JP2016056684A - Engine control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device.
近年、自動車の燃費向上のためエンジンの熱効率を改善する試みがされている。その改善技術の１つが高圧縮比化である。圧縮比を高くすることで内燃機関の理論熱効率が向上する。一方で、エンジンのダウンサイジングも燃費向上策として開発が進んでいる。ダウンサイジングによりポンピングロスの低減、機械損失の低減が可能である。ただし、ダウンサイジングしたエンジンにおいて、トルク（出力）を維持するためには過給圧力を増大させる必要がある。 In recent years, attempts have been made to improve engine thermal efficiency in order to improve automobile fuel efficiency. One improvement technique is to increase the compression ratio. Increasing the compression ratio improves the theoretical thermal efficiency of the internal combustion engine. On the other hand, engine downsizing is also being developed as a fuel efficiency improvement measure. Downsizing can reduce pumping loss and mechanical loss. However, in a downsized engine, it is necessary to increase the supercharging pressure in order to maintain the torque (output).
こうした高圧縮比、高過給のエンジンシステムでは、エンジン燃焼室の温度が上昇するため、プレイグニッションと呼ばれる異常燃焼が問題となる。プレイグニッションとは、点火プラグによる火花放電よりも前に混合気の着火が生じてしまう現象である。プレイグニッションが発生すると点火による燃焼制御が行えない状態となるため、筒内圧が急激に上昇してしまう恐れもあり、好ましくない。 In such a high compression ratio, high supercharged engine system, the temperature of the engine combustion chamber rises, so abnormal combustion called pre-ignition becomes a problem. Preignition is a phenomenon in which an air-fuel mixture is ignited before spark discharge by a spark plug. When pre-ignition occurs, combustion control by ignition cannot be performed, and the in-cylinder pressure may increase rapidly, which is not preferable.
また、プレイグニッションが発生する前には、その前兆となる現象が起こる場合がある。具体的には、点火プラグによる火花放電後であって正常燃焼よりも早く混合気の着火が生じるという現象（以下、この現象のことを本明細書において「プレイグニッション前兆燃焼」と言う）が起こる場合がある。したがって、本格的なプレイグニッションが発生する以前にプレイグニッションの前兆現象、即ちプレイグニッション前兆燃焼の発生を検知して、プレイグニッションを未然に回避することが重要である。 In addition, before pre-ignition occurs, a phenomenon that is a precursor may occur. Specifically, a phenomenon occurs in which the air-fuel mixture is ignited earlier than normal combustion after spark discharge by the spark plug (this phenomenon is hereinafter referred to as “pre-ignition precursor combustion”). There is a case. Therefore, it is important to prevent the pre-ignition by detecting the pre-ignition precursor phenomenon, that is, the occurrence of the pre-ignition precursor combustion, before the full-scale pre-ignition occurs.
プレイグニッションやプレイグニッション前兆燃焼（何れも異常燃焼）を検知する方策として、イオン電流検出装置（イオン検出装置）センサを用いた手法が提案されている。イオン電流センサにより、燃焼時に発生するイオンを検出することで、各サイクルにおける燃焼時期を検知することが可能である。 As a measure for detecting pre-ignition and pre-ignition precursor combustion (both abnormal combustion), a technique using an ion current detection device (ion detection device) sensor has been proposed. By detecting ions generated during combustion with an ion current sensor, it is possible to detect the combustion timing in each cycle.
実用的なイオン電流検出装置として、点火プラグをプローブとして利用するシステムが提案されている。このシステムにおいては、原理上、点火プラグの火花放電期間中にイオン電流を検出することができない。そのため、火花放電期間付近での燃焼を捉えることが出来ず、プレイグニッションもしくはプレイグニッション前兆燃焼の検知精度が低いという課題がある。 As a practical ion current detection device, a system using an ignition plug as a probe has been proposed. In principle, the ion current cannot be detected in this system during the spark discharge period of the spark plug. Therefore, there is a problem that combustion in the vicinity of the spark discharge period cannot be captured, and detection accuracy of preignition or preignition precursor combustion is low.
エンジンの燃焼状態を精度良く把握できるようにした技術として、例えば特許文献１が公知である。この特許文献１は、燃焼室内にイオン電流検出機能を備えた点火プラグを２つ設置し、その２つの点火プラグの火花放電時期をずらすことにより、一方のプラグだけでは検出不可能なイオン電流を、他方のプラグにより検出するという技術である。 For example, Patent Document 1 is known as a technique that can accurately grasp the combustion state of the engine. In this Patent Document 1, two spark plugs having an ion current detection function are installed in a combustion chamber, and the spark discharge timings of the two spark plugs are shifted so that an ion current that cannot be detected by only one plug is detected. This is a technique of detecting by the other plug.
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、イオン電流検出機能を備えた点火プラグを燃焼室に２つ備えることが必須であるため、エンジン燃焼室レイアウトの大規模な変更やコストアップが課題となる。 However, since it is essential for the technique described in Patent Document 1 to have two spark plugs having an ion current detection function in the combustion chamber, a large-scale change in engine combustion chamber layout and an increase in cost are problems. .
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コストアップを抑えつつ、異常燃焼を精度良く検出することができるエンジン制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an engine control device that can detect abnormal combustion with high accuracy while suppressing an increase in cost.
本発明に係るエンジン制御装置は、点火プラグにより火花放電を行って混合気を着火させる火花点火式内燃機関の制御装置において、前記火花点火式内燃機関の複数の燃焼サイクル間における火花放電開始時点から火花放電終了時点までの時間の変化に基づいて、前記火花点火式内燃機関内の燃焼状態が正常燃焼とプレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部を有する。 An engine control device according to the present invention is a control device for a spark ignition internal combustion engine that performs spark discharge with an ignition plug to ignite an air-fuel mixture, from the start of spark discharge between a plurality of combustion cycles of the spark ignition internal combustion engine. Combustion that determines whether the combustion state in the spark ignition internal combustion engine is normal combustion or preignition precursor combustion, which is a precursor of preignition, based on a change in time until the end of spark discharge It has a state determination unit.
或いは、本発明に係るエンジン制御装置は、点火プラグにより火花放電を行って混合気を着火させる火花点火式内燃機関のエンジン制御装置において、前記火花点火式内燃機関の火花放電開始時点から火花放電終了時点までの時間と複数の燃焼サイクル間における前記時間の変化に基づいて、前記火花点火式内燃機関内の燃焼状態が正常燃焼と異常燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部と、前記異常燃焼を回避するよう火花点火式内燃機関を制御する異常燃焼回避制御部と、前記異常燃焼の非発生運転条件にあることを判定する運転条件判定部を有し、前記運転条件判定部が前記非発生運転条件に該当すると判定した場合、前記回避制御を停止することを特徴とする。 Alternatively, the engine control device according to the present invention is an engine control device for a spark ignition type internal combustion engine that performs spark discharge with an ignition plug to ignite an air-fuel mixture, and the spark discharge ends from the spark discharge start point of the spark ignition type internal combustion engine. A combustion state determination unit that determines whether the combustion state in the spark ignition internal combustion engine is normal combustion or abnormal combustion based on the time until the time point and the change in the time between a plurality of combustion cycles An abnormal combustion avoidance control unit that controls the spark ignition internal combustion engine so as to avoid the abnormal combustion, and an operating condition determination unit that determines that the abnormal combustion is not generated, and the operating condition determination When the unit determines that the non-occurrence driving condition is satisfied, the avoidance control is stopped.
或いは、本発明に係るエンジン制御装置は、複数の燃焼サイクル間における燃焼時に発生するイオンを検出するイオン検出装置（４）と、エンジンの点火制御信号の立ち下がり時点から前記イオン検出装置によって出力されるイオン信号の立ち上がり時点までの時間（Δｔ）の変化に基づいて、エンジン内の燃焼状態が正常燃焼と異常燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部を有する。 Alternatively, the engine control device according to the present invention outputs an ion detection device (4) that detects ions generated during combustion between a plurality of combustion cycles, and the ion detection device from the falling point of the ignition control signal of the engine. A combustion state determination unit that determines whether the combustion state in the engine is normal combustion or abnormal combustion based on a change in time (Δt) until the rising point of the ion signal.
本発明によれば、エンジンレイアウトの多規模な変更やコストアップなしで、異常燃焼の発生を未然に防止することが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態および実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of abnormal combustion in advance without making a large-scale change in engine layout or increasing costs. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments and examples.
以下、本発明に係るエンジン制御装置の実施形態について、図を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of an engine control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係るエンジン制御装置を適用した自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンのシステム構成図である。本発明の実施形態に係るエンジン制御装置を含むエンジン制御システムは、少なくとも点火システム４とエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０とを備えて構成される。図１に示すように、エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気管６内の圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気の温度を計測する吸気温度センサ１５と、吸気管６内の圧力を計測する吸気圧センサ２１と、が吸気側の適宜位置に備えられている。 FIG. 1 is a system configuration diagram of an in-cylinder injection gasoline engine for automobiles to which an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. An engine control system including an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention includes at least an ignition system 4 and an engine control unit (ECU) 20. As shown in FIG. 1, the engine 100 is a four-cylinder gasoline engine for automobiles that performs spark ignition combustion. An air flow sensor 1 that measures the amount of intake air, an electronic control throttle 2 that adjusts the pressure in the intake pipe 6, an intake air temperature sensor 15 that measures the temperature of the intake air, which is an aspect of the intake air temperature detector, An intake pressure sensor 21 for measuring the pressure in the intake pipe 6 is provided at an appropriate position on the intake side.
