JP2012180817A - Device for calculating air-fuel ratio of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の空燃比算出装置に関し、より詳細には、筒内圧を用いて空燃比を算出する内燃機関の空燃比算出装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine that calculates an air-fuel ratio using in-cylinder pressure.
従来、例えば特許文献1には、吸気弁閉弁時点における筒内圧と筒内温度とから算出した筒内吸入空気量と、筒内圧を用いて算出した発熱量とを用いて、筒内で燃焼した混合気の空燃比を算出する空燃比算出装置が開示されている。この空燃比算出装置においては、具体的に、筒内圧から筒内での熱発生率を算出し、次いで、この熱発生率を燃焼期間中に亘って積分することにより発熱量を求め、次いで、この発熱量から燃料中に含まれている水分等の蒸発に必要な潜熱を差し引いて筒内供給燃料量を求め、最後に、この筒内供給燃料量を筒内吸入空気量で除算することにより空燃比を算出している。
Conventionally, for example, in
また、例えば特許文献2には、筒内で燃焼した混合気の空燃比と、発熱量との関係が示されている。具体的には、空燃比が理論空燃比よりも燃料リーン側では、燃料リーンになるほど発熱量が低下し、一方、空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側では、空燃比が変化しても発熱量の変化は殆ど変化しないとされている。
Further, for example,
しかしながら、空燃比と発熱量との実際の関係は、特許文献2に示された関係とは異なる。即ち、空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側になるほど発熱量が低下する。この理由は、燃料量が増加すれば燃焼が悪化し、気化潜熱もより多く必要となるからである。そのため、発熱量と空燃比との関係は、ピークを有する特性曲線で表されることになるので、燃料リーン側の発熱量と燃料リッチ側の発熱量とが等しくなる場合がある。従って、このような関係に基づいて、特許文献1の手法に従って発熱量から空燃比を求めようとすると、実際にはリッチ側の空燃比であるにも関わらず、リーン側の空燃比として算出してしまう可能性があった。
However, the actual relationship between the air-fuel ratio and the calorific value is different from the relationship shown in
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ある。即ち、燃料リッチ側における特性変化の影響を考慮して、精度高く空燃比を算出可能な内燃機関の空燃比算出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. That is, an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine that can calculate the air-fuel ratio with high accuracy in consideration of the effect of characteristic changes on the fuel rich side.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比算出装置であって、
内燃機関の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記筒内圧を用いて、筒内での熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
前記内燃機関の筒内要求燃料量を強制的に変更する燃料量変更手段と、
前記筒内要求燃料量の強制的な変更前後のサイクルにおける前記熱発生率を用いて、筒内で燃焼した混合気の空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを判定する空燃比域判定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine,
In-cylinder pressure acquisition means for acquiring the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
Using the in-cylinder pressure, heat generation rate calculating means for calculating the heat generation rate in the cylinder,
Fuel amount changing means for forcibly changing the in-cylinder required fuel amount of the internal combustion engine;
Using the heat generation rate in the cycle before and after the forced change of the in-cylinder required fuel amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the cylinder is on the fuel rich side or on the fuel lean side with respect to the stoichiometric air fuel ratio. An air-fuel ratio region determining means for determining whether there is,
It is characterized by providing.
第2の発明は、第1の発明において、
前記筒内要求燃料量の非変更時における前記熱発生率から求めた発熱量が、前記筒内要求燃料量を供給した際に前記内燃機関の最大出力を発生させる出力空燃比に対応する発熱量よりも小さい場合には、前記筒内要求燃料量の強制的な変更を禁止することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The calorific value obtained from the heat generation rate when the in-cylinder required fuel amount is not changed corresponds to an output air-fuel ratio that generates the maximum output of the internal combustion engine when the in-cylinder required fuel amount is supplied. If it is smaller than this, forcible change of the in-cylinder required fuel amount is prohibited.
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記燃料量変更手段は、前記筒内要求燃料量の強制的な変更としての燃料増量および燃料減量をサイクル毎に切り替え、
前記空燃比域判定手段は、前記燃料増量時における前記熱発生率から求めた発熱量の履歴と、前記燃料減量時における前記熱発生率から求めた発熱量の履歴とを用いて、筒内で燃焼した混合気の空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを判定することを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The fuel amount changing means switches fuel increase and fuel decrease as a forced change of the in-cylinder required fuel amount for each cycle,
The air-fuel ratio region determining means uses a heat generation history obtained from the heat generation rate at the time of fuel increase and a heat generation history obtained from the heat generation rate at the time of fuel reduction to generate It is determined whether the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture is on the fuel rich side or the fuel lean side with respect to the stoichiometric air fuel ratio.
