクルとは、筒内の混合気が、点火プラグ14により火花点火されて、点火プラグ近傍から順次火炎伝搬し、好適に燃焼されたサイクルをいう。また、図3は、正常燃焼サイクルにおいて(1)式に基づいて算出される筒内圧の推定値に対する、筒内圧センサ13により計測される実測値の乖離率を説明するための図である。なお、本実施形態において、点火プラグ14による基準点火時期は、圧縮行程の上死点(TDC:Top Dead Center)であるとする。この基準点火時期の設定は、説明容易のためであり、これに限定されるものではない。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the estimated value of the in-cylinder pressure calculated based on the equation (1) in the normal combustion cycle and the actually measured value measured by the in-
図2における筒内圧の推定値は、吸気行程の下死点(BDC:Bottom Dead Center)での筒内圧P0を吸気管圧力と仮定し、筒内圧P0、下死点における燃焼室容積V0及び(1)式に基づいてクランク角毎に算出される。図2に示す通り、正常燃焼サイクルにおいて、吸気行程の下死点から基準点火時期までの筒内圧の実測値は推定値と略同等である。詳細には、図3に示す通り、正常燃焼サイクルにおいて、筒内圧の推定値に対する実測値の乖離率は3%以内と高精度である。 Estimate of the in-cylinder pressure in FIG. 2, the bottom dead center of the intake stroke: cylinder pressure P 0 in (BDC Bottom Dead Center) assuming the intake pipe pressure, the cylinder pressure P 0, the combustion chamber volume at bottom dead center V It is calculated for each crank angle based on the equations 0 and (1). As shown in FIG. 2, in the normal combustion cycle, the measured value of the in-cylinder pressure from the bottom dead center of the intake stroke to the reference ignition timing is substantially equal to the estimated value. Specifically, as shown in FIG. 3, in the normal combustion cycle, the deviation rate of the actually measured value from the estimated value of the in-cylinder pressure is as high as within 3%.
一方、異常燃焼サイクルであるプレイグニッション発生サイクルにおいては、筒内圧の推定値に対する実測値は、図4に示すように大きく乖離する。図4は、正常燃焼時と異常燃焼時とにおける筒内圧の推定値に対する実測値の圧力乖離量を説明するための図である。図4に示す通り、異常燃焼時には、基準点火時期前において推定値に対して実測値が大幅に高まり乖離する。ここで、異常燃焼が生じる区間(以下、異常燃焼判定区間という。)は、基準点火時期の直前区間であり、例えば、圧縮上死点前(BTDC:Before Top Dead Center)20deg以内である。異常燃焼判定区間における、筒内圧の推定値に対する実測値との圧力乖離率は、図3に示す通り3%以内と高精度であるため、推定値よりも実測値が高くなり、その乖離率が所定の閾値よりも大きい場合には、プレイグニッションによる異常燃焼が発生したと判定することとする。なお、本実施形態において、異常燃焼判定区間は、圧縮上死点前20degから基準点火時期までとする。 On the other hand, in the pre-ignition generation cycle which is an abnormal combustion cycle, the actual measurement value with respect to the estimated value of the in-cylinder pressure largely deviates as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the pressure divergence amount of the actually measured value with respect to the estimated value of the in-cylinder pressure during normal combustion and abnormal combustion. As shown in FIG. 4, at the time of abnormal combustion, the measured value greatly increases and deviates from the estimated value before the reference ignition timing. Here, a section in which abnormal combustion occurs (hereinafter referred to as abnormal combustion determination section) is a section immediately before the reference ignition timing, and is, for example, within 20 degrees before compression top dead center (BTDC). In the abnormal combustion determination section, the pressure divergence rate between the estimated value of the in-cylinder pressure and the actually measured value is as high as 3% or less as shown in FIG. 3, so the actually measured value is higher than the estimated value, and the divergence rate is When it is larger than the predetermined threshold, it is determined that abnormal combustion due to pre-ignition has occurred. In the present embodiment, the abnormal combustion determination period is from 20 deg before compression top dead center to the reference ignition timing.
