JP2014105652A - Engine control device - Google Patents

Engine control device Download PDF

Info

Publication number
JP2014105652A
JP2014105652A JP2012260081A JP2012260081A JP2014105652A JP 2014105652 A JP2014105652 A JP 2014105652A JP 2012260081 A JP2012260081 A JP 2012260081A JP 2012260081 A JP2012260081 A JP 2012260081A JP 2014105652 A JP2014105652 A JP 2014105652A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel injection
timing
fuel
amount
knocking
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012260081A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Tsuda
里志 津田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2012260081A priority Critical patent/JP2014105652A/en
Publication of JP2014105652A publication Critical patent/JP2014105652A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark ignition/in-cylinder injection type internal combustion engine that avoids knocking and operates at high thermal efficiency.SOLUTION: A spark ignition/in-cylinder injection type internal combustion engine controls a fuel injection timing θinj so as to be set to a predetermined timing in a compression stroke, and controls an ignition timing θig. More specifically, when it is determined that knocking occurs, the spark ignition/in-cylinder injection type internal combustion engine delays the fuel injection timing θinj by a first predetermined amount (α) (see a step 250), and calculates a generation heat amount Q due to combustion of fuel. In a case where the calculated generation heat amount Q is smaller than a predetermined threshold Qth, the spark ignition/in-cylinder injection type internal combustion engine advances the fuel injection timing θinj by a second predetermined amount (α, α1) (see a step 290), and delays the ignition timing θig by a third predetermined amount (β) (see a step 285).

Description

本発明は、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に適用される機関制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device applied to an in-cylinder fuel injection spark ignition internal combustion engine.

従来から、気筒内にガソリンなどの燃料を直接噴射し、気筒内に形成される混合気に点火栓からの火花により点火する内燃機関が広く知られている。このような機関は、「筒内燃料噴射式火花点火内燃機関」、「直噴エンジン」、又は、「筒内噴射式機関」とも称呼される。   2. Description of the Related Art Conventionally, an internal combustion engine in which fuel such as gasoline is directly injected into a cylinder and an air-fuel mixture formed in the cylinder is ignited by a spark from a spark plug is widely known. Such an engine is also referred to as a “cylinder fuel injection spark ignition internal combustion engine”, a “direct injection engine”, or a “cylinder injection engine”.

ところで、筒内噴射式機関においても、燃料オクタン価及びデポジット堆積量等の種々の要因によりノッキングが発生する。ノッキングは、一般的には点火時期の遅角により回避される。しかし、点火時期を遅角するほど、点火時期がMBT(Minimum advance for Best Torque)から遠ざかるので、機関のトルクが減少する。   Incidentally, even in a cylinder injection type engine, knocking occurs due to various factors such as a fuel octane number and a deposit amount. Knocking is generally avoided by retarding the ignition timing. However, as the ignition timing is retarded, the ignition timing is further away from MBT (Minimum Advance for Best Torque), so the engine torque decreases.

そこで、筒内噴射式機関に適用される従来の制御装置の一つ(以下、「従来装置」とも称呼する。)は、ノッキング発生時に点火時期のみでなく噴射時期も併せて変更することにより、機関発生トルクの低下量を小さくしながらノッキングの発生を回避している(例えば、特許文献1を参照。)。   Therefore, one of the conventional control devices (hereinafter also referred to as “conventional device”) applied to the in-cylinder injection engine is to change not only the ignition timing but also the injection timing when knocking occurs. The occurrence of knocking is avoided while reducing the amount of decrease in engine-generated torque (see, for example, Patent Document 1).

より具体的には、従来装置は、燃料の気化により吸気温度を低下させて吸気の充填効率を向上することを目的として吸気行程中に燃料を噴射し、ノッキングが発生した場合には点火時期を遅角する。更に、従来装置は、ノッキングが抑制できずに点火時期の遅角量が閾値よりも大きくなった場合、噴射時期を圧縮行程の前半に移行し且つ点火時期を進角し、以って、ノッキングの発生を回避しながらトルク低下が大きくなることを回避している。上記公報には、噴射時期を圧縮行程前半となるように遅角したときに点火時期を進角することができ、それにより機関のトルク低下を回避することができるのは、圧縮行程前半の燃料噴射によって燃料の混合状態が悪化するのでノッキングが発生し難くなるので、点火時期をMBTに近づけることができるからである、と記載されている。なお、MBTは、機関のトルクを最大にする点火時期でもあるので「最大トルク点火時期」と称呼することもでき、機関の熱効率を最大にする点火時期でもあるので「最大熱効率発生点火時期」と称呼することもできる。   More specifically, the conventional device injects fuel during the intake stroke for the purpose of lowering the intake air temperature by vaporizing the fuel and improving intake charging efficiency, and if knocking occurs, the ignition timing is set. Be retarded. Further, the conventional device, when knocking cannot be suppressed and the retard amount of the ignition timing becomes larger than the threshold value, the injection timing is shifted to the first half of the compression stroke and the ignition timing is advanced. While avoiding occurrence of this, it is avoided that the torque drop becomes large. According to the above publication, the ignition timing can be advanced when the injection timing is retarded so as to be in the first half of the compression stroke, so that a reduction in engine torque can be avoided in the first half of the compression stroke. It is described that because the fuel mixing state deteriorates due to injection, knocking is less likely to occur, and therefore the ignition timing can be brought close to MBT. Since MBT is also the ignition timing that maximizes the engine torque, it can also be referred to as the “maximum torque ignition timing”, and because it is also the ignition timing that maximizes the thermal efficiency of the engine, it is referred to as “maximum thermal efficiency generation ignition timing”. It can also be called.

特開2002−339848号公報(特に、段落0024)JP 2002-339848 A (particularly paragraph 0024)

ところで、筒内噴射式機関において吸気行程中に燃料噴射を行なうと、燃料の気化潜熱が吸入空気の冷却に用いられる。よって、吸入空気量を増大させることができるので、機関発生トルクの向上を図ることができる。しかし、吸気行程中の燃料噴射は、圧縮行程中の燃料噴射に比べ、熱効率の低下をもたらす。   By the way, when fuel injection is performed during an intake stroke in a direct injection type engine, the latent heat of vaporization of the fuel is used for cooling the intake air. Therefore, since the intake air amount can be increased, the engine generated torque can be improved. However, the fuel injection during the intake stroke causes a decrease in thermal efficiency compared to the fuel injection during the compression stroke.

より具体的に述べると、圧縮行程中に燃料噴射を行なうと、燃料の気化潜熱をノッキング回避のために用いることができる。よって、点火時期をMBTに近い時期に設定することができるので、高い熱効率を確保することができる。そこで、発明者は、燃料噴射を圧縮行程中に行い、その圧縮行程中の燃料噴射時期及び点火時期を適切に調整することにより、ノッキングを回避しながら筒内噴射式機関を高い熱効率にて運転することができる機関制御装置を発明した。   More specifically, if fuel injection is performed during the compression stroke, the latent heat of vaporization of the fuel can be used to avoid knocking. Therefore, since the ignition timing can be set close to MBT, high thermal efficiency can be ensured. Therefore, the inventor performs fuel injection during the compression stroke, and appropriately adjusts the fuel injection timing and ignition timing during the compression stroke, thereby operating the in-cylinder injection engine with high thermal efficiency while avoiding knocking. Invented an engine control device that can do this.

本発明の機関制御装置(以下、「本発明装置」とも称呼する。)は、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記噴射された燃料により前記気筒内に形成される混合気に点火するための火花を発生する点火栓と、を備える内燃機関に適用される。   An engine control device according to the present invention (hereinafter also referred to as “the present device”) includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder, and an air-fuel mixture formed in the cylinder by the injected fuel. The present invention is applied to an internal combustion engine including an ignition plug that generates a spark for ignition.

更に、本発明装置は、
前記機関にノッキングが発生したか否かを判定する判定部と、
前記燃料噴射弁から前記燃料を噴射する時期である燃料噴射時期を圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに前記点火栓から前記火花を発生させる時期である点火時期を制御する制御部と、
を備える。
Furthermore, the device of the present invention
A determination unit for determining whether knocking has occurred in the engine;
Control for setting the fuel injection timing, which is the timing for injecting the fuel from the fuel injection valve, to a predetermined timing in the compression stroke, and for controlling the ignition timing, which is the timing for generating the spark from the spark plug And
Is provided.