第4の発明は、第1乃至第3何れか1つの発明において、
前記内燃機関は複数の気筒を有し、
前記燃料量変更手段は、1サイクルにおける前記筒内要求燃料量の強制的な変更としての燃料増量および燃料減量を、隣り合う気筒間で逆転させることを特徴とする。
A fourth invention is any one of the first to third inventions,
The internal combustion engine has a plurality of cylinders;
The fuel amount changing means reverses fuel increase and fuel decrease as a forced change of the in-cylinder required fuel amount in one cycle between adjacent cylinders.
第1の発明によれば、筒内要求燃料量の強制的な変更前後のサイクルにおける熱発生率を用いて、空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを判定できる。あるサイクルでの空燃比が理論空燃比よりも燃料リーン側の場合、筒内要求燃料量を強制的に増やせば、次サイクルでは燃料が増えた分だけ熱発生率が増加し、筒内要求燃料量を強制的に減らせば燃料が減った分だけ熱発生率が減少する。一方、あるサイクルでの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側の場合、筒内要求燃料量を強制的に増やせば、次サイクルでは燃焼悪化等により熱発生率が減少し、筒内要求燃料量を強制的に減らせば燃料が減った分だけ燃焼悪化等の影響が緩和されるので熱発生率が増加する。従って、筒内要求燃料量の強制的な変更前後のサイクルにおける熱発生率を用いれば、燃料リッチ側における燃焼特性変化の影響を考慮した上で、精度高く空燃比を算出できる。 According to the first invention, whether the air-fuel ratio is on the fuel-rich side or the fuel-lean side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, using the heat generation rate in the cycle before and after the forced change of the in-cylinder required fuel amount. Can be determined. When the air-fuel ratio in a certain cycle is on the fuel lean side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, if the in-cylinder required fuel amount is forcibly increased, the heat generation rate will increase by the amount of fuel in the next cycle, and the in-cylinder required fuel will increase. If the amount is forcibly reduced, the heat generation rate is reduced by the amount of fuel. On the other hand, if the air-fuel ratio in a certain cycle is fuel richer than the stoichiometric air-fuel ratio, if the in-cylinder required fuel amount is forcibly increased, the heat generation rate will decrease in the next cycle due to combustion deterioration, etc. If the amount is forcibly reduced, the effect of combustion deterioration is alleviated by the amount of fuel reduction, so the heat generation rate increases. Therefore, if the heat generation rate in the cycle before and after the forced change of the in-cylinder required fuel amount is used, the air-fuel ratio can be calculated with high accuracy in consideration of the influence of the combustion characteristic change on the fuel rich side.
第2の発明によれば、筒内要求燃料量の非変更時における熱発生率から求めた発熱量が、出力空燃比に対応する発熱量よりも小さい場合に、筒内要求燃料量の変更を禁止できる。出力空燃比を超える燃料は、発熱量に原理的に寄与しないので、出力空燃比に対応する発熱量よりも小さい場合は、燃料リーン側の発熱量と燃料リッチ側の発熱量が等しくなることはない。従って、空燃比域の判定に要する処理負担を軽減できる。 According to the second invention, when the calorific value obtained from the heat generation rate when the in-cylinder required fuel amount is not changed is smaller than the calorific value corresponding to the output air-fuel ratio, the in-cylinder required fuel amount is changed. Can be prohibited. Since the fuel exceeding the output air-fuel ratio does not contribute to the calorific value in principle, if the calorific value corresponding to the output air-fuel ratio is smaller than the calorific value on the fuel lean side, the calorific value on the fuel rich side will not be equal. Absent. Therefore, the processing burden required for determining the air-fuel ratio range can be reduced.
筒内要求燃料量を強制的に変更するとトルク変動が生じる場合があり、このトルク変動を抑えるために燃料の変更量を少量にすれば、筒内圧取得手段から取得する筒内圧の感度がそれだけ低下する。この点、第3の発明によれば、燃料増量時における熱発生率から求めた発熱量の履歴と、燃料減量時における熱発生率から求めた発熱量の履歴とを用いるので、燃料の変更量を少量とすることによる筒内圧の感度の低下分を補償できる。従って、発熱量の算出精度を担保でき、空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを精度高く判定できる。 If the required amount of fuel in the cylinder is forcibly changed, torque fluctuations may occur. If the amount of change in the fuel is reduced to suppress this torque fluctuation, the sensitivity of the in-cylinder pressure acquired from the in-cylinder pressure acquisition means will be reduced accordingly. To do. In this regard, according to the third aspect of the invention, since the history of the calorific value obtained from the heat generation rate at the time of fuel increase and the history of the calorific value obtained from the heat generation rate at the time of fuel reduction are used, the change amount of fuel A decrease in the sensitivity of the in-cylinder pressure due to a small amount of can be compensated. Accordingly, the calculation accuracy of the calorific value can be ensured, and it can be determined with high accuracy whether the air-fuel ratio is on the fuel rich side or the fuel lean side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio.
