JP2016125363A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関の低燃費技術として、理論空燃比よりも希薄な空燃比で運転するリーンバーン運転が有効であることが知られている。一般的に、燃焼変動が悪化しない範囲で希薄にするほど低燃費、低NOx排出となるため、機関状態を監視し、ドライバビリティが悪化しない範囲で可能な限り希薄な空燃比に制御すること、すなわち、リーンリミット近傍で空燃比を制御するリーンリミット制御が好ましいといえる。 As a fuel efficiency technique for an internal combustion engine, it is known that a lean burn operation that operates at an air / fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air / fuel ratio is effective. In general, the leaner the fuel fluctuation, the lower the fuel consumption and the lower the NOx emissions. Therefore, monitoring the engine state and controlling the air / fuel ratio as lean as possible within the range where the drivability does not deteriorate, That is, it can be said that lean limit control in which the air-fuel ratio is controlled near the lean limit is preferable.
例えば、特開平2−153243号公報には、トルク変動に応じてリーンリミット制御実施することが開示されている。また、再始動時に環境変化があると、目標空燃比が変わるため最初は目標をリッチにしておき徐々に変更することが開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
For example, JP-A-2-153243 discloses that lean limit control is performed in accordance with torque fluctuation. Further, it is disclosed that when the environment changes during restart, the target air-fuel ratio changes, so that the target is first made rich and gradually changed.
The applicant has recognized the following documents including the above-mentioned documents as related to the present invention.
トルク変動を用いたリーンリミット制御は、トルクを統計処理することによって運転中のトルク変動を検出し、検出したトルク変動に基づいてリーンリミット近傍で空燃比を制御するというものである。しかしながら、トルク変動は統計処理に基づくパラメータであるため、所定の燃焼回数(例えば、100回)が経過するまで算出することができない。また、定常運転中のエンジントルクの変動に基づく値であるため、各種要因(車両のアクセルペダル操作、および、空気やEGRガスの応答遅れなど)によるトルクの過渡的な変化と切り分けて把握することが困難である。また、制御機会を増やすためには、過渡的な変化を許容する必要があり、そうすると、トルク変動の算出精度が低下する。このように、統計処理に基づくトルク変動を利用する手法では、時間がかかり、過渡運転においては成立しないため、実用性が低いといえる。 In the lean limit control using torque fluctuation, torque fluctuation during operation is detected by statistically processing the torque, and the air-fuel ratio is controlled near the lean limit based on the detected torque fluctuation. However, since the torque fluctuation is a parameter based on statistical processing, it cannot be calculated until a predetermined number of times of combustion (for example, 100 times) has elapsed. In addition, since it is a value based on fluctuations in engine torque during steady operation, it must be grasped separately from transient changes in torque due to various factors (such as vehicle accelerator pedal operation and air and EGR gas response delays). Is difficult. Further, in order to increase the control opportunity, it is necessary to allow a transitional change, which reduces the calculation accuracy of torque fluctuation. As described above, the method using the torque fluctuation based on the statistical processing takes time and cannot be realized in the transient operation.
このような課題に対して、本願出願人は、特願2013−235803において、統計手法に依らない手法での筒内圧センサの検出値を用いたリーンリミット制御手法として、点火時期(SA)から燃焼質量割合が10%となる時のクランク角度であるCA10までのクランク角期間(SA−CA10)を制御パラメータとして利用する燃料噴射量のフィードバック制御と、当該フィードバック制御の実施に伴う空燃比の変化に起因する最適点火時期(MBT)の変化の影響を無くすための点火時期制御として、燃焼重心位置を示すCA50を制御パラメータとして利用する点火時期のフィードバック制御とを協調的に行うことを提案している。このリーンリミット制御手法では、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御は、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御により点火時期が所定の目標点火効率(MBTである時に最大効率となる)に応じた点火時期に制御されていることを前提としている。 In response to such a problem, the applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-235803 as a lean limit control method using the detected value of the in-cylinder pressure sensor in a method that does not depend on the statistical method, and combustion from the ignition timing (SA). The feedback control of the fuel injection amount using the crank angle period (SA-CA10) up to CA10 which is the crank angle when the mass ratio becomes 10% as a control parameter, and the change of the air-fuel ratio accompanying the execution of the feedback control As an ignition timing control for eliminating the influence of the change in the optimum ignition timing (MBT) caused by the above, it is proposed to perform cooperatively the ignition timing feedback control using the CA50 indicating the combustion center of gravity position as a control parameter. . In this lean limit control method, the fuel injection amount feedback control using the SA-CA10 is performed so that the ignition timing is a predetermined target ignition efficiency (maximum efficiency when MBT is MBT) by the ignition timing feedback control using the CA50. It is assumed that the ignition timing is controlled accordingly.