加えて、前記制御部は、前記ノッキングが発生したと判定されたとき前記燃料噴射時期を第1所定量遅角し、且つ、前記燃料の燃焼による発生熱量を算出するとともに同算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には前記燃料噴射時期を第2所定量進角するとともに前記点火時期を第3所定量遅角する、ように構成されている。   In addition, when it is determined that the knocking has occurred, the control unit retards the fuel injection timing by a first predetermined amount, calculates the amount of heat generated by the combustion of the fuel, and the calculated amount of generated heat is When it becomes smaller than a predetermined threshold value, the fuel injection timing is advanced by a second predetermined amount and the ignition timing is retarded by a third predetermined amount.

本発明装置によれば、燃料噴射が圧縮行程中に行なわれるので、通常時(ノッキングが発生していない状態)における点火時期を最大熱効率発生点火時期(MBT)に近づけることができる。従って、機関の熱効率を高く維持することができる。更に、ノッキングが発生した場合、燃料噴射時期が点火時期に優先して遅角される。   According to the device of the present invention, since fuel injection is performed during the compression stroke, the ignition timing in normal time (a state in which knocking has not occurred) can be brought close to the maximum thermal efficiency generation ignition timing (MBT). Therefore, the thermal efficiency of the engine can be kept high. Further, when knocking occurs, the fuel injection timing is retarded in preference to the ignition timing.

なお、「燃料噴射時期が点火時期よりも優先して遅角されること」は、「点火時期は維持されたまま燃料噴射時期のみが遅角されること」、「点火時期は微小な量だけ変更されるが、燃料噴射時期がノッキング抑制を目的とした相当量遅角されること」の両者を含む。即ち、「燃料噴射時期が点火時期よりも優先して遅角されること」は、「点火時期が実質的に維持されたまま燃料噴射時期が遅角されること」を意味する。   Note that “the fuel injection timing is retarded in preference to the ignition timing” means “only the fuel injection timing is retarded while the ignition timing is maintained”, “the ignition timing is a minute amount. The fuel injection timing is retarded by a considerable amount for the purpose of suppressing knocking. That is, “the fuel injection timing is retarded in preference to the ignition timing” means “the fuel injection timing is retarded while the ignition timing is substantially maintained”.

ここで、本発明装置の制御部が、上述のように、ノッキングが発生した場合に圧縮行程中において燃料噴射時期を遅角する理由について図3を参照しながら説明する。図3の曲線Cは機関がノッキングの発生する可能性がある運転領域(例えば、低回転高負荷領域)にて運転されている場合における「点火時期と機関のトルクとの関係」を示す。機関がこのような運転領域にて運転されている場合、ノッキングが発生する点火時期はMBTよりも相当に遅角側にある。よって、一般に、通常の運転(ノッキングが発生していない状態の運転)において設定される点火時期(基本点火時期)は、MBTから比較的大きな量だけ遅角された値に設定される。その結果、ノッキングの発生に伴い点火時期を一定量dθだけ遅角した場合、機関のトルクの低下量dは比較的大きくなる。   Here, the reason why the control unit of the device of the present invention retards the fuel injection timing during the compression stroke when knocking occurs as described above will be described with reference to FIG. A curve C in FIG. 3 shows “relationship between ignition timing and engine torque” when the engine is operated in an operation region in which knocking may occur (for example, a low rotation high load region). When the engine is operated in such an operation region, the ignition timing at which knocking occurs is considerably retarded from MBT. Therefore, in general, the ignition timing (basic ignition timing) set in normal operation (operation in which knocking has not occurred) is set to a value retarded by a relatively large amount from MBT. As a result, when the ignition timing is retarded by a certain amount dθ with the occurrence of knocking, the engine torque decrease amount d becomes relatively large.

従って、ノッキングが発生した場合に点火時期を遅角すると、トルクの低下量が大きくなり、熱効率が低下してしまう。そこで、本発明装置は、ノッキングが発生すると、燃料噴射時期を(点火時期に優先して)遅角する。圧縮行程中の噴射時期が遅角側に変更されると、噴射時期から点火時期までの時間が短くなるから、シリンダ内壁から混合気へと熱が伝えられている時間が短くなる。その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって低下した混合気温度が、混合気が点火されるまで低い温度に維持され得る。更に、燃料噴射時期が遅角側に変更されると、燃料が燃焼を開始するまでに高温高圧の環境に晒されている時間が短くなるので、ノッキング(自着火)が発生する要因の一つである燃料の分解(燃料が分子量の低い物質へと分解すること)が抑えられる。   Therefore, if the ignition timing is retarded when knocking occurs, the amount of torque reduction increases and the thermal efficiency decreases. Therefore, the device of the present invention retards the fuel injection timing (prior to the ignition timing) when knocking occurs. When the injection timing during the compression stroke is changed to the retard side, the time from the injection timing to the ignition timing is shortened, so the time during which heat is transferred from the cylinder inner wall to the air-fuel mixture is shortened. As a result, the temperature of the air-fuel mixture that has decreased due to the latent heat of vaporization of the injected fuel can be maintained at a low temperature until the air-fuel mixture is ignited. Furthermore, if the fuel injection timing is changed to the retarded angle side, the time during which the fuel is exposed to a high-temperature and high-pressure environment before combustion starts is shortened, so that one of the causes of knocking (self-ignition) occurs. The decomposition of the fuel (the decomposition of the fuel into a substance having a low molecular weight) is suppressed.

以上から、圧縮行程中の噴射時期が遅角側に変更されることにより、点火時期を実質的に遅角することなくノッキングの発生が抑制される。一方、燃料噴射時期の遅角は点火時期の遅角に比較して、熱効率を大きく低下させない。よって、本発明装置は、機関のトルク(従って、熱効率)の大きな低下を回避しながら、ノッキングの発生を抑制することができる。   From the above, by changing the injection timing during the compression stroke to the retard side, the occurrence of knocking is suppressed without substantially retarding the ignition timing. On the other hand, the delay of the fuel injection timing does not significantly reduce the thermal efficiency compared to the delay of the ignition timing. Therefore, the device of the present invention can suppress the occurrence of knocking while avoiding a large decrease in engine torque (and hence thermal efficiency).

ところが、ノッキングが継続することに伴って圧縮行程中の燃料噴射時期の遅角量が過大になると、燃料噴射時期から点火時期までの時間(燃料拡散時間)が極めて短くなり、気筒内において燃料が十分に拡散できなくなる。その結果、熱効率が低下する。換言すると、燃料噴射時期の遅角量がある値になっている場合に更にノッキングの発生を抑制する必要があるときには、燃料噴射時期の更なる遅角を行なうよりも点火時期を遅角させた方がトルク(従って、熱効率)の低下が小さい。   However, if the amount of retardation of the fuel injection timing during the compression stroke becomes excessive as knocking continues, the time from the fuel injection timing to the ignition timing (fuel diffusion time) becomes extremely short, and the fuel in the cylinder It cannot spread sufficiently. As a result, the thermal efficiency decreases. In other words, when it is necessary to further suppress the occurrence of knocking when the retardation amount of the fuel injection timing is a certain value, the ignition timing is retarded rather than performing further retardation of the fuel injection timing. The decrease in torque (and hence thermal efficiency) is smaller.

そこで、本発明装置の制御部は、前記ノッキングが発生したと判定されたとき、燃料噴射時期を第1所定量遅角するとともに燃料の燃焼による発生熱量を算出し、その算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には、燃料噴射時期を第2所定量進角するとともに点火時期を第3所定量遅角するように構成されている。   Therefore, when it is determined that the knocking has occurred, the control unit of the present invention retards the fuel injection timing by a first predetermined amount, calculates the amount of heat generated by the combustion of the fuel, and the calculated amount of generated heat is the predetermined amount. The fuel injection timing is advanced by a second predetermined amount and the ignition timing is retarded by a third predetermined amount when it becomes smaller than the threshold value.