上述したように、筒内要求燃料量を強制的に変更するとトルク変動が生じる場合がある。この点、第4の発明によれば、1サイクルにおける筒内要求燃料量の強制的な変更とし燃料増量および燃料減量を、隣り合う気筒間で逆転させるので、1サイクルにおけるトルク変動を低減することができる。 As described above, torque fluctuation may occur when the in-cylinder required fuel amount is forcibly changed. In this regard, according to the fourth aspect of the present invention, the amount of fuel required for in-cylinder in one cycle is forcibly changed, and the fuel increase and decrease are reversed between adjacent cylinders, so torque fluctuation in one cycle is reduced. Can do.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
以下、図1乃至図7を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン10を備えている。エンジン10は、直列4気筒型エンジン(爆発順序は#1→#3→#4→#2)であるが、図1には、そのうちの1気筒として気筒12のみを示している。
[Description of system configuration]
Hereinafter,
エンジン10は、内部にピストン14を有するシリンダブロック16を備えている。ピストン14は、クランク機構を介してクランクシャフト18と接続されている。クランクシャフト18の近傍には、クランク角センサ20が設けられている。クランク角センサ20は、クランクシャフト18の回転角(クランク角)を検出するように構成されている。
The
シリンダブロック16の上部にはシリンダヘッド22が組み付けられている。ピストン14上面からシリンダヘッド22までの空間は燃焼室24を形成している。シリンダヘッド22には、燃焼室24内の圧力(以下、「筒内圧P」という。)を検出する筒内圧センサ26が設けられている。また、シリンダヘッド22には、燃焼室24内に直接燃料を噴射する電子制御式のインジェクタ28が設けられている。また、シリンダヘッド22には、燃焼室24内の混合気に点火する点火プラグ30が設けられている。
A
シリンダヘッド22は、燃焼室24と連通する吸気ポート32を備えている。吸気ポート32と燃焼室24との接続部には吸気バルブ34が設けられている。吸気バルブ34は、可変バルブタイミング機構(以下、「VVT機構」という。)36により駆動されるものである。VVT機構36は、吸気バルブ34の開弁時期を変更可能に構成されている。より詳細には、VVT機構36は、該機構の構造により定まる最進角から最遅角までの範囲で、吸気バルブ34の開弁位相、作用角やリフト量を変更可能に構成されている。VVT機構36の近傍には、VVT機構36の作動量を検出するセンサ37が設けられている。吸気ポート32の上流には、エアフロメータ38が設けられている。エアフロメータ38は、吸入空気量を検出するように構成されている。
The
また、シリンダヘッド22は、燃焼室24と連通する排気ポート40を備えている。排気ポート40と燃焼室24との接続部には排気バルブ42が設けられている。排気バルブ42は、VVT機構44により駆動されるものである。VVT機構44は、VVT機構36同様、排気バルブ42の開弁位相、作用角やリフト量を変更可能に構成されている。VVT機構44の近傍には、VVT機構44の作動量を検出するセンサ45が設けられている。排気ポート40の下流には、排気ガスを浄化するための触媒46が配置されている。
The
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力側には、インジェクタ28、点火プラグ30、VVT機構36,44等が接続されている。ECU50の入力側には、クランク角センサ20、筒内圧センサ26、エアフロメータ38、センサ37,45等が接続されている。ECU50は、これらのセンサ信号に基づいて、インジェクタ28、点火プラグ30、VVT機構36,44といった各種アクチュエータを制御することができる。
Further, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as a control device. An
[筒内圧Pを用いた空燃比算出]
ところで、本実施の形態においては、サイクル毎に、筒内での発熱量Qを筒内圧センサ26により検出した筒内圧Pから算出し、この発熱量Qに基づいて、燃焼した混合気の空燃比(A/F)を算出する。このA/F算出方法について、図2を参照しながら説明する。図2は、圧縮行程および爆発行程における筒内圧Pおよび発熱量Qの関係を示すグラフである。
[Air-fuel ratio calculation using in-cylinder pressure P]
By the way, in the present embodiment, the calorific value Q in the cylinder is calculated from the in-cylinder pressure P detected by the in-
図2の上段に示すように、吸気バルブ(Inバルブ)36の閉弁後は、ピストン14の上昇に伴い筒内の気体が圧縮されるので筒内圧Pが上昇する。そして、上死点TDCよりもやや前で筒内の混合気を点火すると、筒内圧Pは、燃料の燃焼により急激に増加して最大値に到達し、その後はピストン14の下降に伴い減少する。発熱量Qは、筒内へ噴射された燃料の燃焼により生じるものであるため、図2の下段に示すように、燃焼が継続している間は増大し続け、燃焼が終了すると一定となる。この燃焼終了点において、発熱量Qは最大値をとる。
As shown in the upper part of FIG. 2, after the intake valve (In valve) 36 is closed, the cylinder pressure is increased because the cylinder gas is compressed as the
ここで、筒内において成立する熱力学的な関係式から、燃焼期間中のあるクランク角における熱発生率dQと筒内圧Pとの間には、下記式(1)が成立する。