ところで、筒内圧センサの検出値に基づく制御パラメータに異常が生じた場合には、上述した2つのフィードバック制御により点火時期や燃料噴射量が誤補正され、却って燃費悪化、エミッション増加、ドライバビリティ悪化などを生じさせてしまうおそれがある。そのため、制御パラメータの異常を判定して適切に制御する必要がある。制御パラメータ実CA50および実SA−CA10のそれぞれについて異常を判定して、異常種類の組み合わせに応じた処理を実行することも考えられるが、処理が複雑になり、計算負荷も増大してしまう。 By the way, when an abnormality occurs in the control parameter based on the detection value of the in-cylinder pressure sensor, the ignition timing and the fuel injection amount are erroneously corrected by the two feedback controls described above, and on the contrary, the fuel consumption deteriorates, the emission increases, the drivability deteriorates, etc. May be caused. Therefore, it is necessary to determine the control parameter abnormality and perform appropriate control. Although it is conceivable that abnormality is determined for each of the control parameters real CA50 and real SA-CA10 and processing according to the combination of abnormality types is executed, the processing becomes complicated and the calculation load increases.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火時期から所定の燃焼質量割合となるクランク角度までのクランク角期間を制御パラメータとして利用する燃料噴射量のフィードバック制御と、燃焼重心位置に基づく点火時期のフィードバック制御とを実施可能な内燃機関において、計算負荷を抑制しつつ、制御パラメータの状態に応じて適切に燃焼状態の悪化を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem.Feedback control of the fuel injection amount using a crank angle period from the ignition timing to a crank angle at which a predetermined combustion mass ratio is achieved as a control parameter; In an internal combustion engine capable of performing feedback control of ignition timing based on the position of the center of combustion, an internal combustion engine control apparatus capable of appropriately suppressing deterioration of the combustion state according to the state of the control parameter while suppressing the calculation load The purpose is to provide.
本発明は、上述の課題を解決するため、内燃機関の制御装置であって、
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
検出された筒内圧と検出されたクランク角度とに基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
運転状態に応じた基本点火時期を点火時期補正値で補正して点火時期を決定する点火時期決定手段と、
算出された燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
算出された燃焼重心位置が、目標点火効率に応じた目標燃焼重心位置と一致するように前記点火時期補正値を調整する点火時期調整手段と、
運転状態に応じた基本噴射量を噴射量補正値で補正して燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
点火時期から燃焼重心よりも低い所定の燃焼質量割合となるクランク角度までのクランク角期間を算出するクランク角期間算出手段と、
算出されたクランク角期間が、目標クランク角期間と一致するように前記噴射量補正値を調整する噴射量調整手段と、
算出されたクランク角期間が異常であるか否かを判定するクランク角期間異常判定手段と、
算出されたクランク角期間が異常と判定された場合に、前記点火時期調整手段および前記噴射量調整手段による調整を停止する停止手段と、
算出されたクランク角期間が異常と判定された場合に、前記点火時期補正値および前記噴射量補正値をそれぞれ前回値、または直近数サイクルにおける平均値、または前回値よりもゼロに近い値に設定する補正値設定手段と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a control device for an internal combustion engine,
In-cylinder pressure detecting means for detecting in-cylinder pressure;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
Combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio based on the detected in-cylinder pressure and the detected crank angle;
Ignition timing determination means for determining the ignition timing by correcting the basic ignition timing according to the operating state with the ignition timing correction value;
Combustion center-of-gravity position calculating means for calculating a combustion center-of-gravity position based on the calculated combustion mass ratio;
Ignition timing adjustment means for adjusting the ignition timing correction value so that the calculated combustion center of gravity position coincides with the target combustion center of gravity position corresponding to the target ignition efficiency;
Fuel injection amount determination means for determining the fuel injection amount by correcting the basic injection amount according to the operating state with the injection amount correction value;
A crank angle period calculating means for calculating a crank angle period from an ignition timing to a crank angle at a predetermined combustion mass ratio lower than the combustion center of gravity;
Injection amount adjusting means for adjusting the injection amount correction value so that the calculated crank angle period coincides with the target crank angle period;
Crank angle period abnormality determining means for determining whether or not the calculated crank angle period is abnormal;
Stop means for stopping adjustment by the ignition timing adjusting means and the injection amount adjusting means when it is determined that the calculated crank angle period is abnormal;
When it is determined that the calculated crank angle period is abnormal, the ignition timing correction value and the injection amount correction value are set to the previous value, the average value in the most recent cycle, or a value closer to zero than the previous value, respectively. Correction value setting means.