また、エンジン１００には、燃焼室１２の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）３と、点火エネルギを供給する点火システム４が気筒ごとに備えられている。ここで、点火システム４は燃焼時のイオン電流を検出するイオン電流検出回路（イオン検出装置）４−２を備えている（図２参照）。また、エンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ１４がシリンダヘッド７の適宜位置に備えられている。 Further, the engine 100 is provided with a fuel injection device (hereinafter referred to as an injector) 3 for injecting fuel into the combustion chamber 12 and an ignition system 4 for supplying ignition energy for each cylinder. Here, the ignition system 4 includes an ion current detection circuit (ion detection device) 4-2 that detects an ion current during combustion (see FIG. 2). Further, a coolant temperature sensor 14 for measuring the coolant temperature of the engine is provided at an appropriate position of the cylinder head 7.
また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ可変装置５ａと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ可変装置５ｂとから構成される可変バルブ５がシリンダヘッド７の適宜位置に備えられている。可変バルブ５を調整することにより、１番（＃１）から４番（＃４）まで全気筒の吸気量およびＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量の調整が可能である。また、燃料噴射装置３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプ１７が燃料配管によって燃料噴射装置３と接続されている。燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサ１８が備えられている。 A variable valve 5 comprising an intake valve variable device 5a for adjusting the intake gas flowing into the cylinder and an exhaust valve variable device 5b for adjusting the exhaust gas discharged from the cylinder is located at an appropriate position of the cylinder head 7. Is provided. By adjusting the variable valve 5, it is possible to adjust the intake air amount and EGR (Exhaust Gas Recirculation) amount of all cylinders from No. 1 (# 1) to No. 4 (# 4). A high pressure fuel pump 17 for supplying high pressure fuel to the fuel injection device 3 is connected to the fuel injection device 3 by a fuel pipe. A fuel pressure sensor 18 for measuring the fuel injection pressure is provided in the fuel pipe.
さらに、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、排気温度検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ１１とが排気管８の適宜位置に備えられる。また、図示しないクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１３が備えられている。 Further, a three-way catalyst 10 for purifying exhaust, and an air-fuel ratio detector, an air-fuel ratio sensor 9 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust on the upstream side of the three-way catalyst 10, and an exhaust temperature detector An exhaust temperature sensor 11 that measures the temperature of exhaust gas upstream of the three-way catalyst 10 is provided at an appropriate position of the exhaust pipe 8. The crankshaft (not shown) is provided with a crank angle sensor 13 for calculating the rotation angle.
エアフローセンサ１、空燃比センサ９、冷却水温度センサ１４、吸気温度センサ１５、排気温度センサ１１、クランク角センサ１３、燃料圧力センサ１８、吸気圧センサ２１、点火システム（イオン信号検出回路）４、および可変動弁（位相角センサ）５のそれぞれから得られる信号は、制御装置としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１６から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。 An air flow sensor 1, an air-fuel ratio sensor 9, a coolant temperature sensor 14, an intake air temperature sensor 15, an exhaust gas temperature sensor 11, a crank angle sensor 13, a fuel pressure sensor 18, an intake pressure sensor 21, an ignition system (ion signal detection circuit) 4, A signal obtained from each of the variable valve (phase angle sensor) 5 is sent to an engine control unit (ECU) 20 as a control device. Further, a signal obtained from the accelerator opening sensor 16 is sent to the ECU 20.
アクセル開度センサ１６は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１６の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１６は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサ１３の出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。 The accelerator opening sensor 16 detects the amount of depression of the accelerator pedal, that is, the accelerator opening. The ECU 20 calculates the required torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 16. That is, the accelerator opening sensor 16 is used as a required torque detection sensor that detects a required torque for the engine. Further, the ECU 20 calculates the rotational speed of the engine based on the output signal of the crank angle sensor 13. The ECU 20 optimally calculates main operating amounts of the engine such as the air flow rate, the fuel injection amount, the ignition timing, and the fuel pressure based on the operating state of the engine obtained from the outputs of the various sensors.
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号４ｈが点火システム４に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ５へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された燃料圧力は、高圧燃料ポンプ駆動信号として、高圧燃料ポンプ１７へ送られる。 The fuel injection amount calculated by the ECU 20 is converted into a valve opening pulse signal and sent to the injector 3. Further, an ignition signal 4h is sent to the ignition system 4 so as to be ignited at the ignition timing calculated by the ECU 20. The throttle opening calculated by the ECU 20 is sent to the electronic control throttle 2 as a throttle drive signal. Further, the operation amount of the variable valve calculated by the ECU 20 is sent to the variable valve 5 as a variable valve drive signal. The fuel pressure calculated by the ECU 20 is sent to the high pressure fuel pump 17 as a high pressure fuel pump drive signal.
吸気管６から吸気バルブ３０を経て燃焼室１２内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気が形成される。混合気は所定の点火時期で点火プラグ４から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気バルブ３１を経て排気管８を流れた後、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。 Fuel is injected into the air that flows into the combustion chamber 12 from the intake pipe 6 via the intake valve 30, and an air-fuel mixture is formed. The air-fuel mixture explodes due to a spark generated from the spark plug 4 at a predetermined ignition timing, and the piston is pushed down by the combustion pressure to become the driving force of the engine. Further, the exhaust gas after the explosion flows through the exhaust pipe 8 through the exhaust valve 31, and then is sent to the three-way catalyst 10, and the exhaust components are purified in the three-way catalyst 10 and discharged to the outside.
図２は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムを構成する点火システム４の詳細を示した図である。点火システム４は、火花点火部４−１とイオン電流検出回路（イオン検出装置）４−２とで構成される。ＥＣＵ２０からの点火制御信号４ｈが入力されるとイグナイタ４ｉを介して、一次点火コイル４ｃに電流が流れる。点火信号がＯＦＦになり一次側の電流が止まると二次点火コイル４ｂに起電力が発生し、点火プラグ４ａの先端に高電圧がかかることで火花放電が生じる。火花放電時は図２の矢印Ｉの方向に電流が流れる。二次点火コイル４ｂの電圧が減少し、ツェナーダイオード４ｅの降伏電圧（例えば１００Ｖ）よりも低くなると、電流はキャパシタ４ｄに流れ込み、キャパシタ４ｄに電荷がチャージされる。 FIG. 2 is a diagram showing details of the ignition system 4 constituting the engine control system according to the embodiment of the present invention. The ignition system 4 includes a spark ignition unit 4-1 and an ion current detection circuit (ion detection device) 4-2. When the ignition control signal 4h from the ECU 20 is input, a current flows through the primary ignition coil 4c via the igniter 4i. When the ignition signal is turned off and the primary current is stopped, an electromotive force is generated in the secondary ignition coil 4b, and a high voltage is applied to the tip of the spark plug 4a to cause spark discharge. During spark discharge, current flows in the direction of arrow I in FIG. When the voltage of the secondary ignition coil 4b decreases and becomes lower than the breakdown voltage (for example, 100V) of the Zener diode 4e, the current flows into the capacitor 4d, and the capacitor 4d is charged.
火花放電により点火プラグ間ギャップ（中心電極と接地電極との間のギャップ）に火炎核が生まれ、その後燃焼室１２内に火炎が伝播していく。火炎帯には燃焼過程の中間生成物として、ケミカルイオンやサーマルイオンといったイオンが存在している。この時、点火プラグ４ａには、火花放電時にチャージしたキャパシタ４ｄによって電圧（この場合は１００Ｖ）がかかっており、その電圧により燃焼室内の陽イオン（および電子）を捕捉することによって回路内にイオン電流が流れる（図中のＩＩの方向）。このイオン電流は電圧変換用抵抗４ｆによって電圧変換された後、イオン信号４ｇとしてＥＣＵ２０に送られる。 A spark nucleus is generated in the gap between the spark plugs (gap between the center electrode and the ground electrode) by the spark discharge, and then the flame propagates into the combustion chamber 12. In the flame zone, ions such as chemical ions and thermal ions exist as intermediate products in the combustion process. At this time, a voltage (in this case, 100 V) is applied to the spark plug 4a by the capacitor 4d charged at the time of spark discharge. By capturing positive ions (and electrons) in the combustion chamber by the voltage, ions are generated in the circuit. Current flows (direction II in the figure). This ionic current is voltage-converted by the voltage conversion resistor 4f and then sent to the ECU 20 as an ion signal 4g.
次に、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムにおけるプレイグニッションおよびプレイグニッション前兆燃焼の検出手法原理について、図３から図６を用いて説明する。図３は、図１に示すエンジンにおいて、時間の経過に伴う点火制御信号と熱発生率との関係についての代表例を示した図である。熱発生率に関しては、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、熱発生率の単位は、「ジュール／秒」である。 Next, the principle of the pre-ignition and pre-ignition precursor combustion detection method in the engine control system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing a representative example of the relationship between the ignition control signal and the heat generation rate over time in the engine shown in FIG. Regarding the heat release rate, examples are shown for normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition. The unit of heat generation rate is “joule / second”.
図３に示すように、時刻ｔ1において、点火制御信号４ｈが立ち上がり、点火コイルにエネルギがチャージされる。時刻ｔ2において点火制御信号４ｈが立ち下がり、二次点火コイルに高電圧が発生して火花放電が開始する。その後時刻ｔ3まで火花放電が継続する。 As shown in FIG. 3, at time t 1, the ignition control signal 4h rises, the energy is charged in the ignition coil. Ignition control signal 4h falls at time t 2, the high voltage spark discharge starts occurring in the secondary ignition coil. Thereafter, the spark discharge continues until time t 3 .