dQ=W+dU
=PdV+nCVdT
=PdV+(1/κ−1)d(PV)
=(1/κ−1)(κPdV+VdP)
={1/(κ−1)Vκ−1}d(PVκ) ・・・(1)
上記式(1)において、Vは筒内容積であり、クランク角に応じて幾何学的に決定される値である。また、κは筒内ガスの比熱比(定数)である。
Here, from the thermodynamic relational expression established in the cylinder, the following expression (1) is established between the heat generation rate dQ and the cylinder pressure P at a certain crank angle during the combustion period.
dQ = W + dU
= PdV + nC V dT
= PdV + (1 / κ-1) d (PV)
= (1 / κ-1) (κPdV + VdP)
= {1 / (κ-1) V κ-1 } d (PV κ ) (1)
In the above formula (1), V is the in-cylinder volume and is a value determined geometrically according to the crank angle. Κ is the specific heat ratio (constant) of the in-cylinder gas.
ここで、発熱量Qは、熱発生率dQを吸気バルブ34の閉弁時から排気バルブ42の開弁時まで積分した値であり、この区間における熱発生率dQの積算値と近似できる。よって、筒内圧Pと発熱量Qとの間には、下記式(2)の関係が成立する。
Q={1/(κ−1)}Σ{Δ(PVκ)/Vκ−1} ・・・(2)
従って、クランク角毎の筒内圧Pが分かれば、上記式(2)を用いて発熱量Qを求めることができる。
Here, the heat generation amount Q is a value obtained by integrating the heat generation rate dQ from when the
Q = {1 / (κ-1)} Σ {Δ (PV κ ) / V κ-1 } (2)
Therefore, if the in-cylinder pressure P for each crank angle is known, the calorific value Q can be obtained using the above equation (2).
ここで、燃料1g当たりの発熱量として低位発熱量Qlhv(定数)と、吸気バルブ34の閉弁時において筒内に吸入された吸入空気量gaとを用いると、空燃比は下記式(3)で表すことができる。
A/F=(ga/Q)Qlhv ・・・(3)
従って、上記式(2)を用いて求めた発熱量Qに加え、吸気バルブ34の閉弁時における吸入空気量gaが分かれば、上記式(3)を用いて空燃比を求めることができる。
Here, if the lower heating value Q lhv (constant) is used as the heating value per 1 g of fuel and the intake air amount g a sucked into the cylinder when the
A / F = (g a / Q) Q lhv ··· (3)
Therefore, if the intake air amount g a when the
[実施の形態1の特徴]
図3は、上記式(2)を用いて求めた発熱量Qと、空燃比との相関を示したグラフである。図3に示すように、発熱量Qは、理論空燃比(14.7)付近で最大となり、その両側では低下する。吸入空気量gaが一定であると仮定すると、筒内に噴射する燃料量が少なければ発熱量Qが低下するので、燃料リーン側において発熱量Qが低下する。一方、燃料リッチ側においても、発熱量Qが低下する。これは、筒内に噴射する燃料量が多くなると燃焼が悪化し、気化潜熱もより多く必要となることに因る。従って、図3にA,Bで示すように、求めた発熱量Qの値がQ1の場合、空燃比が燃料リッチ側の値(A)か燃料リーン側の値(B)か分からなくなってしまう。
[Features of Embodiment 1]
FIG. 3 is a graph showing the correlation between the calorific value Q obtained using the above equation (2) and the air-fuel ratio. As shown in FIG. 3, the calorific value Q becomes maximum near the theoretical air-fuel ratio (14.7) and decreases on both sides thereof. Assuming that the intake air amount g a is constant, the heat generation amount Q decreases if the amount of fuel injected into the cylinder is small, and therefore the heat generation amount Q decreases on the fuel lean side. On the other hand, the calorific value Q also decreases on the fuel rich side. This is because when the amount of fuel injected into the cylinder increases, the combustion deteriorates and more latent heat of vaporization is required. Accordingly, as indicated by A, B in FIG. 3, if the value of the calorific value Q obtained is Q 1, no longer know the air-fuel ratio is on the fuel-rich side value (A) or fuel-lean side of the value (B) End up.