本発明によれば、制御パラメータ(算出されたクランク角期間)の値に異常がある場合には、噴射量調整手段による燃料噴射量の調整だけでなく、点火時期調整手段による点火時期の調整も停止される。これにより、誤った調整による燃焼状態の悪化を抑制することができる。また、算出されたクランク角期間についてのみ異常判定を行うことで、計算負荷を抑制することができる。また、両調整手段による調整が停止される場合において、点火時期調整手段および噴射量調整手段による調整の効果を残すように、点火時期補正値および噴射量補正値を設定することができる。 According to the present invention, when the value of the control parameter (calculated crank angle period) is abnormal, not only the adjustment of the fuel injection amount by the injection amount adjustment means but also the adjustment of the ignition timing by the ignition timing adjustment means. Stopped. Thereby, the deterioration of the combustion state by incorrect adjustment can be suppressed. Further, the calculation load can be suppressed by performing the abnormality determination only for the calculated crank angle period. Further, when adjustment by both adjusting means is stopped, the ignition timing correction value and the injection amount correction value can be set so as to leave the effect of adjustment by the ignition timing adjusting means and the injection amount adjusting means.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration of an internal combustion engine according to
吸気通路16の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁20が設けられている。排気通路18の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁22が設けられている。また、吸気通路16には、電子制御式のスロットルバルブ24が設けられている。
The intake port of the
内燃機関10の各気筒には、燃焼室14内(筒内)に直接燃料を噴射するための燃料噴射装置26(図には燃料噴射装置を構成する燃料噴射弁が示されている)、および、混合気に点火するための点火装置28(図には点火装置28の構成要素である点火プラグが示されている)がそれぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ30が組み込まれている。
Each cylinder of the
さらに、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40は、各種プログラムやデータを記憶するメモリ、各種プログラムを実行し演算するプロセッサ、各種プログラムの演算に用いられるデータを入力する入力インタフェース、各種プログラムの演算結果に基づいた指示を出力する出力インタフェースを備える。
Furthermore, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The
ECU40の入力インタフェースには、上述した筒内圧センサ30に加え、エンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ42、および、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ44等の内燃機関10の運転状態を取得するための各種センサが接続されている。また、ECU40の出力インタフェースには、上述したスロットルバルブ24、燃料噴射装置26および点火装置28等の内燃機関10の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU40は、それらのセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。また、ECU40は、筒内圧センサ30の出力信号を、クランク角度と同期させてAD変換して取得する機能を有している。これにより、AD変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧力を検出することができる。さらに、ECU40は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値を、クランク角度に応じて算出する機能を有している。
In addition to the in-
[実施の形態1の制御]
(点火時期と燃焼質量割合)
図2は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関10の各サイクルにおいて、クランク角度(CA)ベースで筒内圧データ(筒内圧波形)を取得することができる。そして、公知の手法で絶対圧補正を行った後の筒内圧波形を用いて、図2に示すような波形となる燃焼質量割合(以下、「MFB」と称する)を算出することができる。
[Control of Embodiment 1]
(Ignition timing and combustion mass ratio)
FIG. 2 is a diagram showing the ignition timing and the combustion mass ratio waveform. According to the system of this embodiment including the in-
より具体的には、筒内圧データを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の発熱量Qを次の(1)式にしたがって算出することができる。そして、算出された筒内の発熱量Qのデータを用いて、任意のクランク角度θにおけるMFBを次の(2)式にしたがって算出することができる。したがって、この(2)式を利用して、MFBが所定割合α(%)となる時のクランク角度(以下、「CAα」と称する)を取得することができる。 More specifically, the in-cylinder heat generation amount Q at an arbitrary crank angle θ can be calculated according to the following equation (1) using in-cylinder pressure data. Then, the MFB at an arbitrary crank angle θ can be calculated according to the following equation (2) using the calculated calorific value Q in the cylinder. Therefore, the crank angle (hereinafter referred to as “CAα”) when the MFB is a predetermined ratio α (%) can be obtained by using the equation (2).