（ａ）正常燃焼時においては、火花放電をトリガとして燃焼が発生するため、火花放電が終了した時刻ｔ3以降、時刻ｔcombに燃焼が開始する。一方で、（ｃ）プレイグニッション時においては、燃焼室内の高温化に起因する混合気の自己着火により燃焼が発生するため、火花放電が開始する時刻ｔ2以前に燃焼が開始する。ここで（ａ）正常燃焼から（ｃ）プレイグニッションへ移行する際に、その間に存在する（ｂ）プレイグニッション前兆燃焼に着目する。このプレイグニッション前兆燃焼時においては、火花放電が開始する時刻ｔ2以降に燃焼が開始する（つまり、火花放電をトリガとして燃焼が発生する）が、（ａ）正常燃焼と比較して燃焼開始時期が早く、火花放電終了時刻ｔ3よりも前に燃焼が開始する場合がある。 (A) During normal combustion, combustion occurs with spark discharge as a trigger, and therefore, combustion starts at time t comb after time t 3 when the spark discharge ends. On the other hand, during (c) pre-ignition, combustion occurs due to self-ignition of the air-fuel mixture resulting from the high temperature in the combustion chamber, and therefore combustion starts before time t 2 when spark discharge starts. Here, when shifting from (a) normal combustion to (c) pre-ignition, attention is focused on (b) pre-ignition precursor combustion existing in the meantime. In this pre-ignition precursor combustion, combustion starts after time t 2 when spark discharge starts (that is, combustion occurs using spark discharge as a trigger). (A) Combustion start timing compared to normal combustion The combustion may start earlier than the spark discharge end time t 3 .
図４は、図１に示すエンジンの試験を行い、その試験データに基づいて、時間の経過に伴う点火制御信号とイオン信号との関係を示した図である。イオン信号４ｇに関しては、図３の熱発生率と同様に、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、図４は、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ、スロットル開度が全開、有効圧縮比が１０．３の試験条件でエンジンの試験を行った結果を示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ignition control signal and the ion signal with the passage of time based on the test data of the engine shown in FIG. Regarding the ion signal 4g, as in the heat generation rate of FIG. 3, examples are shown for normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition. FIG. 4 shows the results of testing the engine under the test conditions where the engine speed is 1000 rpm, the throttle opening is fully open, and the effective compression ratio is 10.3.
まず、（ａ）正常燃焼時の燃焼に伴い発生するイオン信号４ｇの特徴を説明する。イオン信号４ｇには３つの山が出る特徴がある。イオン信号４ｇの１つ目の山４ｇ−１はイオン電流検出回路４−２（図２参照）が点火システム４に内蔵されている場合に見られる波形である。この１つ目の山４ｇ−１は、時刻ｔ1で点火制御信号４ｈが入力された際にイオン電流検出回路４−２に電流が流れ、イオン信号４ｇとして出力されたことにより形成されたものである。実際には燃焼室１２内には燃焼火炎は存在しないタイミングなので、ＥＣＵ２０は、イオン信号の１つ目の山４ｇ−１をノイズとして処理する。 First, (a) the characteristics of the ion signal 4g generated with combustion during normal combustion will be described. The ion signal 4g is characterized by three peaks. The first peak 4g-1 of the ion signal 4g is a waveform seen when the ion current detection circuit 4-2 (see FIG. 2) is built in the ignition system 4. Mountain 4g-1 of the first is that the current in the ion current detection circuit 4-2 when the ignition control signal 4h at time t 1 is input stream, which is formed by output as an ion signal 4g It is. Since the combustion flame does not actually exist in the combustion chamber 12, the ECU 20 processes the first peak 4g-1 of the ion signal as noise.
イオン信号４ｇの２つ目の山４ｇ−２は、時刻ｔ2で点火制御信号４ｈが遮断され点火プラグ４ａのギャップ間に火花が飛び、火花放電時間Δｔを経過した後に見られる信号である。この２つ目の山４ｇ−２は、燃焼初期火炎中のイオン成分と放電に伴うノイズ成分とが同時に検出されたことにより形成されたものである。ここで、ギャップ間に火花放電している間（火花放電期間：ｔ2〜ｔ2+Δｔ）は、イオン電流検出回路４−２によってイオン信号を検出できない。 The second mountain 4g-2 of the ion signal. 4g, ignition control signal 4h is interrupted jump spark in the gap of the spark plug 4a at time t 2, the a signal seen after a lapse of a spark discharge time Delta] t. The second peak 4g-2 is formed by simultaneously detecting the ion component in the initial combustion flame and the noise component accompanying the discharge. Here, during a spark discharge between the gaps (spark discharge period: t 2 to t 2 + Δt), the ion signal cannot be detected by the ion current detection circuit 4-2.
イオン信号４ｇの３つ目の山４ｇ−３は、燃焼火炎が燃焼室１２全体に燃え広がる過程で検出される波形であり、燃焼室１２内の圧力波形や熱発生波形ともよく一致するものである。この３つ目の山４ｇ−３は、主燃焼部分の火炎中のイオン成分が検出されたことにより形成されたものである。 The third peak 4g-3 of the ion signal 4g is a waveform detected in the process in which the combustion flame spreads over the entire combustion chamber 12, and matches well with the pressure waveform and heat generation waveform in the combustion chamber 12. is there. The third peak 4g-3 is formed by detecting the ion component in the flame of the main combustion portion.
プレイグニッション発生時は、まず３つ目の山４ｇ−３に変化が現れる。（ａ）正常燃焼から（ｂ）プレイグニッション前兆燃焼、（ｃ）プレイグニッションと移行する際の熱発生時期の早期化（図３参照）に伴って、３つ目の山４ｇ−３の発生時期が早期化し、そのピーク値が大きくなっていく傾向が見られる。したがって、圧縮行程の所定の時刻ｔ1（例えば９０[deg.BTDC]）から膨張行程の所定の時刻ｔ4（例えば９０[deg.ATDC]）までイオン信号を積分（積算）した値Ｓ（図中の黒塗り部分の面積に相当）は、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に大きくなる傾向にある（Ｓa＜Ｓb＜Ｓc）。 When pre-ignition occurs, a change first appears in the third peak 4g-3. (A) Pre-ignition combustion from normal combustion, (c) Early generation of heat generation time when transitioning to pre-ignition (see FIG. 3), the generation time of the third peak 4g-3 However, there is a tendency that the peak value becomes larger. Therefore, the predetermined time t 1 of the compression stroke (for example 90 [deg.BTDC]) predetermined time of the expansion stroke from t 4 (e.g. 90 [deg.ATDC]) to integrate the ion signal (integrated) value S (FIG. (Corresponding to the area of the blackened portion in the middle) tends to increase in the order of normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition (S a <S b <S c ).
これは、燃焼時期の早期化に伴いイオン信号の発生も早期化したことと、燃焼時期の早期化により燃焼室１２内の温度が上昇したことでイオン（主にサーマルイオン）の発生が促進されイオン信号エネルギが増大したことに起因する。 This is because the generation of ions (mainly thermal ions) is promoted by the fact that the generation of ion signals has been accelerated with the advance of the combustion timing and the temperature in the combustion chamber 12 has increased due to the advance of the combustion timing. This is due to the increased ion signal energy.
また、もう一つの変化として、点火制御信号の立ち下がり時刻ｔ2からイオン信号の立ち上り時刻ｔ3（ｔ3a，ｔ3b，ｔ3c）までの時間Δｔが、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に短くなる傾向が見られる（Δｔa＞Δｔb＞Δｔc）。ここで、Δｔは火花放電時間そのものを意味していることに着目する。プレイグニッション前兆燃焼時には、正常燃焼と比較して燃焼時期が早期化し、火花放電中に燃焼が開始するようになる。 Another change is that the time Δt from the falling time t 2 of the ignition control signal to the rising time t 3 (t 3a , t 3b , t 3c ) of the ion signal is normal combustion, pre-ignition precursor combustion, pre-ignition There is a tendency to shorten in order of ignition (Δt a > Δt b > Δt c ). Here, attention is paid to the fact that Δt means the spark discharge time itself. At the time of pre-ignition precursor combustion, the combustion timing is advanced compared to normal combustion, and combustion starts during spark discharge.
火花放電中に燃焼が開始すると、点火プラグギャップ間の圧力および温度が急激に上昇するため、高い放電電圧が要求され、放電電圧が高くなる。したがって、火花点火時間が短縮される。同様にプレイグニッション時には、火花放電時には既に大半の混合気が燃焼しているため点火プラグギャップ間の圧力および温度が高く、結果として火花点火時間が短縮される。以上が、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順にΔｔが短くなるメカニズムである。 When combustion starts during spark discharge, the pressure and temperature between the spark plug gaps rapidly increase, so that a high discharge voltage is required and the discharge voltage becomes high. Therefore, the spark ignition time is shortened. Similarly, at the time of pre-ignition, most of the air-fuel mixture is already combusted at the time of spark discharge, so the pressure and temperature between the spark plug gaps are high, and as a result, the spark ignition time is shortened. The above is the mechanism in which Δt becomes shorter in the order of normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition.
図５は、図１に示すエンジンの試験を上記した試験条件下（即ち、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ、スロットル開度が全開、有効圧縮比が１０．３）で行い、その試験データに基づいて、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δｔと燃焼開始時期との関係をプロットした図である。グラフの横軸は燃焼開始時期、つまりプレイグニッションの指標値であり、縦軸はΔｔである。 FIG. 5 shows the test of the engine shown in FIG. 1 under the test conditions described above (that is, the engine speed is 1000 rpm, the throttle opening is fully open, and the effective compression ratio is 10.3). It is the figure which plotted the relationship between time (DELTA) t from the fall time of an ignition control signal, and the ion signal rise time, and a combustion start time. The horizontal axis of the graph is the combustion start time, that is, the pre-ignition index value, and the vertical axis is Δt.
Δｔを見ると、正常燃焼からプレイグニッション前兆燃焼とプレイグニッション前兆燃焼からプレイグニッションへと移行するにつれて、短くなる傾向が有る。この傾向から、Δｔに基づいて正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼とを区別することは容易（高感度）である。例えば、判定しきい値をΔｔkに設定することで、プレイグニッション前兆燃焼と正常燃焼とを識別することが可能である。 Looking at Δt, there is a tendency to become shorter as the transition from normal combustion to pre-ignition precursor combustion and pre-ignition precursor combustion to pre-ignition. From this tendency, it is easy (high sensitivity) to distinguish between normal combustion and preignition precursor combustion based on Δt. For example, by setting the determination threshold value to Δt k , it is possible to distinguish between pre-ignition precursor combustion and normal combustion.