これによれば、燃料噴射時期の過大な遅角による熱効率の低下を回避することができるので、結果として熱効率の低下量を小さくしながらノッキングの発生を抑制することができる。   According to this, since it is possible to avoid a decrease in thermal efficiency due to an excessive delay of the fuel injection timing, it is possible to suppress the occurrence of knocking while reducing the amount of decrease in thermal efficiency as a result.

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。   Other objects, other features, and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of each embodiment of the present invention described with reference to the following drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る機関制御装置(本装置)が適用される内燃機関の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an internal combustion engine to which an engine control device (this device) according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、本装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the present apparatus. 図3は、点火時期と機関が発生するトルクとの関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ignition timing and the torque generated by the engine. 図4は、クランク角に対する筒内圧、及び、クランク角に対する値P・Vκを示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the in-cylinder pressure with respect to the crank angle and the value P · with respect to the crank angle. 図5は、本装置の変形例のCPUが参照する運転領域を示すマップである。FIG. 5 is a map showing an operation region that is referred to by the CPU of a modification of the present apparatus.

以下、本発明の実施形態に係る機関制御装置(以下、「本装置」とも称呼する。)について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an engine control device according to an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “the present device”) will be described with reference to the drawings.

(概略構成)
図1は、本装置が適用される内燃機関10の概略図である。機関10は、所謂「筒内噴射式−火花点火−ガソリン−多気筒(4気筒)内燃機関」である。なお、図1は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
(Outline configuration)
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine 10 to which the present apparatus is applied. The engine 10 is a so-called “in-cylinder injection type—spark ignition—gasoline—multi-cylinder (four-cylinder) internal combustion engine”. Although FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, other cylinders have the same configuration.

この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド30と、シリンダブロック部20に空気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。   The internal combustion engine 10 supplies air to the cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan and the like, a cylinder head 30 fixed on the cylinder block portion 20, and the cylinder block portion 20. The intake system 40 and the exhaust system 50 for releasing the exhaust gas from the cylinder block unit 20 to the outside are included.

シリンダブロック部20は、シリンダボア(シリンダ)21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これによりクランク軸24が回転する。ピストン22の頂面、シリンダボア21の壁面及びシリンダヘッド30の下面は、燃焼室25を画定している。   The cylinder block portion 20 includes a cylinder bore (cylinder) 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 via the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The top surface of the piston 22, the wall surface of the cylinder bore 21, and the lower surface of the cylinder head 30 define a combustion chamber 25.

シリンダヘッド30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を開閉駆動するインテークカムシャフトを含む吸気弁駆動装置33、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ(点火栓)37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料を燃焼室25内に直接噴射する燃料噴射弁(筒内噴射弁、フューエルインジェクタ)39を備えている。   The cylinder head 30 includes an intake port 31 that communicates with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake valve drive device 33 that includes an intake camshaft that opens and closes the intake valve 32, and an exhaust gas that communicates with the combustion chamber 25. Port 34, exhaust valve 35 for opening and closing exhaust port 34, exhaust camshaft 36 for driving exhaust valve 35, ignition plug (ignition plug) 37, igniter 38 including an ignition coil for generating a high voltage applied to ignition plug 37, and fuel A fuel injection valve (in-cylinder injection valve, fuel injector) 39 for directly injecting the fuel into the combustion chamber 25 is provided.

吸気系統40は、吸気ポート31に連通し吸気ポート31とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁43及びスロットル弁駆動手段を構成するDCモータからなるスロットル弁アクチュエータ43aを備えている。   The intake system 40 includes an intake manifold 41 including an intake manifold that communicates with the intake port 31 and forms an intake passage together with the intake port 31, an air filter 42 provided at an end of the intake pipe 41, and an intake pipe 41. A throttle valve 43 having a variable opening cross-sectional area of the passage and a throttle valve actuator 43a including a DC motor constituting throttle valve driving means are provided.

排気系統50は、排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51に接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52、エキゾーストパイプ52に配設された「上流側の三元触媒53及び下流側の三元触媒54」を備えている。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 communicating with the exhaust port 34, an exhaust pipe (exhaust pipe) 52 connected to the exhaust manifold 51, “an upstream side three-way catalyst 53 and a downstream side disposed on the exhaust pipe 52. A three-way catalyst 54 "is provided.

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、冷却水温センサ65、ノックセンサ66、筒内圧センサ67及びアクセル開度センサ68を備えている。   On the other hand, this system includes a hot-wire air flow meter 61, a throttle position sensor 62, a cam position sensor 63, a crank position sensor 64, a coolant temperature sensor 65, a knock sensor 66, an in-cylinder pressure sensor 67, and an accelerator opening sensor 68. .

熱線式エアフローメータ61は、吸気管41内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Gaを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁43の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
The hot-wire air flow meter 61 detects the mass flow rate per unit time of the intake air flowing through the intake pipe 41 and outputs a signal representing the mass flow rate Ga.
The throttle position sensor 62 detects the opening of the throttle valve 43 and outputs a signal representing the throttle valve opening TA.

カムポジションセンサ63は、インテークカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ64から出力されるパルスは後述する電気制御装置70によって機関回転速度NEを表す信号に変換される。更に、電気制御装置70は、カムポジションセンサ63及びクランクポジションセンサ64からの信号に基いて、機関10のクランク角度(絶対クランク角θ)を求める。
The cam position sensor 63 outputs one pulse every time the intake camshaft rotates 90 degrees, 90 degrees, and 180 degrees from a predetermined angle.
The crank position sensor 64 outputs a pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 degrees. A pulse output from the crank position sensor 64 is converted into a signal representing the engine rotational speed NE by an electric control device 70 described later. Further, the electric control device 70 obtains the crank angle (absolute crank angle θ) of the engine 10 based on signals from the cam position sensor 63 and the crank position sensor 64.

冷却水温センサ65は、機関10の冷却水の温度を検出し、その冷却水温度THWを表す信号を出力するようになっている。
ノックセンサ(ノッキング検出部)66は、機関10に発生するノッキングにより生じる振動を検出し、その振動を表す信号を送出するようになっている。
The coolant temperature sensor 65 detects the coolant temperature of the engine 10 and outputs a signal representing the coolant temperature THW.
The knock sensor (knocking detection unit) 66 detects vibration generated by knocking generated in the engine 10 and sends a signal representing the vibration.

筒内圧センサ67は、複数の気筒のそれぞれに一つずつ設けられている。筒内圧センサ67は、対応する(即ち、それぞれが配設された)燃焼室25内のガスの圧力(筒内圧)を検出し、筒内圧P(=Pc)を表す信号を送出するようになっている。各気筒の筒内圧はPは、クランク角が微小角度Δθだけ変化する毎に電気制御装置70によって取得される。更に、その取得された筒内圧Pは、対応する気筒のクランク角θと関連付けられて筒内圧P(θ)の形式にて後述するRAM73に格納されて行く。   One in-cylinder pressure sensor 67 is provided for each of the plurality of cylinders. The in-cylinder pressure sensor 67 detects the gas pressure (in-cylinder pressure) in the corresponding combustion chamber 25 (that is, each of which is disposed), and sends a signal representing the in-cylinder pressure P (= Pc). ing. The in-cylinder pressure P of each cylinder is acquired by the electric control device 70 every time the crank angle changes by a minute angle Δθ. Further, the acquired in-cylinder pressure P is stored in the RAM 73 described later in the form of in-cylinder pressure P (θ) in association with the crank angle θ of the corresponding cylinder.

アクセル開度センサ68は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量を検出し、アクセルペダル81の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル81の操作量Accpは機関10の「負荷」の大きさを表す一つのパラメータである。   The accelerator opening sensor 68 detects the operation amount of the accelerator pedal 81 operated by the driver, and outputs a signal representing the operation amount Accp of the accelerator pedal 81. The operation amount Accp of the accelerator pedal 81 is one parameter representing the magnitude of the “load” of the engine 10.

電気制御装置70は、CPU71、ROM72、RAM73、バックアップRAM74、及び、ADコンバータを含むインターフェース75等からなる周知のマイクロコンピュータである。   The electric control device 70 is a known microcomputer including a CPU 71, a ROM 72, a RAM 73, a backup RAM 74, an interface 75 including an AD converter, and the like.