そこで、本実施形態の第1の処理では、(1)式に基づいて算出される筒内圧の推定値と、筒内圧センサ13により計測される実測値とを比較し、基準点火時期前に推定値よりも実測値が高くなり、推定値に対する実測値の乖離率が所定の閾値よりも大きくなった場合には、現サイクルの当該気筒において、プレイグニッションによる異常燃焼が発生すると判定することとした。
Therefore, in the first process of the present embodiment, the estimated value of the in-cylinder pressure calculated based on the equation (1) is compared with the actually measured value measured by the in-
第1の処理によれば、簡易な筒内圧推定を用いて、点火プラグによる点火前に、異常燃焼が発生することを予測することができる。そのため、現サイクルの当該気筒において、後述する第2〜第3の処理を好適に実施することが可能となる。また、異常燃焼判定区間を、圧縮上死点前20degから基準点火時期までとすることで、ECU50の処理量を低減することができる。
According to the first process, it is possible to predict that abnormal combustion will occur before ignition by the spark plug, using simple in-cylinder pressure estimation. Therefore, the second to third processes described later can be suitably performed in the cylinder in the current cycle. Further, by setting the abnormal combustion determination section from 20 deg before compression top dead center to the reference ignition timing, the processing amount of the
(第2の処理)
次に、本実施形態のシステムにおける第2の処理について図5〜図6を用いて説明する。第2の処理は、点火プラグ14の火種以外で着火する異常燃焼が生じた場合に、エンジンの破損を防止するために実施される異常燃焼発生後の処理である。
(Second process)
Next, the second process in the system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The second process is a process after the occurrence of abnormal combustion that is performed in order to prevent the engine from being damaged when an abnormal combustion that ignites other than the ignition type of the
図5は、ピストン冠面の外縁部において、プレイグニッションが発生し、その後、点火プラグ14により火花点火される状況を表した概念図である。プレイグニッションによる着火後、さらに基準点火時期において火花点火による着火がされれば、既に着火されているにも関わらず、火花点火エネルギーが余分に与えられることとなる。余分な点火エネルギーが与えられることで、複数箇所で急速な火炎伝搬が生じることとなる。その結果、筒内圧が大きく上昇するため、エンジンの耐久性を悪化させる原因となる。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a situation in which pre-ignition occurs at the outer edge portion of the piston crown surface and then spark ignition is performed by the
そこで、本実施形態の第2の処理では、上述の第1の処理により基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合には、現サイクルの当該気筒において、点火プラグ14による火花点火をカットすることとした。
Therefore, in the second process of the present embodiment, when it is determined by the first process described above that abnormal combustion occurs before the reference ignition timing, spark ignition by the
第2の処理によれば、プレイグニッション発生時には、点火プラグによる火花点火をカットすることで、余分なエネルギーを投入することなく、プレイグニッションによる着火を火炎形成のためのエネルギーとすることができる。図6は、点火カット時の筒内圧の変化を示す図である。図6に示すように、点火カットを実施することにより、複数箇所での急速な燃焼を回避しつつ、筒内圧の過度な上昇を抑制することができる。そのため、エンジンの破損を防止することができる。 According to the second process, when pre-ignition occurs, the spark ignition by the spark plug is cut, so that ignition by pre-ignition can be used as energy for forming a flame without adding extra energy. FIG. 6 is a diagram showing a change in the in-cylinder pressure at the time of ignition cut. As shown in FIG. 6, by performing the ignition cut, it is possible to suppress an excessive increase in the in-cylinder pressure while avoiding rapid combustion at a plurality of locations. Therefore, damage to the engine can be prevented.