なお、発熱量Qは、既述した通り、筒内へ噴射された燃料の燃焼により生じたものであるので、出力空燃比(エンジンが最も大きな出力を発生させることができるような空燃比であり、例えば、12.5である。)を超える燃料は、発熱量Qに原理的に寄与しない。そのため、燃料リッチ側においては、発熱量Qの値が図3のQ2よりも小さければ、上記の様な問題は生じない。以上のことから、本実施の形態においては、発熱量Qの値が図3のQ2以上の場合に、筒内に噴射する燃料量を強制的に変化させて、その際に上記式(2)から求められる発熱量Qの変化特性から空燃比がどちらの領域にあるかを判定することとした(空燃比域判定制御)。 Since the calorific value Q is generated by the combustion of the fuel injected into the cylinder as described above, it is the output air-fuel ratio (the air-fuel ratio at which the engine can generate the largest output). For example, fuel exceeding 12.5) does not contribute to the calorific value Q in principle. Therefore, in the fuel-rich side, the value of the calorific value Q is less than Q 2 in FIG. 3, there is no above such problems. From the above, in this embodiment, if the value of the calorific value Q is Q 2 or more 3, forcibly changing the amount of fuel injected into the cylinder, the formula at that time (2 ) To determine which region the air-fuel ratio is in from the change characteristics of the calorific value Q obtained from (Air-fuel ratio region determination control).
この空燃比域判定制御は、別途実行中の燃料噴射制御において、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水の温度等に基づいて算出される燃料量(以下、「筒内要求燃料量」ともいう。)を強制的に増加または減少させることにより実行される。ここで、増加または減少させる燃料量は、筒内要求燃料量の±10%〜±100%の範囲内で予め設定されているものとする。 This air-fuel ratio range determination control is a fuel amount calculated based on the intake air amount, engine speed, engine coolant temperature, etc. in the fuel injection control that is being performed separately (hereinafter referred to as “in-cylinder required fuel amount”). Is forcibly increased or decreased. Here, the amount of fuel to be increased or decreased is set in advance within a range of ± 10% to ± 100% of the in-cylinder required fuel amount.
図4は、本実施の形態における空燃比域判定制御の一例を示した図である。本実施の形態においては、図4(A)〜(C)の各上段に示すように、筒内に噴射する燃料量を強制的に増やす。そうすると、同図(A)〜(C)の各中段に示すように、燃料の強制増量に伴って、発熱量Qは三通りに変化する。これらのうち、図4(A)の下段に示すように、増量前後のΔQ(=Qafter−Qbefore)の傾きが正となった場合には、図3の説明に従って空燃比が燃料リーン側であると判断できる。一方、図4(B)の下段に示すように、増量前後のΔQの傾きが負となった場合には、空燃比が燃料リッチ側であると判断できる。また、図4(C)の下段に示すように、増量前後でΔQが変化しない場合には、空燃比が出力空燃比であると判断できる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of air-fuel ratio range determination control in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in each upper stage of FIGS. 4A to 4C, the amount of fuel injected into the cylinder is forcibly increased. If it does so, as shown to each middle stage of the figure (A)-(C), calorific value Q will change to three kinds with the forced increase of fuel. Among these, as shown in the lower part of FIG. 4 (A), when the slope of ΔQ (= Q after −Q before ) before and after the increase is positive, the air-fuel ratio becomes the fuel lean side according to the explanation of FIG. It can be judged that. On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 4B, when the slope of ΔQ before and after the increase is negative, it can be determined that the air-fuel ratio is on the fuel rich side. Further, as shown in the lower part of FIG. 4C, when ΔQ does not change before and after the increase, it can be determined that the air-fuel ratio is the output air-fuel ratio.