インターフェース75は、上記センサ61〜68と接続され、CPU71にこれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース75は、CPU71の指示に応じて、吸気弁駆動装置33及びスロットル弁アクチュエータ43a等に駆動信号を送出し、各気筒の燃料噴射弁39に噴射指示信号を送出し、各気筒のイグナイタ38に点火信号を送出するようになっている。   The interface 75 is connected to the sensors 61 to 68, and supplies signals from these sensors to the CPU 71. Further, the interface 75 sends a drive signal to the intake valve drive device 33, the throttle valve actuator 43a, etc. in accordance with an instruction from the CPU 71, sends an injection instruction signal to the fuel injection valve 39 of each cylinder, and igniters for each cylinder. An ignition signal is sent to 38.

なお、電気制御装置70は、アクセルペダル81の操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度TAが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ43aを制御するようになっている。更に、電気制御装置70は、周知の手法に従って、ノックセンサ66からの信号に基き、機関10にノッキングが発生しているか否かを判定するようになっている。   The electric control device 70 controls the throttle valve actuator 43a so that the throttle valve opening TA increases as the operation amount Accp of the accelerator pedal 81 increases. Further, the electric control device 70 determines whether or not knocking has occurred in the engine 10 based on a signal from the knock sensor 66 in accordance with a known method.

(ノッキング抑制制御の概要)
次に、本装置が実行するノッキング抑制制御の概要について説明する。
(Outline of knocking suppression control)
Next, an outline of the knocking suppression control executed by the present apparatus will be described.

本装置は、点火プラグ37から火花を発生させてシリンダ内の混合気に点火する時期である点火時期θigを制御する。本装置は、燃料噴射弁39から噴射される燃料の量である燃料噴射量を、周知の手法に従い、吸入空気量Ga及び機関回転速度NEに基づいて決定する。更に、本装置は、燃料噴射弁39から「決定された燃料噴射量の燃料」を噴射させるとともに、その燃料を噴射する時期である燃料噴射時期θinj(=燃料噴射の開始時期)を制御する。但し、本装置は、燃料噴射時期θinjを圧縮行程中に設定する。即ち、本装置は、圧縮行程中の気筒に備えられた燃料噴射弁39から燃料を噴射する。加えて、本装置は、以下に述べるように、ノッキングが発生したと判定すると、点火時期θigと燃料噴射時期θinjを制御する。この点火時期θig及び燃料噴射時期θinjの制御は、「ノッキング抑制制御」とも称呼される。   This apparatus controls the ignition timing θig, which is a timing at which a spark is generated from the spark plug 37 and the air-fuel mixture in the cylinder is ignited. This device determines a fuel injection amount, which is the amount of fuel injected from the fuel injection valve 39, based on the intake air amount Ga and the engine rotational speed NE in accordance with a known method. Further, the present apparatus injects “determined fuel injection amount of fuel” from the fuel injection valve 39 and controls the fuel injection timing θinj (= start timing of fuel injection), which is the timing of injecting the fuel. However, this apparatus sets the fuel injection timing θinj during the compression stroke. That is, this apparatus injects fuel from the fuel injection valve 39 provided in the cylinder in the compression stroke. In addition, as described below, when it is determined that knocking has occurred, this apparatus controls the ignition timing θig and the fuel injection timing θinj. The control of the ignition timing θig and the fuel injection timing θinj is also referred to as “knocking suppression control”.

より具体的に述べると、本装置は、ノッキングが発生すると、燃料噴射時期θinjを第1所定量遅角する。その状態において、依然としてノッキングが発生すると、燃料噴射時期θinjを更に第1所定量遅角する。このように、本装置は、基本的にはノッキングが消滅するまで燃料噴射時期θinjを第1所定量ずつ遅角して行く。   More specifically, this device retards the fuel injection timing θinj by a first predetermined amount when knocking occurs. If knocking still occurs in this state, the fuel injection timing θinj is further retarded by a first predetermined amount. As described above, the present apparatus basically retards the fuel injection timing θinj by the first predetermined amount until knocking disappears.

ノッキングを抑制するために圧縮行程中の燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されると、燃料噴射時期θinjから点火時期θigまでの時間が短くなるから、シリンダ内壁から混合気へと熱が伝えられている時間が短くなる。その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって低下した混合気温度が、混合気が点火されるまで「より低い温度」に維持され得る。よって、燃料噴射時期θinjが遅角されない場合と比較してノッキングが起こり難くなる。   If the fuel injection timing θinj during the compression stroke is changed to the retard side to suppress knocking, the time from the fuel injection timing θinj to the ignition timing θig is shortened, so heat is transferred from the cylinder inner wall to the mixture. The time spent is shortened. As a result, the temperature of the air-fuel mixture decreased by the latent heat of vaporization of the injected fuel can be maintained at a “lower temperature” until the air-fuel mixture is ignited. Therefore, knocking is less likely to occur than when the fuel injection timing θinj is not retarded.

更に、燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されると、燃料が燃焼を開始するまでに高温高圧の環境に晒されている時間が短くなるので、ノッキング(自着火)が発生する要因の一つである燃料の分解(燃料が分子量の低い物質へと分解すること)が抑えられる。よって、ノッキングが起こり難くなる。   Furthermore, if the fuel injection timing θinj is changed to the retard side, the time during which the fuel is exposed to a high-temperature and high-pressure environment before the combustion starts is shortened, which is one of the factors that cause knocking (self-ignition). Decomposition of the fuel, which is one of them (decomposition of the fuel into a substance having a low molecular weight) is suppressed. Therefore, knocking is less likely to occur.

以上から、圧縮行程中の燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されることにより、ノッキングの発生が抑制されるので、点火時期θigはMBTに近い点火時期(基本点火時期θigb)に維持され得る。   From the above, since the occurrence of knocking is suppressed by changing the fuel injection timing θinj during the compression stroke to the retard side, the ignition timing θig can be maintained at an ignition timing (basic ignition timing θigb) close to MBT. .

ところで、図3を参照して説明したように、ノッキングが発生し得る運転領域においては、基本点火時期θigbはMBTよりも相当量だけ遅角された時期に設定される。従って、ノッキングを抑制するための点火時期θigの遅角は機関10のトルクを大きく低下させる。これに対し、燃料噴射時期θinjの遅角は、ノッキング抑制効果を発揮しながらも、機関10のトルクを大きく低下させない。従って、本装置によれば、機関10のトルク(従って、熱効率)の大きな低下を回避しながら、ノッキングの発生を抑制することができる。   Incidentally, as described with reference to FIG. 3, in the operation region where knocking may occur, the basic ignition timing θigb is set to a timing delayed by a considerable amount from the MBT. Therefore, the retard of the ignition timing θig for suppressing knocking greatly reduces the torque of the engine 10. On the other hand, the retardation of the fuel injection timing θinj does not greatly reduce the torque of the engine 10 while exhibiting the knocking suppression effect. Therefore, according to the present apparatus, it is possible to suppress the occurrence of knocking while avoiding a large decrease in the torque (and hence thermal efficiency) of the engine 10.

ところが、圧縮行程中の燃料噴射時期θinjの遅角量が過大になると、燃料噴射時期θinjから点火時期θigまでの時間が極めて短くなり、気筒内において燃料が十分に拡散できなくなる。その結果、熱効率が低下する。換言すると、燃料噴射時期θinjの遅角量が比較的大きなある値になっている場合には、燃料噴射時期θinjの更なる遅角を行なうよりも点火時期θigを遅角させた方がトルク(従って、熱効率)の低下が小さい。   However, if the retard amount of the fuel injection timing θinj during the compression stroke is excessive, the time from the fuel injection timing θinj to the ignition timing θig becomes extremely short, and the fuel cannot be sufficiently diffused in the cylinder. As a result, the thermal efficiency decreases. In other words, when the retard amount of the fuel injection timing θinj is a relatively large value, it is more effective to retard the ignition timing θig than to retard the fuel injection timing θinj further. Therefore, the decrease in thermal efficiency is small.