(第3の処理)
続いて、本実施形態のシステムにおける第3の処理について図7を用いて説明する。第3の処理は、点火プラグ14の火種以外で着火する異常燃焼が生じた場合に、エンジンの破損を防止しつつ、スタート触媒24の過熱(OT)を抑制するために実施される異常燃焼発生後の処理である。
(Third process)
Subsequently, a third process in the system of the present embodiment will be described with reference to FIG. The third process is the occurrence of abnormal combustion that is performed in order to suppress overheating (OT) of the
図7は、正常燃焼サイクルにおける燃焼割合の変化を説明するための図である。実線60は、筒内圧の変化を表す線である。実線62は、混合気が正常に燃焼される場合の燃焼割合の変化を表す線である。実線62に表されるように、混合気は、基準点火時期において着火後、圧縮行程の上死点後(ATDC:After Top Dead Center)90degまでに、ほぼ完全に燃焼される。一方、火炎伝搬不良が生じた場合には、筒内に未燃ガスが残ることとなる。この未燃ガスが、排気通路18に流入すれば、スタート触媒24の過熱の原因となる。特に、第2の処理を用いて点火カットを実施する場合には、筒内圧の上昇を抑制できる反面、点火エネルギーの不足により火炎伝搬不良が生じ易く、未燃ガスが残る可能性が高くなる。そのため、第2の処理を用いる場合には、特にスタート触媒24の過熱が懸念される。
FIG. 7 is a diagram for explaining the change in the combustion ratio in the normal combustion cycle. A
そこで、本実施形態の第3の処理では、上述の第1の処理により基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合であって、燃焼行程中の所定クランク角における筒内圧センサ13の実測値に基づく筒内の実熱発生量が、燃料噴射量に基づく筒内の理想熱発生量の所定割合よりも低い場合には、燃焼行程の下死点近傍で点火プラグ14による火花点火を実施することとした。
Therefore, in the third process of the present embodiment, when it is determined by the first process described above that abnormal combustion occurs before the reference ignition timing, the in-
第3の処理によれば、異常燃焼発生時に生じる火炎伝搬不良による燃焼割合の低下を検出し、未燃ガスへの再点火を実施することができる。そのため、未燃ガスが排気通路18に流入し、スタート触媒24の床温が過熱されることを未然に防止することができる。特に、第2の処理と併用することにより、筒内圧の上昇を抑制しつつ、スタート触媒の過熱も防止することができるため、エンジンの破損を効果的に防止することができる。
According to the third process, it is possible to detect a decrease in the combustion ratio due to defective flame propagation that occurs when abnormal combustion occurs, and to reignite the unburned gas. Therefore, it is possible to prevent the unburned gas from flowing into the
(制御ルーチン)
図8は、上述の動作を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、サイクル毎、気筒毎に実施される。図8に示すルーチンでは、まず、ステップ100において、プレイグニッションによる異常燃焼が発生するか否かを判定する。
(Control routine)
FIG. 8 is a flowchart of a control routine executed by the
この異常燃焼判定処理として、上述した第1の処理が用いられる。具体的には、まず、筒内圧センサ13により吸気行程下死点での筒内圧P0が吸気管圧力として取得される。ECU50には、クランク角と燃焼室容積Vとの関係マップが予め記憶されている。そして、下死点における燃焼室容積V0と、上述の筒内圧P0及び(1)式に基づいて、現在のクランク角における推定筒内圧Peが逐次算出される。また、筒内圧センサ13により実筒内圧Prが逐次検出される。そして、基準点火時期前に推定筒内圧Peよりも実筒内圧Prが高くなり、推定筒内圧Peに対する実筒内圧Prの乖離率が所定の閾値αよりも大きくなった場合には、現サイクルの当該気筒において、プレイグニッションが発生すると判定する。閾値αとしては、例えば3σが用いられる。σは負荷毎に定めた圧力ばらつきに関する適合値である。なお、異常燃焼判定処理を実施する区間は、圧縮上死点前20degから基準点火時期までとする。
As the abnormal combustion determination process, the first process described above is used. Specifically, first, the in-cylinder pressure P 0 at the intake stroke bottom dead center is acquired by the in-
ステップ100においてプレイグニッションが発生すると判定された場合には、次に、ステップ110において、上述した第2の処理が行われる。具体的には、ECU50は、現サイクルの当該気筒において、点火プラグ14による火花点火をカットする。
If it is determined in
その後、ステップ120〜ステップ150において、上述した第3の処理が行われる。まず、ステップ120において、燃料噴射量に応じた筒内の理想熱発生量が算出される。具体的には、ECU50には、燃料噴射量と、当該燃料噴射量が完全燃焼した場合の理想熱発生量との関係を運転条件毎に実験等により定めた関係マップが記憶されている。この関係マップから燃料噴射量に応じた理想熱発生量が算出される。なお、燃料噴射量はインジェクタ12への制御値から算出される。
Thereafter, in