なお、筒内に噴射する燃料量を強制的に減らした場合には、減量前後のΔQの傾きは、増量前後のΔQの傾きと逆の判断になる。即ち、ΔQが負となった場合には、空燃比が燃料リーン側であると判断でき、ΔQの傾きが正となった場合には、空燃比が燃料リッチ側であると判断できる。増量前後でΔQが変化しない場合については、増量前後のΔQ同様、空燃比が出力空燃比であると判断できる。 When the amount of fuel injected into the cylinder is forcibly reduced, the inclination of ΔQ before and after the decrease is determined to be opposite to the inclination of ΔQ before and after the increase. That is, when ΔQ becomes negative, it can be determined that the air-fuel ratio is on the fuel lean side, and when the slope of ΔQ is positive, it can be determined that the air-fuel ratio is on the fuel rich side. When ΔQ does not change before and after the increase, it can be determined that the air-fuel ratio is the output air-fuel ratio, similar to ΔQ before and after the increase.
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図5を参照して、上述した空燃比域判定制御を実現するための具体的な処理について説明する。図5は、本実施の形態において、ECU50により実行される空燃比域判定制御を示すフローチャートである。なお、図5に示すルーチンは、エンジン10の運転時に定期的に繰り返して実行されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, a specific process for realizing the above-described air-fuel ratio range determination control will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing air-fuel ratio range determination control executed by the
図5に示すルーチンでは、先ず、ECU50は、発熱量QがQ2以上であるか否かを判定する(ステップ100)。本ステップの処理に際し、ECU50は、先ず、発熱量Qを算出する。具体的に、ECU50は、エアフロメータ38の検出値を取得し、この検出値に基づいて、吸気バルブ34の閉弁時における吸入空気量gaを算出する。同時に、ECU50は、吸気バルブ34の閉弁時から排気バルブ42の開弁時までの筒内圧Pを取得する。本実施の形態においては、吸気バルブ34の閉弁時から排気バルブ42の開弁時まで、例えば1°クランク角毎に筒内圧Pを取得する。なお、吸気バルブ34の閉弁時期および排気バルブ42の開弁時期は、センサ37,45によってそれぞれ検出されるVVT機構36,44の作動量に基づいて把握する。そして、ECU50は、算出した吸入空気量gaと、取得した筒内圧Pと、クランク角毎に決定される筒内容積Vと、予めECU50内に記憶されたκ(一定値)とを上記式(2)に代入して発熱量Qを算出し、Q2と比較する。ここで、Q2は、図3で説明した閾値に相当し、筒内要求燃料量毎に定められた上で予めECU50内に記憶されているものとする。
In the routine shown in FIG. 5, first,
ステップ100において、発熱量QがQ2よりも小さいと判定された場合には、空燃比は燃料リーン側の値であり、これ以上の処理は必要ないと判断できるので、ECU50は本ルーチンを終了する。一方、発熱量QがQ2以上であると判定された場合には、ECU50は、筒内に噴射する燃料量を強制的に増やす(ステップ110)。ここで、増量する燃料値は予めECU50内に記憶されている値を用いる。
In
続いて、ECU50は、噴射量の増量前後の発熱量QからΔQを算出する(ステップ120)。本ステップにおいて、噴射量の増量前の発熱量Qbeforeは、ステップ100で算出した値を用いる。また、噴射量の増量後の発熱量Qafterは、ステップ100と同一の処理により算出する。そして、これらの差分を求めることによりΔQを算出する。
Subsequently, the
続いて、ECU50は、ステップ120で算出したΔQの絶対値が、閾値以下であるか否かを判定する(ステップ130)。本ステップにおいて、閾値は0または0に所定の誤差分を含んだ値として、予めECU50内に記憶されている値を用いる。そして、ΔQの絶対値が閾値以下であると判定された場合には、空燃比が出力空燃比であると判断できる(ステップ140)。
Subsequently, the
一方、ΔQの絶対値が閾値よりも大きいと判定された場合には、ΔQが正の値であるか負の値であるかが判定される(ステップ150)。そして、ΔQが正の値であると判定された場合には、空燃比が燃料リーン側の値であり(ステップ160)、ΔQが負の値であると判定された場合には、空燃比が燃料リッチ側の値であるとそれぞれ判断できる(ステップ170)。 On the other hand, when it is determined that the absolute value of ΔQ is larger than the threshold value, it is determined whether ΔQ is a positive value or a negative value (step 150). When it is determined that ΔQ is a positive value, the air-fuel ratio is a value on the fuel lean side (step 160), and when it is determined that ΔQ is a negative value, the air-fuel ratio is It can be determined that the value is on the fuel rich side (step 170).