以上のことから、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムによれば、Δｔが判定しきい値Δｔkより長い場合には正常燃焼を識別でき、Δｔが判定しきい値Δｔkより短い場合には異常燃焼を識別できる。また、プレイグニッションが発生する前にその前兆現象としてプレイグニッション前兆燃焼が発生することが通常の異常燃焼のメカニズムであることから考えると、Δｔが判定しきい値Δｔkより短い場合には、異常燃焼がプレイグニッション前兆燃焼であることを推定することも可能である。 From the above, according to the engine control system according to an embodiment of the present invention, Delta] t is to identify the normal combustion in the case longer than the decision threshold value Delta] t k, if Delta] t is less than the determination threshold value Delta] t k Can identify abnormal combustion. Also, considering that the occurrence of pre-ignition precursor combustion before the occurrence of pre-ignition is a normal abnormal combustion mechanism, if Δt is shorter than the determination threshold Δt k , It is also possible to infer that the combustion is a pre-ignition precursor combustion.
図６は、図５における、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δｔと燃焼開始時期の関係と予想される変動の傾向を表したものである。 FIG. 6 shows the relationship between the time Δt from the time point when the ignition control signal falls to the time point when the ion signal rises in FIG. 5 and the combustion start timing, and the expected fluctuation tendency.
Δｔは主に筒内ガス温度に伴って変化するため、同じ燃焼開始時期であっても、筒内残留ガスや燃料混合などのサイクルばらつきの影響を受ける。これにより、高感度な傾向を示す領域においては、ばらつきが生じ、正常燃焼とプレイグニッション予兆燃焼の閾値を一意に決めることが困難である。 Since Δt mainly changes with the in-cylinder gas temperature, even at the same combustion start time, it is affected by cycle variations such as in-cylinder residual gas and fuel mixture. As a result, variations occur in regions showing high sensitivity, and it is difficult to uniquely determine threshold values for normal combustion and preignition predictive combustion.
図７は、図１に示すエンジンの試験を上記した試験条件下（即ち、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ、スロットル開度が全開、有効圧縮比が１０．３）で行い、その試験データに基づいて、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δｔと燃焼サイクルとの関係をプロットした図である。グラフの横軸は燃焼サイクルで、正常燃焼からプレイグニッションへ遷移する過程を示しており、縦軸はΔｔである。 FIG. 7 shows the test of the engine shown in FIG. 1 performed under the test conditions described above (that is, the engine speed is 1000 rpm, the throttle opening is fully open, and the effective compression ratio is 10.3). It is the figure which plotted the relationship between time (DELTA) t from the fall time of an ignition control signal, and an ion signal rise time, and a combustion cycle. The horizontal axis of the graph is the combustion cycle, showing the process of transition from normal combustion to pre-ignition, and the vertical axis is Δt.
図７によると、プレイグニッション前兆燃焼からプレイグニッションへ至る過程については、Δtの感度が大きいため、プレイグニッションの識別は可能である。しかし、実用上、必要とされる検知対象は、プレイグニッション前兆燃焼の開始時期である。 According to FIG. 7, in the process from the pre-ignition precursor combustion to the pre-ignition, the sensitivity of Δt is large, so that the pre-ignition can be identified. However, the detection target that is practically required is the start timing of pre-ignition precursor combustion.
しかし、正常燃焼からプレイグニッション前兆燃焼へ至る過程においては、図６で述べたばらつき要因により、Δtの感度が小さくなっており、正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼を区別することができず、要検知燃焼サイクルを検出するための閾値ΔｔKを定めることもできない。 However, in the process from normal combustion to pre-ignition precursor combustion, the sensitivity of Δt is reduced due to the variation factors described in FIG. 6, and normal combustion and pre-ignition precursor combustion cannot be distinguished. It is also not possible to define a threshold value Δt K for detecting the combustion cycle.
一方、図５と図６によると、プレイグニッションの燃焼サイクルと比べて、正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼におけるΔｔは燃焼開始時期に対してより高い感度がある。このため、燃焼ばらつきよるΔｔの変動も大きくなる。さらにこの感度は正常燃焼よりもプレイグニッション前兆燃焼の方が高い傾向にある。このため、正常燃焼からプレイグニッション前兆燃焼へ至るまでの遷移においては、Δｔとその前サイクルのΔｔとの変化ΔΔｔより感度が得られることとなる。 On the other hand, according to FIGS. 5 and 6, Δt in normal combustion and pre-ignition precursor combustion is more sensitive to the combustion start timing than in the pre-ignition combustion cycle. For this reason, the variation of Δt due to combustion variation also increases. Furthermore, this sensitivity tends to be higher for pre-ignition precursor combustion than for normal combustion. For this reason, in the transition from normal combustion to pre-ignition precursor combustion, sensitivity is obtained from the change ΔΔt between Δt and Δt of the preceding cycle.
図８は、図７におけるΔｔを、Δｔとその前サイクルのΔｔとの変化ΔΔｔへ置き換えたもので、グラフの縦軸はΔΔｔで、横軸は燃焼サイクルである。図８によれば、正常燃焼におけるΔΔｔと、プレイグニッション前兆燃焼におけるΔΔｔとでは明確な変化が生じており、感度が向上していることが分かる。これに伴い、ΔΔｔの閾値ΔΔｔKを定めることで要検出燃焼サイクルの検出精度を向上できる。 FIG. 8 is a graph in which Δt in FIG. 7 is replaced with a change ΔΔt between Δt and Δt of the previous cycle. The vertical axis of the graph is ΔΔt, and the horizontal axis is the combustion cycle. According to FIG. 8, it can be seen that there is a clear change between ΔΔt in normal combustion and ΔΔt in preignition precursor combustion, and the sensitivity is improved. Accordingly, the detection accuracy of the required combustion cycle can be improved by determining the threshold ΔΔt K of ΔΔt.
図９は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの電気的構成を示すブロック図である。エアフローセンサ１、イオン信号４ｇ、空燃比センサ９、排気温度センサ１１、クランク角センサ１３、冷却水温度センサ１４、吸気温度センサ１５、アクセル開度センサ１６、燃料圧力センサ１８、吸気圧センサ２１の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。 FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of the engine control system according to the embodiment of the present invention. The air flow sensor 1, the ion signal 4 g, the air-fuel ratio sensor 9, the exhaust gas temperature sensor 11, the crank angle sensor 13, the cooling water temperature sensor 14, the intake air temperature sensor 15, the accelerator opening sensor 16, the fuel pressure sensor 18, and the intake pressure sensor 21. The output signal is input to the input circuit 20a of the ECU 20. However, the input signal is not limited to these. The input signal of each input sensor is sent to the input port in the input / output port 20b. The value sent to the input port 20b is stored in the RAM 20c and processed by the CPU 20e. A control program describing the contents of the arithmetic processing is written in advance in the ROM 20d.
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、高圧燃料ポンプ駆動回路２０ｋがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ３、点火システム４、可変バルブ５、高圧燃料ポンプ１７を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。 A value indicating the operation amount of each actuator calculated according to the control program is stored in the RAM 20c, then sent to the output port in the input / output port 20b, and sent to each actuator via each drive circuit. In the case of this embodiment, there are an electronic throttle drive circuit 20f, an injector drive circuit 20g, an ignition output circuit 20h, a variable valve drive circuit 20j, and a high-pressure fuel pump drive circuit 20k as drive circuits. Each circuit controls the electronic control throttle 2, the injector 3, the ignition system 4, the variable valve 5, and the high-pressure fuel pump 17, respectively. In the present embodiment, the device includes the drive circuit in the ECU 20. However, the present invention is not limited to this, and any of the drive circuits may be provided in the ECU 20.
ＥＣＵ２０は、入力信号に基づいて異常燃焼（プレイグニッションまたはプレイグニッション前兆燃焼）を判定し，異常燃焼であると判定された場合に、点火時期、インジェクタ（燃料噴射量）、可変バルブ、スロットル開度を制御する。 The ECU 20 determines abnormal combustion (pre-ignition or pre-ignition precursor combustion) based on the input signal, and when it is determined that there is abnormal combustion, ignition timing, injector (fuel injection amount), variable valve, throttle opening To control.
続いて、上記の実施形態に係るエンジン制御システムを用いて行うエンジン制御の代表的な実施例について説明する。 Next, typical examples of engine control performed using the engine control system according to the above-described embodiment will be described.
実施例１は、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δｔに基づいてプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例１について、図１０〜図１３を用いて詳しく説明する。 In the first embodiment, the preignition precursor combustion is determined based on the time Δt from the falling point of the ignition control signal to the ion signal rising point, and the engine is controlled to avoid the preignition precursor combustion based on the determination. Is illustrated. Hereinafter, Example 1 will be described in detail with reference to FIGS.