ステップ130において、燃焼行程中の所定クランク角における実筒内圧Prに応じた筒内の実熱発生量が算出される。具体的には、ECU50には、筒内圧と実熱発生量との関係を運転条件毎に実験等により定めた関係マップが記憶されている。この関係マップから、筒内圧センサ13により計測された燃焼行程中の所定クランク角における実筒内圧Prに応じた実熱発生量が算出される。なお、燃焼行程中の所定クランク角としては、例えば、下死点前60degが用いられる。発明者の知見によれば、下死点前60degは、熱発生量の傾きが変化する交点となり、値として妥当である。
In
そして、ステップ140において、実熱発生量/理想熱発生量×100が閾値β(%)よりも低いか否かが判定される。閾値βは、火炎伝搬不良を判定するための判定値である。閾値βとしては、閾値βは、図7の実線60に示すように、およそ最大筒内圧における燃焼割合となるため、60〜70%が値として妥当である。
In
ステップ140における判定条件が成立する場合には、点火エネルギー不足により火炎伝搬不良が生じ、燃焼が悪化したと判断できる。そこで、ECU50は、ステップ150において、排気行程前の下死点近傍において、点火プラグ14による火花点火を実施する。その後、本ルーチンの処理は終了される。なお、ステップ100又はステップ140における判定条件が成立しない場合には、本ルーチンの処理は終了される。
If the determination condition in
以上説明したように、図8に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生を予測し、点火カットを実施することができる。そのため、異常燃焼が発生しても、点火エネルギーを抑制することができ、エンジンの破損を防ぐことができる。さらに、本ルーチンによれば、点火カットにより火炎伝搬不良が生じ、未燃ガスが残留する場合であっても、排気行程前に再点火させることができる。そのため、排気通路18への未燃ガス流入によるスタート触媒24の過熱を防止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、エンジン耐久性とエミッションの向上を図ることができる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 8, it is possible to predict the occurrence of pre-ignition and perform the ignition cut. Therefore, even if abnormal combustion occurs, ignition energy can be suppressed and engine damage can be prevented. Furthermore, according to this routine, even if flame propagation failure occurs due to ignition cut and unburned gas remains, reignition can be performed before the exhaust stroke. Therefore, overheating of the
ところで、上述した実施の形態1のシステムにおいては、第3の処理を、第1の処理及び第2の処理と併用することとしているが、これに限定されるものではない。例えば、第3の処理単体、又は第1の処理及び第2の処理のいずれか一方と併用することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 By the way, in the system of the first embodiment described above, the third process is used in combination with the first process and the second process, but the present invention is not limited to this. For example, the third process alone or the first process and the second process may be used in combination. This point is the same in the following embodiments.
また、上述した実施の形態1のシステムにおいては、第1の処理における異常燃焼判定区間を、圧縮上死点前20degから基準点火時期までとしているが、これに限定されるものではない。例えば、異常燃焼判定区間を、吸気行程の下死点から基準点火時期までとしてもよい。 In the system of the first embodiment described above, the abnormal combustion determination section in the first process is set from 20 deg before compression top dead center to the reference ignition timing, but is not limited to this. For example, the abnormal combustion determination section may be from the bottom dead center of the intake stroke to the reference ignition timing.
尚、上述した実施の形態1においては、筒内圧センサ13が前記第1の発明における「筒内圧センサ」に相当している。また、ここでは、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第2の発明における「推定筒内圧算出手段」及び「異常燃焼判定手段」が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第3の発明における「点火カット手段」が、上記ステップ120の処理を実行することにより前記第1の発明における「理想熱発生量取得手段」が、上記ステップ130の処理を実行することにより前記第1の発明における「実熱発生量算出手段」が、上記ステップ140の処理を実行することにより前記第1の発明における「熱発生量判定手段」が、上記ステップ150の処理を実行することにより前記第1の発明における「遅角点火手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the in-
実施の形態2.