ただし、上記(1)式において、Pは筒内圧力、Vは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、P0およびV0は、計算開始点θ0(想定される燃焼開始点に対して余裕をもって定められた圧縮行程中(ただし、吸気弁20の閉弁後)の所定クランク角度θ)での筒内圧力および筒内容積である。また、上記(2)式において、θstaは燃焼開始点(CA0)であり、θfinは燃焼終了点(CA100)である。
In the above equation (1), P is the in-cylinder pressure, V is the in-cylinder volume, and κ is the specific heat ratio of the in-cylinder gas. Further, P 0 and V 0 are the calculation start point θ 0 (the predetermined crank angle θ during the compression stroke (with the
ここでは、図2を参照して代表的なクランク角度CAαについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期(SA)にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼開始点、すなわち、MFBが立ち上がりを示す点をCA0と称する。CA0からMFBが10%となる時のクランク角度CA10までのクランク角期間(CA0−CA10)が初期燃焼期間に相当し、CA10からMFBが90%となる時のクランク角度CA90までのクランク角期間(CA10−CA90)が主燃焼期間に相当する。また、MFBが50%となる時のクランク角度CA50が燃焼重心位置に相当する。また、本実施形態では、SAからCA10までのクランク角期間を「SA−CA10」と称する。 Here, a typical crank angle CAα will be described with reference to FIG. Combustion in the cylinder starts with a delay in ignition after the air-fuel mixture is ignited at the ignition timing (SA). This combustion start point, that is, the point where the MFB rises is referred to as CA0. The crank angle period (CA0-CA10) from CA0 to MFB when the MFB is 10% corresponds to the initial combustion period, and the crank angle period from CA10 to the crank angle CA90 when the MFB is 90% ( CA10-CA90) corresponds to the main combustion period. Further, the crank angle CA50 when the MFB is 50% corresponds to the combustion gravity center position. In the present embodiment, the crank angle period from SA to CA10 is referred to as “SA-CA10”.
(SA−CA10を用いたリーンリミット制御)
図3は、NOx排出量、燃費、トルク変動およびSA−CA10のそれぞれと空燃比(A/F)との関係を表した図である。内燃機関の低燃費技術としては、理論空燃比よりも希薄な空燃比にて行うリーンバーン運転が有効である。図3のNOx排出量に関するグラフ、燃費に関するグラフに示すように、空燃比がリーンになるほど、燃費が良くなり、NOx排出量が減少する。ただし、空燃比をリーンにし過ぎると、燃焼が悪化することで、燃費が悪化する。その一方で、トルク変動は、図3のトルク変動に関するグラフに示すように、空燃比がリーンになるにつれて徐々に大きくなり、空燃比がある値を超えてリーンになると急激に大きくなる。ここでいうトルク変動とは、時系列のトルク値に対する変動値のことである。以下、混合気の希薄燃焼限界の空燃比、より具体的には、内燃機関10のドライバビリティの観点で限界となる閾値にトルク変動値が達する時の空燃比を、「リーンリミット」と称する。
(Lean limit control using SA-CA10)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the NOx emission amount, fuel consumption, torque fluctuation, and SA-CA10 and the air-fuel ratio (A / F). As a fuel efficiency technique for an internal combustion engine, a lean burn operation performed at an air / fuel ratio that is leaner than a stoichiometric air / fuel ratio is effective. As shown in the graph relating to the NOx emission amount and the graph relating to the fuel efficiency in FIG. However, if the air-fuel ratio is made too lean, combustion deteriorates and fuel efficiency deteriorates. On the other hand, the torque fluctuation gradually increases as the air-fuel ratio becomes lean, and rapidly increases when the air-fuel ratio exceeds a certain value, as shown in the graph relating to torque fluctuation in FIG. The torque fluctuation here is a fluctuation value with respect to a time-series torque value. Hereinafter, the air-fuel ratio at the lean combustion limit of the air-fuel mixture, more specifically, the air-fuel ratio when the torque fluctuation value reaches the threshold value that becomes the limit from the viewpoint of drivability of the