そこで、本装置は、ノッキングが発生したと判定したとき、燃料噴射時期θinjを第1所定量遅角するとともに、燃料の燃焼による発生熱量を算出し、その算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には、燃料噴射時期θinjが遅角されすぎたために熱効率が低下したと判定する。そして、本装置は、そのような場合、燃料噴射時期θinjを第2所定量だけ進角する(第1所定量と第2所定量が等しい場合には燃料噴射時期θinjを前回の値に戻す)とともに、点火時期θigを第3所定量遅角する。これにより、本装置は、燃料噴射時期θinjの過大な遅角による熱効率の低下を回避することができ、結果として熱効率の低下量を小さくしながらノッキングの発生を抑制することができる。   Therefore, when it is determined that knocking has occurred, the apparatus retards the fuel injection timing θinj by a first predetermined amount, calculates the amount of heat generated by the combustion of the fuel, and the calculated amount of generated heat is greater than a predetermined threshold value. When it becomes smaller, it is determined that the thermal efficiency has decreased because the fuel injection timing θinj has been retarded too much. In such a case, the present apparatus advances the fuel injection timing θinj by a second predetermined amount (when the first predetermined amount is equal to the second predetermined amount, the fuel injection timing θinj is returned to the previous value). At the same time, the ignition timing θig is retarded by a third predetermined amount. As a result, this apparatus can avoid a decrease in thermal efficiency due to an excessive delay of the fuel injection timing θinj, and as a result, it is possible to suppress the occurrence of knocking while reducing the amount of decrease in thermal efficiency.

(実際の作動)
次に、本装置の実際の作動について説明する。本装置は、機関10の負荷KLと機関回転速度NEとに基づいて定まる機関運転状態に対し、ノッキングが発生せず且つ機関10の熱効率が最大となるように、基本燃料噴射時期θinjb及び基本点火時期θigbを予め実験等によって定め、そのデータをルックアップテーブル(Mapθigb(KL,NE)、Mapθinjb(KL,NE))の形式にてROM72に格納している。
(Actual operation)
Next, the actual operation of this apparatus will be described. In the present system, the basic fuel injection timing θinjb and the basic ignition are set such that knocking does not occur and the thermal efficiency of the engine 10 is maximized with respect to the engine operating state determined based on the load KL of the engine 10 and the engine speed NE. The time θigb is determined in advance by experiments or the like, and the data is stored in the ROM 72 in the form of a lookup table (Mapθigb (KL, NE), Mapθinjb (KL, NE)).

なお、負荷(負荷率、充填率)KLは下記の(1)式により求められる。この負荷KLに代え、アクセルペダル操作量Accp又は一気筒が一回の吸気行程において吸入する空気量(筒内吸入空気量Mc)が負荷KLとして用いられても良い。(1)式において、Mcは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは機関10の排気量(単位は(l))、「4」は機関10の気筒数である。

KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
The load (load factor, filling factor) KL is obtained by the following equation (1). Instead of the load KL, an accelerator pedal operation amount Accp or an air amount (in-cylinder intake air amount Mc) that one cylinder sucks in one intake stroke may be used as the load KL. In the equation (1), Mc is the in-cylinder intake air amount, ρ is the air density (unit is (g / l)), L is the exhaust amount of the engine 10 (unit is (l)), and “4” is the engine. The number of cylinders is 10.

KL = (Mc / (ρ · L / 4)) · 100% (1)

1.燃料噴射時期制御
CPU71(以下、単に「CPU」と表記する。)は、図示しないルーチンを実行することにより、負荷KLと機関回転速度NEとをテーブルMapθinjb(KL,NE)に適用して基本燃料噴射時期θinjbを決定する。更に、CPUは、負荷KL、機関回転速度NE(又は筒内吸入空気量Mc)及び目標空燃比(本例において、理論空燃比)から周知の手法により燃料噴射量Finj(=Mc/理論空燃比)を決定する。
1. The fuel injection timing control CPU 71 (hereinafter simply referred to as “CPU”) applies a load KL and an engine rotational speed NE to a table Mapθinjb (KL, NE) by executing a routine not shown in the drawing. The injection timing θinjb is determined. Further, the CPU performs a fuel injection amount Finj (= Mc / theoretical air-fuel ratio) by a known method from the load KL, the engine speed NE (or the cylinder intake air amount Mc) and the target air-fuel ratio (in this example, the theoretical air-fuel ratio). ).

加えて、CPUは、基本燃料噴射時期θinjbを、後述するルーチンによって別途算出されている噴射時期補正量(噴射遅角量)dθinjだけ遅角(補正)し、その遅角した燃料噴射時期θinjにて燃料噴射を行なう(燃料噴射を開始する)。即ち、CPUは下記(2)式に従って燃料噴射時期θinjを決定する。なお、燃料噴射時期θinjの基準は各気筒の圧縮上死点である。燃料噴射時期θinjの値は、燃料噴射時期θinjが圧縮上死点から進角されるほど大きくなる。

燃料噴射時期θinj=基本燃料噴射時期θinjb−噴射遅角量dθinj …(2)

2.点火時期制御
CPUは、図示しないルーチンを実行することにより、負荷KLと機関回転速度NEとをテーブルMapθigb(KL,NE)に適用して基本点火時期θigbを決定する。
In addition, the CPU retards (corrects) the basic fuel injection timing θinjb by an injection timing correction amount (injection delay amount) dθinj separately calculated by a routine described later, and sets the retarded fuel injection timing θinj to the retarded fuel injection timing θinj. To inject fuel (start fuel injection). That is, the CPU determines the fuel injection timing θinj according to the following equation (2). The reference for the fuel injection timing θinj is the compression top dead center of each cylinder. The value of the fuel injection timing θinj increases as the fuel injection timing θinj is advanced from the compression top dead center.

Fuel injection timing θinj = Basic fuel injection timing θinjb−Injection delay amount dθinj (2)

2. Ignition Timing Control The CPU determines a basic ignition timing θigb by executing a routine (not shown) and applying the load KL and the engine speed NE to the table Mapθigb (KL, NE).

更に、CPUは、基本点火時期θigbを、後述するルーチンによって別途算出されている点火時期補正量(点火遅角量)dθigだけ遅角(補正)し、その遅角した点火時期θigにて点火を行なう。即ち、CPUは下記(3)式に従って点火時期θigを決定する。なお、点火時期θigの基準は各気筒の圧縮上死点である。点火時期θigの値は点火時期θigが圧縮上死点から進角されるほど大きくなる。

点火時期θig=基本点火時期θigb−点火遅角量dθig …(3)
Further, the CPU retards (corrects) the basic ignition timing θigb by an ignition timing correction amount (ignition delay amount) dθig separately calculated by a routine described later, and performs ignition at the retarded ignition timing θig. Do. That is, the CPU determines the ignition timing θig according to the following equation (3). The reference of the ignition timing θig is the compression top dead center of each cylinder. The value of the ignition timing θig increases as the ignition timing θig is advanced from the compression top dead center.

Ignition timing θig = Basic ignition timing θigb−Ignition retardation amount dθig (3)

3.ノッキング抑制制御
CPUは、所定時間(所定クランク角)が経過する毎に図2にフローチャートにより示した「ノッキング抑制制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図2のステップ200から処理を開始してステップ210に進み、「負荷KL及び機関回転速度NEにより定まる機関10の運転状態」が属する運転領域が、本ルーチンを前回実行した時点から変化したか否かを判定する。
3. Knocking suppression control The CPU executes a “knocking suppression control routine” shown in the flowchart of FIG. 2 every time a predetermined time (predetermined crank angle) elapses. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU starts the process from step 200 in FIG. 2 and proceeds to step 210, where the operation region to which the “operation state of the engine 10 determined by the load KL and the engine speed NE” belongs is determined in this routine. It is determined whether or not it has changed since the previous execution.

このとき、運転領域が変化していれば、CPUはステップ210にて「Yes」と判定してステップ220に進み、噴射遅角量dθinjを「0」に設定する。次いで、CPUはステップ230に進み、点火遅角量dθigを「0」に設定し、ステップ295に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、点火時期θigは基本点火時期θigbに設定され、燃料噴射時期θinjは基本燃料噴射時期θinjbに設定される。   At this time, if the operating region has changed, the CPU makes a “Yes” determination at step 210 to proceed to step 220 to set the injection retardation amount dθinj to “0”. Next, the CPU proceeds to step 230, sets the ignition retardation amount dθig to “0”, proceeds to step 295, and once ends this routine. As a result, the ignition timing θig is set to the basic ignition timing θigb, and the fuel injection timing θinj is set to the basic fuel injection timing θinjb.