[実施の形態2のシステム構成]
次に、図9〜図10を参照して本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは図1に示す構成において、ECU50に後述する図9のルーチンを実施させることで実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[System Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
[実施の形態2における特徴的制御]
上述した実施の形態1では、第1の処理によりプレイグニッションの発生を点火プラグ14による基準点火時期前に判定することができる。ところで、異常燃焼は様々な要因で発生する。例えば、オイル溜まり等による異常燃焼発生頻度上昇を考慮すると、異常燃焼が短時間に連続して発生する可能性がある。また、プレイグニッションだけでなく、点火プラグ14による点火直後に大きなノッキングが発生する可能性も考えられる。具体的には、上述した図4に示すように、異常燃焼が発生すると判定される時期は、基準点火時期と非常に近接する場合がある。また、発明者の知見によれば、点火時期と交差する場合もある。このような異常燃焼は、低回転高負荷領域などの運転領域(異常燃焼発生領域)において顕著となる。
[Characteristic Control in Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the occurrence of pre-ignition can be determined by the first process before the reference ignition timing by the
そこで、本実施形態のシステムでは、異常燃焼発生領域において基準点火時期を遅角することとした。 Therefore, in the system of the present embodiment, the reference ignition timing is retarded in the abnormal combustion occurrence region.
(制御ルーチン)
図9は、上述の機能を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ100の前に、ステップ200の処理が追加されている点を除き、図8に示すルーチンと同様である。以下、図9において、図8に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
(Control routine)
FIG. 9 is a flowchart of a control routine executed by the
図9に示すルーチンでは、ステップ200において、まず、運転領域が異常燃焼発生領域であるか否かが判定される。例えば、運転領域が低回転高負荷である場合には、異常燃焼発生領域にあると判定される。異常燃焼発生領域は、内燃機関によって異なり実験等に基づく条件値がECU50に予め記憶されている。そして、異常燃焼発生領域であると判定された場合には、ECU50は、前記基準点火時期を遅角する。具体的には、ECU50は、図10に示すトルクと点火時期との関係を示した関係マップを記憶している。この係マップから要求トルクを満たす範囲で基準点火時期の遅角量が算出される。
In the routine shown in FIG. 9, first, in
以上説明したように、図9に示すルーチンによれば、運転領域に応じて基本点火時期を遅角することで、異常燃焼を判定できる終期を遅くすることができる。そのため、基準点火時期前に異常燃焼を判定できる範囲が広がり、圧縮上死点近傍で生じる異常燃焼も精度高く判定することができる。また、上述した実施の形態1の第2の処理(点火カット制御)を確実性高く実施することができるため、エンジンの破損を防止することができる。 As described above, according to the routine shown in FIG. 9, the final period at which abnormal combustion can be determined can be delayed by retarding the basic ignition timing in accordance with the operating region. Therefore, the range in which abnormal combustion can be determined before the reference ignition timing is widened, and abnormal combustion that occurs near the compression top dead center can also be determined with high accuracy. In addition, since the second process (ignition cut control) of the first embodiment described above can be performed with high certainty, engine damage can be prevented.
尚、上述した実施の形態2においては、ECU50が、上記ステップ200の処理を実行することにより前記第4の発明における「運転領域判定手段」及び「基準点火時期遅角手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
[実施の形態3のシステム構成]
次に、図11〜図12を参照して本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態のシステムは図1に示す構成において、ECU50に後述する図12のルーチンを実施させることで実現することができる。
Embodiment 3 FIG.