以上、図5に示したルーチンによれば、算出したΔQを用いて、燃料リッチ側(出力空燃比を含む)或いは燃料リーン側の何れの空燃比域にあるかを判定することができる。従って、空燃比算出を高精度に行うことが可能となる。また、図5に示したルーチンによれば、発熱量QがQ2以上の場合にΔQを算出するので、Q2未満の場合のΔQの算出によるECU50の処理負担を軽減させることができる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 5, it is possible to determine whether the air-fuel ratio is in the fuel rich side (including the output air-fuel ratio) or the fuel lean side using the calculated ΔQ. Therefore, the air-fuel ratio can be calculated with high accuracy. Further, according to the routine shown in FIG. 5, ΔQ is calculated when the calorific value Q is equal to or greater than Q 2, so that the processing load on the
ところで、上述した実施の形態1においては、上記空燃比域判定制御の際に発熱量Qを用いたが、発熱量Qの代わりに、燃焼速度FSを用いてもよい。燃焼速度FSは空燃比と相関を有し、図6に示すように、空燃比に対する燃焼速度FSの傾向は、空燃比に対する発熱量Qと同様の傾向を示す。また、図7に示すように、燃焼速度FSは、燃料点火後から排気バルブ42の開弁時までの発熱量Qの変化量(即ち、熱発生率dQ)として表すことができる。従って、噴射燃料を強制変更した前後における発熱量Qの変化量の差を用いれば、本実施の形態と同様に、空燃比域を判定できる。このように、熱発生率dQを用いて空燃比域判定制御を実行する限りにおいて、本実施の形態の変形例として適用が可能である。
In the first embodiment described above, the calorific value Q is used in the air-fuel ratio region determination control, but the combustion rate FS may be used instead of the calorific value Q. The combustion speed FS has a correlation with the air-fuel ratio, and as shown in FIG. 6, the tendency of the combustion speed FS with respect to the air-fuel ratio shows the same tendency as the calorific value Q with respect to the air-fuel ratio. Further, as shown in FIG. 7, the combustion speed FS can be expressed as a change amount of the heat generation amount Q (that is, a heat generation rate dQ) from after the fuel ignition to when the
なお、上述した実施の形態1においては、筒内圧センサ26が上記第1の発明における「筒内圧取得手段」に相当する。また、上述した実施の形態1においては、ECU50が図5のステップ100の処理において、発熱量Qを算出することにより上記第1の発明における「熱発生率算出手段」が、同図ステップ110の処理を実行することにより上記第1の発明における「燃料量変更手段」が、同図ステップ130〜170の一連の処理を実行することにより上記第1の発明における「空燃比域判定手段」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の特徴]
次に、図8および図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。上記実施の形態1で述べたように、上記空燃比域判定制御は、筒内に噴射する燃料量を強制的に変化させるものである。そのため、トルク変動が生じる可能性が高い。しかしながら、トルク変動を低減するために、強制変更時に噴射する燃料の変化量を小さくすれば、筒内圧センサ26で検出される筒内圧PのS/Nが悪くなり、発熱量Qの算出精度が低くなってしまう。
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As described in the first embodiment, the air-fuel ratio region determination control forcibly changes the amount of fuel injected into the cylinder. Therefore, there is a high possibility that torque fluctuation will occur. However, if the change amount of the fuel injected at the time of forced change is reduced in order to reduce the torque fluctuation, the S / N of the in-cylinder pressure P detected by the in-
そこで、本実施の形態では、燃料量の強制変更を複数回行い、ΔQのデータを蓄積してから空燃比域の判定を実行することとした。具体的には図8に示すように、ΔQのデータを、燃料増加時と燃料減少時とに区別して気筒毎に蓄積しておき(例えば、増減時10回、減量時10回の計20回分のデータ)、それぞれのデータの平均値から空燃比がどちらの領域にあるかを判定する。これにより、噴射する燃料の変化量を小さくすることによる筒内圧PのS/Nの悪化を補填できるので、発熱量Qの算出精度を担保できる。 Therefore, in the present embodiment, the fuel amount is forcibly changed a plurality of times, and the determination of the air-fuel ratio region is executed after the ΔQ data is accumulated. Specifically, as shown in FIG. 8, ΔQ data is accumulated for each cylinder by distinguishing between when the fuel is increasing and when the fuel is decreasing (for example, 10 times when increasing and decreasing, 10 times when decreasing and a total of 20 times). In other words, it is determined in which region the air-fuel ratio is based on the average value of each data. Thereby, since the deterioration of the S / N of the in-cylinder pressure P caused by reducing the change amount of the injected fuel can be compensated, the calculation accuracy of the calorific value Q can be ensured.