一方、CPUがステップ210の処理を実行する時点において、運転領域が変化していなければ、CPUはそのステップ210にて「No」と判定してステップ240に進み、ノッキングが発生しているか否かを判定する。このとき、ノッキングが発生していなければ、CPUはそのステップ240にて「No」と判定し、ステップ295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、噴射遅角量dθinj及び点火遅角量dθigは変更されない。よって、この場合、噴射遅角量dθinj及び点火遅角量dθigは共に「0」に維持される。   On the other hand, if the operating region has not changed at the time when the CPU executes the process of step 210, the CPU makes a “No” determination at step 210 and proceeds to step 240 to determine whether knocking has occurred. Determine. At this time, if knocking has not occurred, the CPU makes a “No” determination at step 240 to directly proceed to step 295 to end the present routine tentatively. Accordingly, the injection retard amount dθinj and the ignition retard amount dθig are not changed. Therefore, in this case, both the injection retard amount dθinj and the ignition retard amount dθig are maintained at “0”.

これに対し、CPUがステップ240の処理を実行する時点において、ノッキングが発生していると、CPUはそのステップ240にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ250乃至ステップ280の処理を順に行う。   On the other hand, if knocking has occurred at the time when the CPU executes the process of step 240, the CPU makes a “Yes” determination at step 240 and sequentially executes the processes of steps 250 to 280 described below. Do.

ステップ250:CPUは、噴射遅角量dθinjを正の所定値α(第1所定量)だけ増大する。所定値αは一定値である。但し、所定値αは、運転状態(KL,NE)に応じて変化する値であってもよい。例えば、所定値αは、負荷KLが大きいほど大きくなり、機関回転速度NEが小さいほど大きくなる値であってもよい。   Step 250: The CPU increases the injection retardation amount dθinj by a positive predetermined value α (first predetermined amount). The predetermined value α is a constant value. However, the predetermined value α may be a value that changes according to the operating state (KL, NE). For example, the predetermined value α may be a value that increases as the load KL increases and increases as the engine speed NE decreases.

ステップ260:CPUは、別途算出されている発生熱量Qを読み込む。なお、発生熱量Qは筒内圧Pに基づいて後述するように計算される。発生熱量Qの算出方法は周知である(例えば、特開2010−144584号公報を参照。)。   Step 260: The CPU reads the generated heat quantity Q calculated separately. The generated heat quantity Q is calculated based on the in-cylinder pressure P as described later. A method for calculating the amount of generated heat Q is well known (for example, see JP 2010-144484 A).

ステップ270:CPUは、別途算出されている燃料噴射量Finjを関数fqに適用して閾値熱量Qthを算出する。この関数fqは、燃料噴射量が「Finj」であるときに「期待される熱効率」にて燃焼が行なわれた場合に得られる発生熱量に、1よりも小さい正の係数(例えば、0.6〜0.9)を乗じた値を算出する関数である。なお、閾値熱量Qthは、負荷KLと機関回転速度NEとをパラメータとするルックアップテーブルによって求められても良い。例えば、閾値熱量Qthは、負荷KLが大きいほど大きくなり、機関回転速度NEが高いほど小さくなるように求められ得る。
ステップ280:CPUは、発生熱量Qが閾値熱量Qth以上であるか否かを判定する。
Step 270: The CPU calculates the threshold heat quantity Qth by applying the separately calculated fuel injection amount Finj to the function fq. This function fq is a positive coefficient smaller than 1 (for example, 0.6), which is obtained when combustion is performed at “expected thermal efficiency” when the fuel injection amount is “Finj”. A function for calculating a value obtained by multiplying by .about.0.9). The threshold heat quantity Qth may be obtained by a look-up table using the load KL and the engine speed NE as parameters. For example, the threshold heat quantity Qth can be calculated so as to increase as the load KL increases and decrease as the engine speed NE increases.
Step 280: The CPU determines whether or not the generated heat quantity Q is equal to or greater than the threshold heat quantity Qth.

発生熱量Qが閾値熱量Qth以上であれば、CPUはステップ280にて「Yes」と判定し、ステップ295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、ノッキング回避のために燃料噴射時期θinjが基本燃料噴射時期θinjbから噴射遅角量dθinj(この場合、値α)だけ遅角され、点火時期θigは基本点火時期θigbに維持される。   If the generated heat quantity Q is equal to or greater than the threshold heat quantity Qth, the CPU makes a “Yes” determination at step 280 to directly proceed to step 295 to end the present routine tentatively. Therefore, in order to avoid knocking, the fuel injection timing θinj is retarded from the basic fuel injection timing θinjb by the injection delay amount dθinj (in this case, the value α), and the ignition timing θig is maintained at the basic ignition timing θigb.

運転領域が変化しない状態において、CPUが再びステップ200から本ルーチンの処理を開始すると、CPUはステップ210にて「No」と判定してステップ240に進む。この段階で、ノッキングが発生していなければ、CPUはステップ240にて「No」と判定してステップ295に直接進む。よって、ノッキングが発生しなくなれば、燃料噴射時期θinjが更に遅角側に変更されることはない。   If the CPU starts the process of this routine again from step 200 in a state where the operation region does not change, the CPU makes a “No” determination at step 210 to proceed to step 240. If knocking has not occurred at this stage, the CPU makes a “No” determination at step 240 to directly proceed to step 295. Therefore, if knocking does not occur, the fuel injection timing θinj is not further changed to the retard side.

これに対し、CPUがステップ240の処理を実行する時点において、ノッキングが依然として発生していると、CPUはステップ250乃至ステップ280に進む。従って、燃料噴射時期θinjは、所定値αだけ更に遅角される。   On the other hand, if knocking still occurs at the time when the CPU executes the process of step 240, the CPU proceeds to step 250 to step 280. Accordingly, the fuel injection timing θinj is further retarded by the predetermined value α.

ところで、CPUがステップ280を実行する時点において、発生熱量Qが閾値熱量Qth未満となっていると、上述の燃料拡散時間が極めて短くなったために気筒内において燃料が十分に拡散できず、その結果、熱効率が低下していると判断することができる。従って、この場合、CPUはステップ280にて「No」と判定してステップ285に進み、点火遅角量dθigを正の所定値β(第3所定量)だけ増大する。所定値βは一定値である。但し、所定値βは、運転状態(KL,NE)に応じて変化する値であってもよい。例えば、所定値βは、負荷KLが大きいほど大きくなり、機関回転速度NEが小さいほど大きくなる値であってもよい。   By the way, if the generated heat quantity Q is less than the threshold heat quantity Qth at the time when the CPU executes step 280, the fuel diffusion time becomes extremely short and the fuel cannot be sufficiently diffused in the cylinder. It can be determined that the thermal efficiency is reduced. Therefore, in this case, the CPU makes a “No” determination at step 280 to proceed to step 285 to increase the ignition retardation amount dθig by a positive predetermined value β (third predetermined amount). The predetermined value β is a constant value. However, the predetermined value β may be a value that changes according to the operating state (KL, NE). For example, the predetermined value β may be a value that increases as the load KL increases and increases as the engine speed NE decreases.

次いで、CPUはステップ290に進み、噴射遅角量dθinjを正の所定値α(第2所定量=第1所定量)だけ減少する。即ち、CPUは燃料噴射時期θinjを所定値αだけ進角させる。これにより、ステップ250にて所定値αだけ増大された噴射遅角量dθinjが、増大される前の値に戻される。その後、CPUはステップ295に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、CPUはステップ290にて所定値αと相違する正の値α1(第2所定量)だけ噴射遅角量dθinjを減少してもよい。値α1は、0よりも大きく且つ所定値αよりも小さい値が望ましい。   Next, the CPU proceeds to step 290 to decrease the injection retardation amount dθinj by a positive predetermined value α (second predetermined amount = first predetermined amount). That is, the CPU advances the fuel injection timing θinj by a predetermined value α. As a result, the injection retardation amount dθinj increased by the predetermined value α in step 250 is returned to the value before the increase. Thereafter, the CPU proceeds to step 295 to end the present routine tentatively. In step 290, the CPU may decrease the injection retardation amount dθinj by a positive value α1 (second predetermined amount) different from the predetermined value α. The value α1 is preferably larger than 0 and smaller than the predetermined value α.