[System Configuration of Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
[実施の形態3における特徴的構成]
上述した実施の形態1では、基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合には、第2の処理により、点火プラグ14による点火をカットする点火カット制御を実施し、エンジンの破損を防止することができる。しかしながら、点火カット制御を実施することによって、未燃ガスが発生したり、ドライバビリティが悪化したりする場合も考えられる。エンジンの破損を防止すると共に、これらの課題を解決できることがより望ましい。
[Characteristic Configuration in Embodiment 3]
In the first embodiment described above, when it is determined that abnormal combustion occurs before the reference ignition timing, ignition cut control for cutting off the ignition by the
次に、このような課題を解決する本実施形態の制御概要について図11を用いて説明する。図11は、熱発生位置と筒内圧の最大値との関係を示す図である。図11に示すように、吸入空気量及び空燃比が一定であれば、筒内圧の最大値の感度は、熱発生位置(着火時期)に大きな感度がある。発明者の知見によれば、吸気温度と筒内空気量とに基づいて圧縮端温度を推定することで、この圧縮端温度と着火時期とから筒内圧の最大値を簡易に推定することが可能となることが分かった。 Next, an outline of control of this embodiment that solves such a problem will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the heat generation position and the maximum value of the in-cylinder pressure. As shown in FIG. 11, if the intake air amount and the air-fuel ratio are constant, the sensitivity of the maximum value of the in-cylinder pressure has a large sensitivity at the heat generation position (ignition timing). According to the inventor's knowledge, it is possible to easily estimate the maximum value of the in-cylinder pressure from the compression end temperature and the ignition timing by estimating the compression end temperature based on the intake air temperature and the in-cylinder air amount. I found out that
そこで、本実施の形態のシステムでは、まず、異常燃焼が発生すると判定された着火時期と圧縮端温度とから筒内圧の最大値を推定する。そして、推定された筒内圧の最大値が、エンジンの耐久性に関する設定値以下である場合には、上述の点火カット制御を実施しないこととした。一方、設定値よりも大きい場合には、上述の点火カット制御を実施することとした。 Therefore, in the system of the present embodiment, first, the maximum value of the in-cylinder pressure is estimated from the ignition timing at which abnormal combustion is determined to occur and the compression end temperature. Then, when the estimated maximum value of the in-cylinder pressure is equal to or less than a set value related to engine durability, the above-described ignition cut control is not performed. On the other hand, when it is larger than the set value, the above-described ignition cut control is performed.
図12は、上述の機能を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ100とステップ110との間に、ステップ300〜ステップ320の処理が追加されている点を除き、図9に示すルーチンと同様である。以下、図12において、図9に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
FIG. 12 is a flowchart of a control routine executed by the
図12に示すルーチンでは、まず、ステップ300において、異常燃焼が発生すると判定された際の着火時期と、圧縮端温度とを取得する。ここで、着火時期は、上述のステップ100における異常判定時のクランク角である。圧縮端温度は、筒内吸気量と吸気温度に基づいて状態方程式から算出することができる。
In the routine shown in FIG. 12, first, in
次に、ステップ310において、現サイクルの当該気筒における最大筒内圧を推定する。具体的には、ECU50は、上述した図12に示す熱発生位置(着火時期)と筒内圧の最大値との関係を示した関係マップを圧縮端温度毎に記憶している。ステップ300で取得した圧縮端温度と着火時期を用いて、この関係マップから、現サイクルの当該気筒における最大筒内圧Pmaxを推定する。
Next, in
続いて、ステップ310において推定した最大筒内圧Pmaxが、エンジンの設計要件(安全率を含む)によって定まる設定値よりも大きいか否かが判定される(ステップ320)。推定した最大筒内圧Pmaxが設定値よりも大きい場合には、点火カットを実施すべくステップ200以降の処理を実施する。一方、この設定値よりも低い場合には、点火カットを実施せずに、本ルーチンの処理を終了する。
Subsequently, it is determined whether the maximum in-cylinder pressure Pmax estimated in
以上説明したように、図12に示すルーチンによれば、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、推定した最大筒内圧Pmaxが設定値以下である場合には、点火カット制御を実施しない。そのため、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、エンジンの耐久性が十分に確保されている状況下においては、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、推定した最大筒内圧Pmaxが設定値よりも高い場合には、点火カット制御を確実に実施することができるため、エンジンの破損を防止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、エンジンの破損を防止しつつ、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。 As described above, according to the routine shown in FIG. 12, the ignition cut control is performed when the estimated maximum in-cylinder pressure Pmax is equal to or lower than the set value even when it is determined that abnormal combustion occurs. do not do. Therefore, even if it is determined that abnormal combustion occurs, under conditions where the durability of the engine is sufficiently ensured, it is possible to suppress overheating of the catalyst and deterioration of drivability due to unburned gas. . Further, when the estimated maximum in-cylinder pressure Pmax is higher than the set value, the ignition cut control can be performed with certainty, so that the engine can be prevented from being damaged. For this reason, according to the system of the present embodiment, it is possible to minimize overheating of the catalyst and deterioration of drivability due to unburned gas while preventing damage to the engine.