図１０は、実施例１におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。ＥＣＵ２０は、プレイグニッション前兆燃焼が生じない運転条件であるか否かを判定する、運転状態判定部１０１と、プレイグニッション前兆燃焼判定およびプレイグニッション前兆燃焼の回避制御を行うために、プレイグニッション前兆燃焼判定部（燃焼状態判定部）１０２、プレイグニッション前兆燃焼回避制御部（異常燃焼回避制御部）１０３を備えている。クランク角センサ１３とアクセル開度センサ１６と水温センサと吸気温センサは運転状態判定部１０１へ入力され、運転状態によりプレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態か否かを判定し、その結果をプレイグニッション前兆燃焼判定部１０２へ出力する。 FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of pre-ignition precursor combustion determination and avoidance control logic according to the first embodiment. The ECU 20 determines whether or not the operation condition is such that the pre-ignition precursor combustion does not occur. The ECU 20 performs pre-ignition precursor combustion in order to perform the pre-ignition precursor combustion determination and the pre-ignition precursor combustion avoidance control. A determination unit (combustion state determination unit) 102 and a pre-ignition precursor combustion avoidance control unit (abnormal combustion avoidance control unit) 103 are provided. The crank angle sensor 13, the accelerator opening sensor 16, the water temperature sensor, and the intake air temperature sensor are input to the operation state determination unit 101, and it is determined whether or not an operation state in which pre-ignition precursor combustion does not occur depending on the operation state. Output to the ignition precursor combustion determination unit 102.
プレイグニッション前兆燃焼判定部１０２には、運転状態判定部１０１により演算された判定結果の他、クランク角センサ１３、アクセル開度センサ１６の出力信号が入力される。運転状態判定部１０１により演算された判定結果が、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態である場合、プレイグニッション前兆燃焼が発生していないと判定し、その結果をプレイグニッション前兆燃焼回避制御部１０３へ出力する。 In addition to the determination result calculated by the operating state determination unit 101, output signals of the crank angle sensor 13 and the accelerator opening sensor 16 are input to the pre-ignition precursor combustion determination unit 102. If the determination result calculated by the operation state determination unit 101 is an operation state in which pre-ignition precursor combustion does not occur, it is determined that pre-ignition precursor combustion has not occurred, and the result is determined as the pre-ignition precursor combustion avoidance control unit 103. Output to.
運転状態判定部１０１により演算された判定結果が、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態でない場合、クランク角センサ１３の出力信号から演算したエンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度センサ１６の出力信号から推定したエンジントルクＴ（負荷）に基づいて、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値ΔΔｔkが演算される。さらに、イオン信号４ｇと点火制御信号２０ｈはプレイグニッション前兆燃焼判定部１０２に入力され、図４で示したように、点火制御信号立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δｔの演算が実行される。更に前サイクルとの差分からΔΔｔの演算が実行される。 When the determination result calculated by the operation state determination unit 101 is not an operation state in which pre-ignition precursor combustion does not occur, from the engine speed Ne calculated from the output signal of the crank angle sensor 13 and the output signal of the accelerator opening sensor 16 based on the estimated engine torque T (load), the determination threshold Derutaderutati k preignition aura combustion is calculated. Further, the ion signal 4g and the ignition control signal 20h are input to the pre-ignition precursor combustion determination unit 102, and calculation of a time Δt from the ignition control signal falling time to the ion signal rising time is executed as shown in FIG. The Further, ΔΔt is calculated from the difference from the previous cycle.
そして、現在のΔΔｔと判定しきい値ΔΔｔkを比較することでプレイグニッション前兆燃焼が発生しているか否かを判定し、その結果をプレイグニッション前兆燃焼回避制御部１０３へ出力する。ここではアクセル開度センサ１３の出力からエンジントルクを推定したが、それに限らず、スロットル開度２や吸気圧力センサ２１の出力等に基づいてエンジントルクを推定してもよい。また、ここでは演算されたエンジン回転数とエンジントルク双方を用いて判定しきい値Δｔkを演算したが、エンジン回転数とエンジントルクのうちどちらか一方を用いて判定しきい値を演算してもよい。 Then, it is determined whether the current preignition aura combustion by comparing the Derutaderutati the determination threshold Derutaderutati k has occurred, and outputs the result to preignition aura combustion avoidance control section 103. Here, the engine torque is estimated from the output of the accelerator opening sensor 13. However, the present invention is not limited to this, and the engine torque may be estimated based on the throttle opening 2, the output of the intake pressure sensor 21, or the like. Here, the determination threshold value Δt k is calculated using both the calculated engine speed and engine torque, but the determination threshold value is calculated using either the engine speed or the engine torque. Also good.
プレイグニッション前兆燃焼回避制御部１０３には、プレイグニッション前兆燃焼の判定結果が入力され、プレイグニッション前兆燃焼が発生していれば，プレイグニッション前兆燃焼回避のために、作動対象毎の補正係数を修正する。また、プレイグニッション前兆燃焼が発生していなければ、現在の設定を継続する。 The pre-ignition precursor combustion avoidance control unit 103 receives the pre-ignition precursor combustion determination result, and if pre-ignition precursor combustion has occurred, the correction coefficient for each operation target is corrected in order to avoid pre-ignition precursor combustion. To do. Further, if pre-ignition precursor combustion has not occurred, the current setting is continued.
図１１は、実施例１におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御の手順を示すフローチャートである。図１１に示す制御手順は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。 FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of pre-ignition precursor combustion determination and avoidance control according to the first embodiment. The control procedure shown in FIG. 11 is repeatedly executed by the ECU 20 at a predetermined cycle.
ステップＳ９１１において、ＥＣＵ２０は、運転状態信号を読み込む。ここで、運転状態信号は、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態であるか否かを判定するためのものであり、例えば、クランク角度信号やアクセル開度、水温、吸気温などがある。次にステップ９１２にて、予め用意した、判定マップと運転状態を照合し、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態であるか否かを判定する。判定マップの例を図１３へ示す。この判定マップは、横軸をクランク角度センサから演算したエンジン回転数、縦軸をアクセル開度から演算したエンジントルクとし、冷却水温度または吸気温度毎の判定閾値を示している。この判定マップより得られた判定結果が、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態である場合、プレイグニッション前兆燃焼回避制御対象の補正係数を全て初期化した上で、プレイグニッション前兆燃焼判定部とプレイグニッション前兆燃焼回避制御部の処理を終了する。 In step S911, the ECU 20 reads an operation state signal. Here, the operating state signal is used to determine whether or not the pre-ignition precursor combustion does not occur, and includes, for example, a crank angle signal, an accelerator opening, a water temperature, and an intake air temperature. Next, in step 912, the determination map prepared in advance is compared with the operation state, and it is determined whether or not the operation state is such that the pre-ignition precursor combustion does not occur. An example of the determination map is shown in FIG. In this determination map, the horizontal axis represents the engine speed calculated from the crank angle sensor, and the vertical axis represents the engine torque calculated from the accelerator opening. If the determination result obtained from this determination map is an operation state in which pre-ignition precursor combustion does not occur, the pre-ignition precursor combustion determination unit and the pre-ignition precursor combustion determination unit The process of the ignition precursor combustion avoidance control unit is terminated.
プレイグニッション前兆燃焼判定前に運転状態判定を行うことで、演算処理を低減できる。さらに、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転条件においてのみ、プレイグニッション前兆燃焼回避制御対象の補正係数を全て初期化することで、プレイグニッション前兆燃焼ではないと判定した場合でも、プレイグニッション前兆燃焼回避制御は停止されないため、再びプレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転条件ではない状態へ移るまではプレイグニッション前兆燃焼を生じることを防げる。結果として、ハンチング動作の防止となる。一方、判定結果が、プレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態ではない場合、ステップ９０１へ進む。ここまでの処理は運転状態判定部１０１により実行される。 Arithmetic processing can be reduced by performing the operation state determination before the preignition precursor combustion determination. Furthermore, even if it is determined that pre-ignition precursor combustion is not detected by initializing all correction factors for the pre-ignition precursor combustion avoidance control only under operating conditions where pre-ignition precursor combustion does not occur, pre-ignition precursor combustion avoidance control Is not stopped, it is possible to prevent the occurrence of pre-ignition precursor combustion until the operation state is changed to a state where the pre-ignition precursor combustion does not occur again. As a result, the hunting operation is prevented. On the other hand, if the determination result is not an operation state in which pre-ignition precursor combustion does not occur, the process proceeds to step 901. The process so far is executed by the driving state determination unit 101.
ステップＳ９０１において、ＥＣＵ２０は、イオン信号４ｇを読み込む。次に、ステップＳ９０２において、イオン信号の立ち上がり時点（図４におけるｔ3）を検出する。具体的には、点火時期後に初めてイオン信号が所定値を超える時刻を検出する。所定値は予めＲＯＭ２０ｄに記憶されている。次に、ステップＳ９０３に進み、点火制御信号立ち下がり時点ｔ2からイオン信号の立ち上がり時点ｔ3までの時間Δｔを演算する。さらに、前回の演算結果Δtとの差分からΔΔｔを演算する。 In step S901, the ECU 20 reads the ion signal 4g. Next, in step S902, the rising point of the ion signal (t 3 in FIG. 4) is detected. Specifically, the time when the ion signal exceeds a predetermined value is detected for the first time after the ignition timing. The predetermined value is stored in advance in the ROM 20d. Then, in step S903, it calculates the time Δt from the ignition control signal fall time t 2 to the rise time t 3 of the ion signal. Further, ΔΔt is calculated from the difference from the previous calculation result Δt.
次に、ステップＳ９０４に進み、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴを演算する。エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ１３の出力から演算される。エンジントルクＴはアクセル開度センサ１６の出力から推定される。次に、ステップＳ９０５にて、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴから、判定しきい値ΔΔｔkを演算する。判定しきい値ΔΔｔkはエンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴを軸としたマップとして予めＲＯＭ２０ｄに記憶しておいてもよい。 In step S904, the engine speed Ne and the engine torque T are calculated. The engine speed Ne is calculated from the output of the crank angle sensor 13. The engine torque T is estimated from the output of the accelerator opening sensor 16. Next, in step S905, the engine speed Ne and the engine torque T, and calculates the determination threshold ΔΔt k. Determination threshold Derutaderutati k may be stored in advance in ROM20d as a map around an axis of the engine rotational speed Ne and the engine torque T.