このように、CPUは、ノッキングの発生によって燃料噴射時期θinjが大きく遅角され、それによって、発生熱量Qが閾値熱量Qth未満となると、燃料噴射時期θinjの遅角に代えて点火時期θigを遅角させ、以って、ノッキングの発生を抑制する。   As described above, the CPU retards the ignition timing θig instead of retarding the fuel injection timing θinj when the fuel injection timing θinj is greatly retarded due to the occurrence of knocking and the generated heat amount Q becomes less than the threshold heat amount Qth. Therefore, the occurrence of knocking is suppressed.

4.発生熱量Qの算出方法の概要
次に、発生熱量Qの算出方法の概要について説明する。
図4の(A)は、クランク角θに対する筒内圧Pの変化の様子を示している。図4の(B)は「P(θ)・V(θ)κ」の変化の様子を実線により示すとともに、燃焼室25における発生熱量(発生した熱の積算量)Qを破線により示している。図4において、クランク角0は「圧縮上死点」を示し、クランク角θが負の値である領域は圧縮上死点前(BTDC)を示し、クランク角θが正の値である領域は圧縮上死点後(ATDC)を示す。なお、P(θ)はクランク角θにおける筒内圧Pであり、V(θ)はクランク角θにおける燃焼室容積であり、κは燃焼室25内のガスの比熱比である。
4). Outline of Calculation Method of Generated Heat Quantity Q Next, an outline of a calculation method of the generated heat quantity Q will be described.
FIG. 4A shows how the in-cylinder pressure P changes with respect to the crank angle θ. FIG. 4B shows the state of change of “P (θ) · V (θ) κ ” by a solid line, and the amount of heat generated (integrated amount of generated heat) Q in the combustion chamber 25 by a broken line. . In FIG. 4, the crank angle 0 indicates “compression top dead center”, the region where the crank angle θ is a negative value indicates before compression top dead center (BTDC), and the region where the crank angle θ is a positive value After compression top dead center (ATDC). P (θ) is the in-cylinder pressure P at the crank angle θ, V (θ) is the combustion chamber volume at the crank angle θ, and κ is the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber 25.

図4の(B)から、発生熱量Qの変化パターン(破線)はP(θ)・V(θ)κの変化パターン(実線)と概ね一致することが理解される。即ち、熱発生量Qは、P(θ)・V(θ)κに基づいて取得することができる。 From FIG. 4B, it is understood that the change pattern (dashed line) of the generated heat quantity Q substantially coincides with the change pattern (solid line) of P (θ) · V (θ) κ . That is, the heat generation amount Q can be acquired based on P (θ) · V (θ) κ .

そこで、本装置は、発生熱量Qとして、図4の(B)に示したΔP・Vκを算出する。より具体的に述べると、制御装置は、クランク角θが圧縮上死点前θs度クランク角(例えば、θs=60度クランク角)であるときのP(θs)・V(θs)κを取得する。更に、本装置は、クランク角θが圧縮上死点後θe度クランク角(例えば、θe=40度クランク角)であるときのP(θe)・V(θe)κを取得する。その後、本装置は、それらの差(即ち、P(θe)・V(θe)κからP(θs)・V(θs)κを減じた値)を量ΔP・Vκとして取得し、その量ΔP・Vκを発生熱量Qとして採用する。 Therefore, the apparatus as a heat generation amount Q, and calculates the [Delta] P · V kappa shown in FIG. 4 (B). More specifically, the control device obtains P (θs) · V (θs) κ when the crank angle θ is a θs degree crank angle before compression top dead center (for example, θs = 60 degree crank angle). To do. Furthermore, this apparatus acquires P (θe) · V (θe) κ when the crank angle θ is a θe degree crank angle after compression top dead center (for example, θe = 40 degree crank angle). Thereafter, the apparatus acquires the difference (that is, the value obtained by subtracting P (θs) · V (θs) κ from P (θe) · V (θe) κ ) as the amount ΔP · V κ , and the amount ΔP · V κ is adopted as the generated heat quantity Q.

クランク角θが圧縮上死点前θs度クランク角である時点は、対象とする燃焼行程(膨張行程)に向う圧縮行程において吸気弁32及び排気弁35の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期である。即ち、混合気が何らの熱を発生していない時点である。クランク角θが圧縮上死点後θe度クランク角である時点は、対象とする燃焼行程における混合気の燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期であり且つ排気弁35の開弁時期よりも進角した時期である。   When the crank angle θ is the θs degree crank angle before the compression top dead center, both the intake valve 32 and the exhaust valve 35 are closed in the compression stroke toward the target combustion stroke (expansion stroke) and the ignition timing is reached. It is a time when it has advanced sufficiently. That is, the time when the air-fuel mixture does not generate any heat. The time point when the crank angle θ is the θe degree crank angle after compression top dead center is a predetermined time later than the latest time when the combustion of the air-fuel mixture in the target combustion stroke is substantially finished, and the exhaust valve 35 This is a time advanced from the valve opening time.

なお、本装置は、クランク角θが圧縮上死点前θs度クランク角と圧縮上死点後θe度クランク角との間にある場合の「P(θ)・V(θ)κ」の最大値MAXと最小値MINを取得し、それらの差(MAX−MIN)を量ΔP・Vκとして取得するように構成されてもよい。 In this apparatus, the maximum of “P (θ) · V (θ) κ ” when the crank angle θ is between the crank angle θs degrees before compression top dead center and the crank angle θe degrees after compression top dead center. The value MAX and the minimum value MIN may be acquired, and the difference (MAX−MIN) may be acquired as the quantity ΔP · .

即ち、本装置は、少なくとも混合気の燃焼開始時(例えば、点火時期、又は、P・Vκが急激な上昇を開始する時点)から燃焼終了時(例えば、点火時期以降においてP・Vκが減少を開始する時点)までの期間において、混合気の燃焼に伴って発生する熱の量である発生熱量Qを値ΔP・Vκに基いて推定(取得)する熱発生量推定手段を備えていると言うことができる。 That is, the present apparatus, at least at the start combustion of the mixture (e.g., ignition timing, or, when the P · V kappa begins a rapid rise) at the end of combustion from (e.g., the P · V kappa in subsequent ignition timing A heat generation amount estimation means for estimating (acquiring) a generated heat quantity Q, which is an amount of heat generated with combustion of the air-fuel mixture, based on the value ΔP · V κ during a period until the start of the decrease) I can say.

以上、説明したように、本装置は、
機関10にノッキングが発生したか否かを判定する判定部(ノックセンサ66、図2のステップ240)と、
燃料噴射弁(39)から燃料を噴射する時期である燃料噴射時期θinjを圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに点火栓(37)から火花を発生させる時期である点火時期θigを制御する制御部(電気制御装置70)と、
を備える。
更に、前記制御部は、
ノッキングが発生したと判定されたとき燃料噴射時期θinjを第1所定量(α)遅角し(図2のステップ250を参照。)、且つ、燃料の燃焼による発生熱量Qを算出するとともに算出した発生熱量Qが所定の閾値Qthよりも小さくなった場合には燃料噴射時期θinjを第2所定量進角(α、α1)する(図2のステップ290)とともに点火時期θigを第3所定量(β)遅角する(図2のステップ285)。
As described above, this device is
A determination unit (knock sensor 66, step 240 in FIG. 2) for determining whether knocking has occurred in engine 10;
The fuel injection timing θinj, which is the timing for injecting fuel from the fuel injection valve (39), is controlled to be set to a predetermined timing in the compression stroke, and the ignition timing θig, which is the timing for generating a spark from the spark plug (37). A control unit (electric control device 70) for controlling
Is provided.
Furthermore, the control unit
When it is determined that knocking has occurred, the fuel injection timing θinj is retarded by a first predetermined amount (α) (see step 250 in FIG. 2), and the amount of generated heat Q due to fuel combustion is calculated and calculated. When the generated heat quantity Q is smaller than a predetermined threshold value Qth, the fuel injection timing θinj is advanced by a second predetermined amount (α, α1) (step 290 in FIG. 2) and the ignition timing θig is set to a third predetermined amount ( β) The angle is retarded (step 285 in FIG. 2).