尚、上述した実施の形態3においては、ECU50が、上記ステップ310の処理を実行することにより前記第5の発明における「最大筒内圧推定手段」が、上記ステップ320の処理を実行することにより前記第5の発明における「耐久性判定手段」が、それぞれ実現されている。
In the third embodiment described above, the
10 内燃機関
12 インジェクタ
13 筒内圧センサ
14 点火プラグ
18 排気通路
20 ターボ過給機
22 吸気通路
24 スタート触媒
26 エアフローメータ
30 スロットルバルブ
34 吸気圧力センサ
42 クランク角センサ
44 空燃比センサ
46 吸気温度センサ
50 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
燃焼行程中の所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値に基づいて、筒内の実熱発生量を算出する実熱発生量算出手段と、
燃料噴射量に基づいて、筒内の理想熱発生量を取得する理想熱発生量取得手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低いか否かを判定する熱発生量判定手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させる遅角点火手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An in-cylinder pressure sensor for measuring the in-cylinder pressure;
An actual heat generation amount calculating means for calculating an actual heat generation amount in the cylinder based on an actual measurement value of the in-cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle during a combustion stroke;
An ideal heat generation amount acquisition means for acquiring an ideal heat generation amount in the cylinder based on the fuel injection amount;
Heat generation amount determination means for determining whether the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount;
Retard ignition means for igniting the spark plug near the bottom dead center before the exhaust stroke when the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記基準点火時期までの所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値が、前記推定筒内圧算出手段により算出される推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定する異常燃焼判定手段と、を更に備え、
前記遅角点火手段は、前記異常燃焼が発生すると判定された場合であって、前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させること、
を特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 An estimated in-cylinder pressure calculating means for calculating an estimated value of the in-cylinder pressure that changes until the ignition timing by the spark plug (hereinafter referred to as a reference ignition timing) based on the intake pipe pressure;
Abnormal combustion determination that determines that abnormal combustion occurs when the measured value of the in-cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle up to the reference ignition timing is higher than the estimated value calculated by the estimated in-cylinder pressure calculating means by a predetermined value or more. Means further comprising:
The retard ignition means is in the vicinity of the bottom dead center before the exhaust stroke when it is determined that the abnormal combustion occurs and the actual heat generation amount is lower than a predetermined ratio of the ideal heat generation amount. Igniting the spark plug,
The control device for an internal combustion engine according to claim 1.
を特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。 When it is determined that the abnormal combustion occurs, further comprising ignition cut means for cutting ignition by the spark plug at the reference ignition timing;
The control device for an internal combustion engine according to claim 2.
前記異常燃焼発生領域である場合に、前記基準点火時期を遅角する基準点火時期遅角手段を更に備えること、を特徴とする請求項2又は3記載の内燃機関の制御装置。 Operation region determination means for determining whether or not the operation region is an abnormal combustion occurrence region;
4. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising reference ignition timing retarding means for retarding the reference ignition timing in the abnormal combustion occurrence region.
前記筒内圧の最大値が、内燃機関の耐久性に関する設定値よりも大きいか否かを判定する耐久性判定手段と、を更に備え、
前記点火カット手段は、前記筒内圧の最大値が前記設定値よりも大きい場合であって、前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすること、
を特徴とする請求項3又は4記載の内燃機関の制御装置。 Maximum in-cylinder pressure estimating means for estimating the maximum value of in-cylinder pressure based on the crank angle and the compression end temperature determined to cause the abnormal combustion;
Durability determination means for determining whether the maximum value of the in-cylinder pressure is larger than a set value related to the durability of the internal combustion engine;
The ignition cut means cuts the ignition by the spark plug at the reference ignition timing when it is determined that the abnormal combustion occurs when the maximum value of the in-cylinder pressure is larger than the set value;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized by the above.
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