また、ΔΔｔは点火プラグや点火コイルの劣化状態などの経年変化に影響されるため、正常燃焼時のΔΔｔを用いて判定しきい値ΔΔｔkを補正する学習制御を実施するとさらによい。ここで、正常燃焼時であるか否かの判断は、例えば、エンジンの吸気温度またはエンジンの冷却水温度に基づいて行うことができる。具体的には、エンジンの吸気温度が所定温度以下である場合、あるいはエンジンの冷却水温度が所定温度以下の場合には、正常燃焼であると判断する。また、エンジンの吸気湿度が所定の湿度以下である場合に、正常燃焼であると判断しても良い。 Further, Derutaderutati since being affected by aging, such as deterioration of the spark plug and the ignition coil, better when implementing the learning control for correcting the determination threshold Derutaderutati k using Derutaderutati during normal combustion. Here, it can be determined based on, for example, engine intake air temperature or engine coolant temperature whether or not normal combustion is being performed. Specifically, when the intake air temperature of the engine is lower than a predetermined temperature, or when the coolant temperature of the engine is lower than the predetermined temperature, it is determined that the combustion is normal. Further, it may be determined that the combustion is normal when the intake humidity of the engine is equal to or lower than a predetermined humidity.
次に、ステップＳ９０６にて、イオン信号処理部１０１により演算されたΔΔｔと判定しきい値ΔΔｔkの値を比較する。ΔΔｔ＞ΔΔｔkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていない（つまり正常燃焼である）と判定して、一連の制御を終了する。ΔΔｔ＜ΔΔｔkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていると判定してステップＳ９０７に進む。ここまでの処理はプレイグニッション前兆燃焼判定部１０２により実行される。 Next, at step S906, it compares the value of the determination threshold Derutaderutati k and Derutaderutati calculated by ion signal processing section 101. If it is ΔΔt> ΔΔt k, it is determined that preignition aura combustion does not occur (that is, normal combustion), the series of control is ended. Derutaderutati <If it is Derutaderutati k, the process proceeds to step S907 it is determined that preignition aura combustion occurs. The processing so far is executed by the pre-ignition precursor combustion determination unit 102.
次に、ステップＳ９０７において、プレイグニッション前兆燃焼を回避するべく、ΔΔｔ判定閾値との乖離（ΔΔｔk−ΔΔｔ）を基に作動対象毎の補正係数を演算し、補正値に従って作動対象を動作させて、一連の制御を終了する。この処理はプレイグニッション前兆燃焼回避制御部１０３により実行される。ここでの補正係数は判定閾値の乖離値に伴って増減し、演算結果が補正係数の設定範囲を超える場合は、作動対象を追加する。ここで作動対象は点火時期のほか、燃料噴射量や、スロットル弁開度、吸気弁の開閉タイミング、目標のエンジン冷却水温度、などがある。例えば、プレイグニッション前兆燃焼回避制御として、点火時期を遅角することにより燃焼室内温度を低下させているが、あるいは、燃料噴射量を増量することにより混合気温度を下げてもよい。その他、エンジン冷却水温度の設定目標値を下げることにより、エジエターファンの稼動を増加させたり、電子制御式サーモスタットの弁開度を増加させてもよい。 Next, in step S907, in order to avoid pre-ignition precursor combustion, a correction coefficient for each operation target is calculated based on a deviation from the ΔΔt determination threshold (ΔΔt k −ΔΔt), and the operation target is operated according to the correction value. Then, a series of control is finished. This process is executed by the pre-ignition precursor combustion avoidance control unit 103. The correction coefficient here increases or decreases with the deviation value of the determination threshold, and when the calculation result exceeds the correction coefficient setting range, an operation target is added. In addition to the ignition timing, the operation target includes the fuel injection amount, the throttle valve opening, the intake valve opening / closing timing, the target engine coolant temperature, and the like. For example, as preignition precursor combustion avoidance control, the combustion chamber temperature is lowered by retarding the ignition timing, or alternatively, the mixture temperature may be lowered by increasing the fuel injection amount. In addition, by lowering the set target value of the engine coolant temperature, the operation of the agitator fan may be increased, or the valve opening degree of the electronically controlled thermostat may be increased.
点火時期を遅角すると、トルクは下がる（パワーが下がる）ものの、排気に影響を及ぼすことはないという利点がある。一方、燃焼噴射量を増加すると排気への影響は懸念されるものの、トルクは下がらない（パワーは下がらない）という利点がある。また、それぞれを併用してもよい。 When the ignition timing is retarded, there is an advantage that although the torque decreases (power decreases), it does not affect the exhaust. On the other hand, increasing the amount of combustion injection has the advantage that the torque does not decrease (power does not decrease), although the influence on the exhaust is concerned. Moreover, you may use each together.
図１２は、実施例１におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御のタイムチャートを示している。図中上から、エンジン回転数、アクセル開度、水温または吸気温、運転状態判定フラグ、点火制御信号立ち下がり時点〜イオン信号立ち上がり時点までの時間の変化 ΔΔt、プレイグニッション、前兆燃焼判定フラグ、燃料噴射量補正量、点火時期補正量、吸気弁開度補正量、スロットル開度補正量、について、それぞれ時刻（サイクル）の経過に伴う変化を示している。エンジン回転数、アクセル開度、水温または吸気温、のチャートには、運転状態判定しきい値を記載している。ΔΔｔのチャートには、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値ΔΔｔkを併記している。ここではアクセル開度α一定の高トルク条件下の定常運転を想定している。 FIG. 12 shows a time chart of pre-ignition precursor combustion determination and avoidance control in the first embodiment. From the top in the figure, engine speed, accelerator opening, water temperature or intake air temperature, operating state determination flag, time change from ignition control signal falling time to ion signal rising time ΔΔt, pre-ignition, precursor combustion determination flag, fuel The injection amount correction amount, the ignition timing correction amount, the intake valve opening correction amount, and the throttle opening correction amount show changes with the passage of time (cycle), respectively. In the chart of the engine speed, the accelerator opening, the water temperature or the intake air temperature, the operating state determination threshold value is described. Chart of Derutaderutati are shown together determination threshold Derutaderutati k preignition aura combustion. Here, steady operation under a high torque condition with a constant accelerator opening α is assumed.
時刻（サイクル）Ａ以前は、エンジン回転数、アクセル開度、水温または吸気温、が閾値の範囲外にあり、運転状態フラグが０であるが、その後の変化に伴い、閾値範囲内になると運転状態フラグが立ち上がって１になる。 Before time (cycle) A, the engine speed, accelerator opening, water temperature or intake air temperature is outside the threshold range, and the operating state flag is 0. The status flag rises and becomes 1.
尚、運転状態判定部にて、プレイグニッション前兆燃焼が生じない運転条件であるか否かを判定する際、本実施例では、エンジン回転数、アクセル開度、水温または吸気温より判定しているが、この他、吸気湿度、点火時期、ＶＴＣ、スロットル開度、吸入空気量に対する燃料噴射量の混合比、大気圧などを用いても良い。 In this embodiment, when the operation state determination unit determines whether or not the operation condition is such that pre-ignition precursor combustion does not occur, in this embodiment, the determination is made based on the engine speed, the accelerator opening, the water temperature, or the intake air temperature. However, intake humidity, ignition timing, VTC, throttle opening, mixing ratio of fuel injection amount to intake air amount, atmospheric pressure, etc. may be used.
運転状態フラグが１になると、プレイグニッション前兆燃焼判定部の処理が開始される。時刻（サイクル）Ｂ以前は、正常に燃焼しており、点火時期ｔ2から一定の期間をおいて燃焼が開始している。その場合、ΔΔｔは一定値を示している。時刻（サイクル）Ｂの時点で、エンジン壁温の上昇や吸気温の上昇等何らかの原因により燃焼室が高温化すると、時刻（サイクル）Ａ以降にΔΔtが徐々に大きくなる。時刻（サイクル）Ｂの時点でΔΔｔが判定しきい値ΔΔｔkよりも大きくなると、プレイグニッション前兆燃焼であると判定され、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグＦ1が立ち上がる。プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグＦ1が立ち上がると、共にΔΔｔとΔΔｔkの差に基いて、燃料噴射量の補正量が演算され、増量制御が実施される。それでもプレイグニッション前兆燃焼判定フラグが下がらない場合は、再びΔΔｔΔΔｔkの差に基づいて、燃料噴射量の補正量が演算され、追加の増量制御が実施される。この繰り返しの後、補正量が上限に達した場合、点火時期、吸気弁開度、スロットル開度、と作動数を増やしていく。仮に補正量と作動数が上限に達した場合、エンジン停止などの対処により、エンジンを保全することが望ましい。図１２においては、時刻（サイクル）Ｃにおいて、ΔΔｔが判定しきい値ΔΔｔkよりも小さくなり、正常燃焼へ復帰した結果、プレイグニッション前兆燃焼判定フラグは０となる。しかし、この時点では運転状態判定フラグは１の状態であり、補正量は維持される。その後、エンジン回転数、アクセル開度、水温または吸気温、が変化して、時刻（サイクル）Ｄにおいて、閾値の範囲外になると、運転状態判定フラグが０となり、全ての補正量が初期化される。補正量の初期化については、フラグ変更と同時に行われる方法のほか、急激な変化を和らげるため、ΔΔｔとΔΔｔkの差に基づいて、徐々に補正量を減らす方法もある。また、補正量が初期化されると、プレイグニッション前兆燃焼となる懸念があるが、この時点ではプレイグニッション前兆燃焼が発生しない運転状態になるため、直ぐにプレイグニッション前兆燃焼を再発することがなく、ハンチング現象を防止できる。 When the operating state flag becomes 1, the processing of the pre-ignition precursor combustion determination unit is started. Time (cycle) B previously, it has been successfully combustion, combustion from the ignition timing t 2 at a certain period of time has started. In that case, ΔΔt indicates a constant value. At time (cycle) B, if the combustion chamber becomes hot for some reason such as an increase in engine wall temperature or an increase in intake air temperature, ΔΔt gradually increases after time (cycle) A. When the time at the point (cycle) B ΔΔt is greater than the determination threshold value Derutaderutati k, it is determined to be a preignition aura combustion, determination flag F 1 preignition aura combustion rises. When the determination flag F 1 preignition aura combustion rises, both based on the difference between the Derutaderutati and Derutaderutati k, the correction amount of the fuel injection amount is calculated, increase control is performed. If preignition aura combustion determination flag is not decrease still based on the difference again Derutaderutatiderutaderutati k, the correction amount of the fuel injection amount is calculated, an additional increase control is performed. After the repetition, when the correction amount reaches the upper limit, the ignition timing, the intake valve opening, the throttle opening, and the number of operations are increased. If the correction amount and the number of operations reach the upper limit, it is desirable to preserve the engine by taking measures such as stopping the engine. In Figure 12, at time (cycle) C, ΔΔt becomes smaller than the determination threshold value Derutaderutati k, a result of the return to normal combustion, pre-ignition aura combustion determination flag is zero. However, at this time, the driving state determination flag is 1, and the correction amount is maintained. Thereafter, when the engine speed, the accelerator opening, the water temperature or the intake air temperature change and become out of the threshold range at time (cycle) D, the operating state determination flag becomes 0, and all correction amounts are initialized. The The initialization of the correction amount, in addition to the method to be performed simultaneously with the flag changes, to relieve a sudden change, based on the difference Derutaderutati and Derutaderutati k, there is a method of gradually reducing the correction amount. Also, if the correction amount is initialized, there is a concern that pre-ignition precursor combustion will occur, but at this point in time, the pre-ignition precursor combustion will not occur, so the pre-ignition precursor combustion will not immediately recur, Hunting phenomenon can be prevented.