従って、機関10の熱効率の大きな低下を招くことなく、ノッキングの発生を抑制することができる。   Therefore, the occurrence of knocking can be suppressed without causing a significant decrease in the thermal efficiency of the engine 10.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本装置は、機関10の運転状態が図5に示した領域A(低回転高負荷領域)に属している場合に上述したノッキング抑制制御を実行し、機関10の運転状態が図5に示した領域B(高回転低負荷領域)に属している場合にノッキングが発生した場合には燃料噴射時期θinjを遅角することなく点火時期θigを遅角する制御を行っても良い。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, this device executes the above-described knocking suppression control when the operating state of the engine 10 belongs to the region A (low rotation high load region) shown in FIG. 5, and the operating state of the engine 10 is shown in FIG. When knocking occurs in the indicated region B (high rotation / low load region), the ignition timing θig may be retarded without retarding the fuel injection timing θinj.

即ち、本装置は、機関10の負荷KLが「機関回転速度が小さいほど小さくなる閾値負荷(図5のKLth=f1(NE)を参照。)」よりも大きい場合(即ち、領域A)にてノッキングが発生したと判定されたときには燃料噴射時期θinjを点火時期θigよりも優先して遅角し、且つ、上記の発生熱量Qに基づく制御を実行し、機関の負荷が閾値負荷KLthよりも小さい場合(即ち、領域B)にノッキングが発生したと判定されたときには点火時期θigを燃料噴射時期θinjに優先して遅角する、ように構成されてもよい。なお、図5に示した領域Cでは、点火時期θigをMBTに設定してもノッキングが発生しない。   In other words, this apparatus is used when the load KL of the engine 10 is larger than the “threshold load that decreases as the engine speed decreases (see KLth = f1 (NE) in FIG. 5)” (that is, the region A). When it is determined that knocking has occurred, the fuel injection timing θinj is retarded in preference to the ignition timing θig, and control based on the generated heat quantity Q is executed, and the engine load is smaller than the threshold load KLth. In this case (that is, in the region B), when it is determined that knocking has occurred, the ignition timing θig may be retarded in preference to the fuel injection timing θinj. In the region C shown in FIG. 5, knocking does not occur even when the ignition timing θig is set to MBT.

このように、機関10の運転状態が高回転低負荷領域(領域B)に属している場合に点火時期θigによるノッキング抑制を実行するのは、
(1)機関10の運転状態が高回転低負荷領域に属している場合にはノッキングがそもそも発生し難いので基本点火時期θigbはMBTに近く、よって、点火時期θigを遅角してもトルク低下量は小さいこと、及び、
(2)機関10の運転状態が高回転低負荷領域に属している場合、燃料噴射時期から点火時期までの時間(燃料拡散時間)が短いので、燃料噴射時期θinjを遅角すると燃料拡散時間が不足してトルク低下量が大きくなること、
に基づく。
As described above, when the operating state of the engine 10 belongs to the high rotation low load region (region B), the knocking suppression by the ignition timing θig is executed.
(1) When the operating state of the engine 10 belongs to the high rotation / low load region, knocking is unlikely to occur in the first place, so the basic ignition timing θigb is close to MBT, and therefore the torque decreases even if the ignition timing θig is retarded. The amount is small, and
(2) When the operating state of the engine 10 belongs to the high rotation and low load region, the time from the fuel injection timing to the ignition timing (fuel diffusion time) is short. Therefore, if the fuel injection timing θinj is retarded, the fuel diffusion time The torque drop amount becomes large due to shortage,
based on.

更に、本装置は、ノックセンサ66からの信号に基づいてノッキングが発生したか否かを判定しているが、筒内圧センサ67からの信号に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するように構成されてもよい。また、発生熱量は上述した手法と異なる方法により算出されてもよい。   Further, the present apparatus determines whether or not knocking has occurred based on the signal from the knock sensor 66, but determines whether or not knocking has occurred based on the signal from the in-cylinder pressure sensor 67. May be configured. Further, the amount of generated heat may be calculated by a method different from the method described above.

10…内燃機関、25…燃焼室、31…吸気ポート、32…吸気弁、34…排気ポート、35…排気弁、37…点火栓、39…燃料噴射弁、66…ノックセンサ、67…筒内圧センサ、70…電気制御装置、71…CPU。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 25 ... Combustion chamber, 31 ... Intake port, 32 ... Intake valve, 34 ... Exhaust port, 35 ... Exhaust valve, 37 ... Spark plug, 39 ... Fuel injection valve, 66 ... Knock sensor, 67 ... In-cylinder pressure Sensor, 70 ... electric control device, 71 ... CPU.

Claims (1)

燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記噴射された燃料により前記気筒内に形成される混合気に点火するための火花を発生する点火栓と、を備える内燃機関に適用され、
前記機関にノッキングが発生したか否かを判定する判定部と、
前記燃料噴射弁から前記燃料を噴射する時期である燃料噴射時期を圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに前記点火栓から前記火花を発生させる時期である点火時期を制御する制御部と、
を備える機関制御装置において、
前記制御部は、
前記ノッキングが発生したと判定されたとき前記燃料噴射時期を第1所定量遅角し、且つ、前記燃料の燃焼による発生熱量を算出するとともに同算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には前記燃料噴射時期を第2所定量進角するとともに前記点火時期を第3所定量遅角する、
ように構成された機関制御装置。
Applied to an internal combustion engine comprising: a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder; and an ignition plug that generates a spark for igniting an air-fuel mixture formed in the cylinder by the injected fuel,
A determination unit for determining whether knocking has occurred in the engine;
Control for setting the fuel injection timing, which is the timing for injecting the fuel from the fuel injection valve, to a predetermined timing in the compression stroke, and for controlling the ignition timing, which is the timing for generating the spark from the spark plug And
In an engine control device comprising:
The controller is
When it is determined that the knocking has occurred, the fuel injection timing is retarded by a first predetermined amount, the amount of heat generated by the combustion of the fuel is calculated, and the calculated amount of generated heat is smaller than a predetermined threshold value. The fuel injection timing is advanced by a second predetermined amount and the ignition timing is retarded by a third predetermined amount,
An engine control device configured as described above.
JP2012260081A 2012-11-28 2012-11-28 Engine control device Pending JP2014105652A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012260081A JP2014105652A (en) 2012-11-28 2012-11-28 Engine control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012260081A JP2014105652A (en) 2012-11-28 2012-11-28 Engine control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014105652A true JP2014105652A (en) 2014-06-09

Family

ID=51027369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012260081A Pending JP2014105652A (en) 2012-11-28 2012-11-28 Engine control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014105652A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020159298A (en) * 2019-03-27 2020-10-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Internal combustion engine controller

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020159298A (en) * 2019-03-27 2020-10-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Internal combustion engine controller
WO2020195223A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Internal combustion engine control device
JP7356245B2 (en) 2019-03-27 2023-10-04 日立Astemo株式会社 Internal combustion engine control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4882787B2 (en) Control device for internal combustion engine
US7950369B2 (en) Internal combustion engine controlling apparatus
JP2018091267A (en) Controller of internal combustion engine
JP2009019521A (en) Control device of internal combustion engine
JP5029517B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP6551317B2 (en) Exhaust temperature estimation device for internal combustion engine
JP2008267293A (en) Control system of internal combustion engine
JP2012122404A (en) Control system of internal combustion engine
WO2013061424A1 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP5282636B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2014105652A (en) Engine control device
JP5708909B2 (en) Engine control device
JP2014105651A (en) Engine control device
JP2016050502A (en) Control device of internal combustion engine
JP6604259B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP6603150B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
WO2021112221A1 (en) Drive control device for internal combustion engine
JP4671054B2 (en) Multi-cylinder internal combustion engine start control device
JP4853675B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2017137838A (en) Control device of internal combustion engine
JP2017194006A (en) Control device of internal combustion engine
JP2024038539A (en) Injection timing control method and device of cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine
JP5400700B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP4888399B2 (en) Control system for flex fuel engine
JP5042255B2 (en) Control device for multi-cylinder spark ignition internal combustion engine