図3のNOx排出量に関するグラフ、燃費に関するグラフ、トルク変動に関するグラフより、低燃費および低NOx排出を実現するためには、内燃機関10の状態を監視し、ドライバビリティが悪化しない範囲内で出来るだけリーンとなるように空燃比を制御すること、すなわち、リーンリミット近傍で空燃比を制御することが好ましいといえる。以下、このような空燃比の制御を「リーンリミット制御」と称する。
In order to realize low fuel consumption and low NOx emission from the graph relating to the NOx emission amount, the graph relating to the fuel consumption, and the graph relating to torque fluctuation in FIG. 3, the state of the
本実施形態では、リーンリミット制御として、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を気筒別に行うこととする。このSA−CA10を利用したフィードバック制御は、リーンリミット付近の所定の目標SA−CA10(目標クランク角期間)と、実SA−CA10との差がゼロとなるように燃料噴射量を調整するというものである。より具体的には、実SA−CA10が目標SA−CA10よりも小さい場合には、各気筒の吸入空気量に応じた基本噴射量に基づく次サイクル用の燃料噴射量に対して、実SA−CA10を目標SA−CA10に近づけるための減量補正量が加えられる。一方、実SA−CA10が目標SA−CA10よりも大きい場合には、各気筒の吸入空気量に応じた基本噴射量に基づく次サイクル用の燃料噴射量に対して、実SA−CA10を目標SA−CA10に近づけるための増量補正量が加えられる。 In the present embodiment, as lean limit control, feedback control of the fuel injection amount using SA-CA10 is performed for each cylinder. In the feedback control using SA-CA10, the fuel injection amount is adjusted so that the difference between a predetermined target SA-CA10 (target crank angle period) near the lean limit and the actual SA-CA10 is zero. It is. More specifically, when the actual SA-CA10 is smaller than the target SA-CA10, the actual SA-CA with respect to the fuel injection amount for the next cycle based on the basic injection amount corresponding to the intake air amount of each cylinder. A decrease correction amount for bringing CA10 closer to the target SA-CA10 is added. On the other hand, when the actual SA-CA10 is larger than the target SA-CA10, the actual SA-CA10 is set to the target SA for the fuel injection amount for the next cycle based on the basic injection amount corresponding to the intake air amount of each cylinder. -An increase correction amount for approaching CA10 is added.
本実施形態のリーンリミット制御のパラメータとしてSA−CA10を用いる利点について説明する。SA−CA10は、着火遅れを代表するパラメータである。図3のSA−CA10に関するグラフに示すように、SA−CA10は、空燃比との相関性が高く、リーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を良好に保持している。このため、SA−CA10の利用によって、リーンリミット近傍に空燃比をフィードバック制御し易くなる。 The advantage of using SA-CA10 as a parameter of the lean limit control of this embodiment is demonstrated. SA-CA10 is a parameter representing ignition delay. As shown in the graph relating to SA-CA10 in FIG. 3, SA-CA10 has a high correlation with the air-fuel ratio, and maintains good linearity with respect to the air-fuel ratio even near the lean limit. For this reason, the use of SA-CA10 facilitates feedback control of the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit.