以上説明したように、実施例１に記載した検知および制御方法によって、プレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼を確実に検出し、その段階で回避制御を実施することで、運転性の悪化やエンジンへのダメージを発生させることなく、プレイグニッションを回避することが可能となる。この際、イオン電流検出回路４−２を備えた点火システム４を１つの燃焼室１２に２つ以上設ける必要がないため、コストを抑えられるうえ、エンジン燃焼室のレイアウトを変更する必要もない。 As described above, the detection and control method described in the first embodiment reliably detects pre-ignition precursor combustion, which is a pre-ignition precursor phenomenon, and performs avoidance control at that stage, thereby deteriorating drivability. It is possible to avoid pre-ignition without causing damage to the engine. At this time, since it is not necessary to provide two or more ignition systems 4 including the ion current detection circuit 4-2 in one combustion chamber 12, the cost can be reduced and the layout of the engine combustion chamber need not be changed.
実施例２は、実施例１のようにイオン電流検出回路を用いずに、点火コイルに流れる二次電流信号から火花放電時間Δｔを検出してプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例２について、図１４〜図１９を用いて詳しく説明する。 In the second embodiment, the pre-ignition precursor combustion is determined by detecting the spark discharge time Δt from the secondary current signal flowing through the ignition coil without using the ion current detection circuit as in the first embodiment, and based on the determination. The structure which controls an engine so that pre-ignition precursor combustion is avoided is illustrated. Hereinafter, Example 2 will be described in detail with reference to FIGS.
図１４は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムを構成する点火システム４の詳細を示した図である。点火システム４は、火花点火部４−１と二次電流検出回路４−３とで構成される。ＥＣＵ２０からの点火制御信号４ｈが入力されるとイグナイタ４ｉを介して、一次点火コイル４ｃに電流が流れる。点火信号がＯＦＦになり一次側の電流が止まると二次点火コイル４ｂに起電力が発生し、点火プラグ４ａの先端に高電圧がかかることで火花放電が生じる。火花放電時は図１４の矢印Ｉの方向に電流（二次電流）が流れる。この二次電流は二次電流検出用抵抗４ｊによって電圧変換された後，二次電流信号４ｍとしてＥＣＵ２０に送られる。 FIG. 14 is a diagram showing details of the ignition system 4 constituting the engine control system according to the embodiment of the present invention. The ignition system 4 includes a spark ignition unit 4-1 and a secondary current detection circuit 4-3. When the ignition control signal 4h from the ECU 20 is input, a current flows through the primary ignition coil 4c via the igniter 4i. When the ignition signal is turned off and the primary current is stopped, an electromotive force is generated in the secondary ignition coil 4b, and a high voltage is applied to the tip of the spark plug 4a to cause spark discharge. During spark discharge, current (secondary current) flows in the direction of arrow I in FIG. This secondary current is converted into a voltage by the secondary current detection resistor 4j and then sent to the ECU 20 as a secondary current signal 4m.
図１５は、図１に示すエンジンの試験を行い、その試験データに基づいて、時間の経過に伴う点火制御信号と二次電流信号との関係を示した図である。二次電流信号４ｍに関しては、図３の熱発生率と同様に、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、図１５は、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ、スロットル開度が全開、有効圧縮比が１０．３の試験条件でエンジンの試験を行った結果を示している。 FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the ignition control signal and the secondary current signal with the passage of time based on the test data of the engine shown in FIG. Regarding the secondary current signal 4m, as in the heat generation rate of FIG. 3, examples are shown for normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition. FIG. 15 shows the results of testing the engine under the test conditions where the engine speed is 1000 rpm, the throttle opening is fully open, and the effective compression ratio is 10.3.
まず、（ａ）正常燃焼時の燃焼に伴い発生する二次電流信号４ｍの特徴を説明する。点火制御信号が立ち下がる時刻ｔ2（火花放電開始時刻）に二次電流信号４ｍは急峻に立ち上がって最大値をとり，その後火花放電が発生する中で減少していく。時刻ｔ3aになると二次電流信号は０となり，火花放電が終了したことを意味する。つまり，点火信号が立ち下がる時刻ｔ2から二次電流信号が立ち下がる時刻ｔ3aまでの時間（Δｔa）が火花放電時間である。 First, (a) the characteristics of the secondary current signal 4m generated with combustion during normal combustion will be described. At time t 2 (spark discharge start time) when the ignition control signal falls, the secondary current signal 4m rises steeply and takes a maximum value, and then decreases while spark discharge occurs. At time t 3a , the secondary current signal becomes 0, which means that the spark discharge has ended. That is, the spark discharge time is the time (Δt a ) from time t 2 when the ignition signal falls to time t 3a when the secondary current signal falls.
点火制御信号の立ち下がり時刻ｔ2から二次電流信号の立ち下がり時刻ｔ3（ｔ3a，ｔ3b，ｔ3c）までの時間Δｔは、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に短くなる傾向が見られる（Δｔa＞Δｔb＞Δｔc）。これは、前述の通り、プレイグニッション前兆燃焼やプレイグニッションでは、火花放電中の点火プラグギャップ間の圧力および温度が上昇し、火花点火時間が短縮したことに起因する。 The time Δt from the fall time t 2 of the ignition control signal to the fall time t 3 (t 3a , t 3b , t 3c ) of the secondary current signal becomes shorter in the order of normal combustion, pre-ignition precursor combustion, and pre-ignition. A trend is seen (Δt a > Δt b > Δt c ). This is because, as described above, in pre-ignition precursor combustion or pre-ignition, the pressure and temperature between the spark plug gaps during spark discharge increased, and the spark ignition time was shortened.
図１６は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの電気的構成を示すブロック図である。エアフローセンサ１、二次電流信号４ｍ、空燃比センサ９、排気温度センサ１１、クランク角センサ１３、冷却水温度センサ１４、吸気温度センサ１５、アクセル開度センサ１６、燃料圧力センサ１８、吸気圧センサ２１の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。 FIG. 16 is a block diagram showing an electrical configuration of the engine control system according to the embodiment of the present invention. Airflow sensor 1, secondary current signal 4m, air-fuel ratio sensor 9, exhaust temperature sensor 11, crank angle sensor 13, cooling water temperature sensor 14, intake air temperature sensor 15, accelerator opening sensor 16, fuel pressure sensor 18, intake air pressure sensor The output signal 21 is input to the input circuit 20a of the ECU 20. However, the input signal is not limited to these. The input signal of each input sensor is sent to the input port in the input / output port 20b. The value sent to the input port 20b is stored in the RAM 20c and processed by the CPU 20e. A control program describing the contents of the arithmetic processing is written in advance in the ROM 20d.
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、高圧燃料ポンプ駆動回路２０ｋがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ３、点火システム４、可変バルブ５、高圧燃料ポンプ１７を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。 A value indicating the operation amount of each actuator calculated according to the control program is stored in the RAM 20c, then sent to the output port in the input / output port 20b, and sent to each actuator via each drive circuit. In the case of this embodiment, there are an electronic throttle drive circuit 20f, an injector drive circuit 20g, an ignition output circuit 20h, a variable valve drive circuit 20j, and a high-pressure fuel pump drive circuit 20k as drive circuits. Each circuit controls the electronic control throttle 2, the injector 3, the ignition system 4, the variable valve 5, and the high-pressure fuel pump 17, respectively. In the present embodiment, the device includes the drive circuit in the ECU 20. However, the present invention is not limited to this, and any of the drive circuits may be provided in the ECU 20.
ＥＣＵ２０は、入力信号に基づいて異常燃焼（プレイグニッションまたはプレイグニッション前兆燃焼）を判定し，異常燃焼であると判定された場合に、点火時期、インジェクタ（燃料噴射量）、可変バルブ、スロットル開度を制御する。 The ECU 20 determines abnormal combustion (pre-ignition or pre-ignition precursor combustion) based on the input signal, and when it is determined that there is abnormal combustion, ignition timing, injector (fuel injection amount), variable valve, throttle opening To control.