また、本実施の形態では、強制変更時に噴射する燃料量を細かく変動させる。筒内に噴射する燃料量は、インジェクタ28のソレノイドコイルへの通電時間によって制御する。本実施の形態では、強制変更時に、この通電時間を細分割して筒内に噴射する燃料量を細かく変動させながら噴射する。これにより、運転者がトルク変動を感知し得ない高周波数(例えば30Hz程度)での空燃比域判定制御が可能となる。
Further, in the present embodiment, the amount of fuel injected at the time of forced change is finely changed. The amount of fuel injected into the cylinder is controlled by the energization time of the solenoid coil of the
更に、本実施の形態では、図9に示すように、同一気筒において、サイクル間で燃料の増減を切り替える。同一気筒において同一方向(増量または減量)に燃料量を変化させ続けると、排気空燃比域が一方に偏ることになるので触媒46の浄化能が低下する場合がある。この点、サイクル間で燃料の増減を切り替えれば、触媒46の浄化能の低下を抑制できるので、排気エミッションの悪化を防止できる。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the increase / decrease of fuel is switched between cycles in the same cylinder. If the fuel amount is continuously changed in the same direction (increase or decrease) in the same cylinder, the exhaust air-fuel ratio region is biased to one side, so that the purification ability of the
加えて、本実施の形態では、同図に示すように、1サイクルにおいて、隣り合う気筒間で燃料の増減を逆転させる。これにより、1サイクルにおけるトルク変動を低減させることができる。また、隣り合う気筒間で燃料の増減を逆転させれば、排気空燃比域が一方に偏ることもないので、触媒46の浄化能の低下を抑制でき、排気エミッションの悪化を防止できる。
In addition, in this embodiment, as shown in the figure, the increase / decrease in fuel is reversed between adjacent cylinders in one cycle. Thereby, torque fluctuation in one cycle can be reduced. Further, if the increase / decrease in fuel between the adjacent cylinders is reversed, the exhaust air / fuel ratio region will not be biased to one side, so that a decrease in the purification ability of the
10 エンジン
12 気筒
14 ピストン
16 シリンダブロック
18 クランクシャフト
20 クランク角センサ
22 シリンダヘッド
24 燃焼室
26 筒内圧センサ
28 インジェクタ
30 点火プラグ
32 吸気ポート
34 吸気バルブ
36,44 VVT機構
37,45 センサ
38 エアフロメータ
40 排気ポート
42 排気バルブ
46 触媒
50 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記筒内圧を用いて、筒内での熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
前記内燃機関の筒内要求燃料量を強制的に変更する燃料量変更手段と、
前記筒内要求燃料量の強制的な変更前後のサイクルにおける前記熱発生率を用いて、筒内で燃焼した混合気の空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを判定する空燃比域判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比算出装置。 In-cylinder pressure acquisition means for acquiring the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
Using the in-cylinder pressure, heat generation rate calculating means for calculating the heat generation rate in the cylinder,
Fuel amount changing means for forcibly changing the in-cylinder required fuel amount of the internal combustion engine;
Using the heat generation rate in the cycle before and after the forced change of the in-cylinder required fuel amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the cylinder is on the fuel rich side or on the fuel lean side with respect to the stoichiometric air fuel ratio. An air-fuel ratio region determining means for determining whether there is,
An air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記空燃比域判定手段は、前記燃料増量時における前記熱発生率から求めた発熱量の履歴と、前記燃料減量時における前記熱発生率から求めた発熱量の履歴とを用いて、筒内で燃焼した混合気の空燃比が理論空燃比に対して燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを判定することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の空燃比算出装置。 The fuel amount changing means switches fuel increase and fuel decrease as a forced change of the in-cylinder required fuel amount for each cycle,
The air-fuel ratio region determining means uses a heat generation history obtained from the heat generation rate at the time of fuel increase and a heat generation history obtained from the heat generation rate at the time of fuel reduction to generate 3. The air-fuel ratio calculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein it is determined whether the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture is on the fuel rich side or on the fuel lean side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio.
前記燃料量変更手段は、1サイクルにおける前記筒内要求燃料量の強制的な変更としての燃料増量および燃料減量を、隣り合う気筒間で逆転させることを特徴とする請求項1乃至3何れか1項に記載の内燃機関の空燃比算出装置。 The internal combustion engine has a plurality of cylinders;
4. The fuel amount changing means according to any one of claims 1 to 3, wherein a fuel increase and a fuel decrease as a forced change of the in-cylinder required fuel amount in one cycle are reversed between adjacent cylinders. The air-fuel ratio calculation device for an internal combustion engine according to the item.
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