以下、図１７から図１９までについては、実施例１に対して、イオン信号が２次電流に置き換わった内容となる。 Hereinafter, with respect to FIGS. 17 to 19, the ion signal is replaced with the secondary current with respect to the first embodiment.
以上説明したように、実施例２に記載した検知および制御方法によって、プレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼を確実に検出し、その段階で回避制御を実施することで、運転性の悪化やエンジンへのダメージを発生させることなく、プレイグニッションを回避することが可能となる。この際、従来の点火システムに二次電流検出回路（二次電流検出用抵抗）を追加するのみでプレイグニッション前兆燃焼の判定が可能であるため、大幅にコストを抑えられるうえ、エンジン燃焼室のレイアウトを変更する必要もない。 As described above, the detection and control method described in the second embodiment reliably detects pre-ignition precursor combustion, which is a precursor phenomenon of pre-ignition, and implements avoidance control at that stage, thereby deteriorating drivability. It is possible to avoid pre-ignition without causing damage to the engine. At this time, since it is possible to determine pre-ignition precursor combustion only by adding a secondary current detection circuit (secondary current detection resistor) to the conventional ignition system, the cost can be significantly reduced, and the engine combustion chamber There is no need to change the layout.
本実施例２では、点火制御信号立ち下がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間によって火花放電時間Δｔを演算したが、或いは、二次電流信号立ち上がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間を火花放電時間Δｔとしても，同様な結果が得られる。 In the second embodiment, the spark discharge time Δt is calculated by the time from the ignition control signal falling time to the secondary current signal falling time, or from the secondary current signal rising time to the secondary current signal falling time. A similar result can be obtained even if the time is set as the spark discharge time Δt.
また、本実施例３では、二次電流信号から火花放電時間Δｔを演算したが、二次電圧など点火システムに関わる他のパラメータから火花放電時間Δｔを演算しても、同様な結果が得られる。 In the third embodiment, the spark discharge time Δt is calculated from the secondary current signal. However, the same result can be obtained by calculating the spark discharge time Δt from other parameters related to the ignition system such as the secondary voltage. .
なお、上述した実施形態および実施例１，２は、本発明の実施形態を説明するための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。 In addition, embodiment mentioned above and Example 1, 2 are the illustrations for demonstrating embodiment of this invention, and is not the meaning which limits the scope of the present invention only to those embodiment. Those skilled in the art can implement the present invention in various other modes without departing from the gist of the present invention.
４…点火システム
４−１…火花点火部
４−２…イオン電流検出回路（イオン検出装置）
４−３…二次電流検出回路（二次電流検出装置）
４ｇ…イオン信号
４ｈ…点火制御信号
４ｍ…二次電流信号
２０…ＥＣＵ（制御装置）
１００…エンジン
１０１…イオン信号処理部
１０２…プレイグニッション前兆燃焼判定部（燃焼状態判定部）
１０３…プレイグニッション前兆燃焼回避制御部（異常燃焼回避制御部）
２０２…プレイグニッション判定部（燃焼状態判定部）
２０３…プレイグニッション回避制御部（異常燃焼回避制御部）
３０１…二次電流信号処理部
Δｔk…プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値（点火制御信号立ち下がり〜イオン信号立ち上がりまでの時間）
ΔΔｔk…プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値（点火制御信号立ち下がり〜イオン信号立ち上がりまでの時間の前サイクルとの差分）
4 ... Ignition system 4-1 ... Spark ignition part 4-2 ... Ion current detection circuit (ion detector)
4-3. Secondary current detection circuit (secondary current detection device)
4g ... Ion signal 4h ... Ignition control signal 4m ... Secondary current signal 20 ... ECU (control device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Engine 101 ... Ion signal processing part 102 ... Pre-ignition precursor combustion determination part (combustion state determination part)
103 ... Pre-ignition precursor combustion avoidance control unit (abnormal combustion avoidance control unit)
202 ... Pre-ignition determination unit (combustion state determination unit)
203 ... Pre-ignition avoidance control unit (abnormal combustion avoidance control unit)
301: Secondary current signal processing unit Δt k ... Preignition precursor combustion determination threshold value (time from ignition control signal falling to ion signal rising)
ΔΔt k ... Preignition precursor combustion judgment threshold (difference from previous cycle of time from ignition control signal fall to ion signal rise)
Claims (9)
前記火花点火式内燃機関の複数の燃焼サイクル間における火花放電開始時点から火花放電終了時点までの時間の変化に基づいて、前記火花点火式内燃機関内の燃焼状態が正常燃焼とプレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部を有するエンジン制御装置。 In an engine control device for a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by performing a spark discharge with an ignition plug,
Based on a change in time from a spark discharge start time to a spark discharge end time between a plurality of combustion cycles of the spark ignition internal combustion engine, the combustion state in the spark ignition internal combustion engine is a precursor phenomenon of normal combustion and pre-ignition The engine control apparatus which has a combustion state determination part which determines which state is the pre-ignition precursor combustion which is.
前記燃焼状態判定部は、前記時間の変化量が閾値よりも大きい場合に、前記プレイグニッション前兆燃焼であると判定することを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control apparatus according to claim 1, wherein
The engine control device, wherein the combustion state determination unit determines that the pre-ignition precursor combustion is performed when the amount of change in time is greater than a threshold value.
前記閾値は、火花点火式内燃機関トルクおよび火花点火式内燃機関回転数のうち少なくとも一方に基づいて算出されることを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control apparatus according to claim 2, wherein
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the threshold value is calculated based on at least one of a spark ignition internal combustion engine torque and a spark ignition internal combustion engine speed.
前記プレイグニッション前兆燃焼を回避するよう火花点火式内燃機関を制御するプレイグニッション回避制御部を有し、前記燃焼状態判定部によって前記プレイグニッション前兆燃焼であると判定された場合に、前記プレイグニッション回避制御部は、前記プレイグニッション前兆燃焼を回避するよう火花点火式内燃機関を制御することを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control apparatus according to claim 1, wherein
Having a pre-ignition avoidance control unit for controlling the spark ignition internal combustion engine so as to avoid the pre-ignition precursor combustion, and when the pre-ignition precursor combustion is determined by the combustion state determining unit, the pre-ignition avoidance is determined. The control unit controls the spark ignition type internal combustion engine so as to avoid the pre-ignition precursor combustion.
前記燃焼状態判定部によって前記異常燃焼が前記プレイグニッションであると判定された場合に、前記異常燃焼回避制御部は、火花点火式内燃機関のスロットル開度を減少させる、もしくは、火花点火式内燃機関の吸気弁の閉じる時期を遅角する、もしくは、エンジンの点火時期を遅角する、もしくは、エンジンに供給する燃料噴射量を増加する、もしくは、目標の冷却水温度を下げる、ことのうち少なくとも一方に基づいて前記プレイグニッションを回避する回避制御を行うことを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control device according to claim 4, wherein
When the combustion state determination unit determines that the abnormal combustion is the pre-ignition, the abnormal combustion avoidance control unit decreases the throttle opening of the spark ignition internal combustion engine, or the spark ignition internal combustion engine At least one of retarding the closing timing of the intake valve, retarding the ignition timing of the engine, increasing the fuel injection amount supplied to the engine, or lowering the target coolant temperature An engine control device that performs avoidance control for avoiding the pre-ignition based on the engine.
前記異常燃焼回避制御部が異常燃焼を回避するようエンジンを制御しても前記燃焼状態判定部が異常燃焼と判定する場合、請求項５記載の回避制御量を増やすことと、前記回避制御の作動回数を増やすことのうち少なくとも一方を行うことを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control apparatus according to claim 1, wherein
6. If the abnormal combustion avoiding control unit controls the engine so as to avoid abnormal combustion, but the combustion state determining unit determines that abnormal combustion occurs, increasing the avoidance control amount according to claim 5, and operating the avoidance control An engine control device that performs at least one of increasing the number of times.
前記火花点火式内燃機関の火花放電開始時点から火花放電終了時点までの時間と複数の燃焼サイクル間における前記時間の変化に基づいて、前記火花点火式内燃機関内の燃焼状態が正常燃焼と異常燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部と、前記異常燃焼を回避するよう火花点火式内燃機関を制御する異常燃焼回避制御部と、前記異常燃焼の非発生運転条件にあることを判定する運転条件判定部を有し、前記運転条件判定部が前記非発生運転条件に該当すると判定した場合、前記回避制御を停止することを特徴とするエンジン制御装置。 In an engine control device for a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by performing a spark discharge with an ignition plug,
Based on the time from the spark discharge start time to the spark discharge end time of the spark ignition internal combustion engine and the change in the time between a plurality of combustion cycles, the combustion state in the spark ignition internal combustion engine is normal combustion and abnormal combustion A combustion state determination unit that determines which state is, an abnormal combustion avoidance control unit that controls the spark ignition internal combustion engine to avoid the abnormal combustion, and the abnormal combustion non-occurrence operating condition An engine control apparatus comprising: an operating condition determining unit that determines whether or not the avoidance control is stopped when the operating condition determining unit determines that the non-occurrence operating condition is satisfied.
異常燃焼の非発生運転条件として、エンジン負荷とエンジン回転数とエンジン冷却水温とエンジン吸気温度とエンジン筒内圧と吸気湿度と点火時期とＶＴＣとスロットル開度と吸入空気量に対する燃料噴射量の混合比と大気圧のうち少なくとも一方を有することを特徴とするエンジン制御装置。 The engine control device according to claim 7, wherein
Non-occurrence of abnormal combustion operating conditions include engine load, engine speed, engine coolant temperature, engine intake air temperature, engine cylinder pressure, intake air humidity, ignition timing, VTC, throttle opening, and fuel injection amount to intake air amount An engine control device having at least one of atmospheric pressure and atmospheric pressure.
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