また、SA−CA10は、次のような理由により、空燃比自体よりもリーンリミットの代表性が高いといえる。すなわち、リーンリミットとなる空燃比は運転条件(例えば、エンジン水温の高低)により変化するが、SA−CA10は空燃比よりも運転条件に応じて変化しにくいことが本件の発明者らの実験によって確認されている。言い換えると、リーンリミットとなる空燃比は混合気の着火要因に依るところが大きいため、着火遅れを代表するSA−CA10の方が空燃比自体よりも運転条件等による影響を受けにくいといえる。ただし、エンジン回転速度が変わると、1クランク角度当たりの時間が変化するため、SA−CA10の目標値である目標SA−CA10は、エンジン回転速度に応じて設定されていることが好ましい。より好適には、SA−CA10はエンジン負荷率によっても変化するため、目標SA−CA10は、エンジン回転速度に代え、或いはそれとともに、エンジン負荷率に応じて設定されていると良い。 Further, it can be said that SA-CA10 is more representative of the lean limit than the air-fuel ratio itself for the following reason. That is, although the air-fuel ratio that becomes the lean limit changes depending on the operating conditions (for example, the engine water temperature), the SA-CA10 is less likely to change depending on the operating conditions than the air-fuel ratio. It has been confirmed. In other words, since the air-fuel ratio that becomes the lean limit largely depends on the ignition factor of the air-fuel mixture, it can be said that the SA-CA10 that represents the ignition delay is less affected by the operating conditions than the air-fuel ratio itself. However, since the time per crank angle changes when the engine speed changes, the target SA-CA10 that is the target value of SA-CA10 is preferably set according to the engine speed. More preferably, since SA-CA10 also changes depending on the engine load factor, the target SA-CA10 may be set according to the engine load factor instead of or together with the engine rotation speed.
(SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御と、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御との協調)
図4は、リーンリミット付近の空燃比に対する、MBTとMBT制御時の燃焼重心位置(50%燃焼点であるCA50)との関係を表した図である。図5は、リーンリミット時の空燃比と点火時期との関係を表した図である。
(Cooperation between feedback control of fuel injection amount using SA-CA10 and ignition timing feedback control using CA50)
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between MBT and the combustion gravity center position (CA50 which is a 50% combustion point) during MBT control with respect to the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio at the time of the lean limit and the ignition timing.
図4のMBTに関するグラフに示すように、MBTとなる点火時期は空燃比に応じて変化する。これは、空燃比の変化に応じて燃焼速度が変わるためである。より具体的には、空燃比がリーンになると、燃焼が遅くなる。その結果、より早く点火する必要があるため、MBTが進角側の時期に変化する。特に、リーンリミット付近のリーン空燃比領域では、微小な空燃比の変化に対しても、最適な点火時期が変化する。一方、MBTが得られる時のCA50は、図4のCA50に関するグラフに示すようにリーンリミット付近の空燃比ではほぼ一定となる。 As shown in the graph relating to MBT in FIG. 4, the ignition timing at which MBT occurs varies according to the air-fuel ratio. This is because the combustion speed changes according to the change in the air-fuel ratio. More specifically, when the air-fuel ratio becomes lean, combustion is delayed. As a result, since it is necessary to ignite earlier, the MBT changes to the advance timing. In particular, in the lean air-fuel ratio region in the vicinity of the lean limit, the optimal ignition timing changes even with a minute change in the air-fuel ratio. On the other hand, the CA50 when MBT is obtained is substantially constant at the air-fuel ratio near the lean limit, as shown in the graph relating to CA50 in FIG.
上述した実施の形態1におけるSA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって目標SA−CA10と実SA−CA10との差がゼロとなるように燃料噴射量が調整されると、空燃比が変化する。より具体的には、このフィードバック制御が実行されると、図4のMBTに関するグラフに例示したように、ある目標SA−CA10に対応する空燃比に対し、ある振れ幅で空燃比が変動する。その結果、MBTもある振れ幅で変動することになる。一方、リーンリミット時の空燃比は、図5に示すように点火時期の影響を受けて変化する。したがって、SA−CA10を利用した燃料噴射量の制御に伴う空燃比の変化によってMBTが変化しているにもかかわらず、変化前のMBTで点火時期が固定されたままであると、この点火時期は、現在の空燃比に応じた真のMBTから外れてしまう結果となる。例えば、MBTが進角側に変化しているにもかかわらず、変化前のMBTで点火時期が固定されたままであると、現在の点火時期は真のMBTに対して遅角側の時期となり、図5に示す関係より、リーンリミット時の空燃比は、点火時期が真のMBTに制御されている時と比べてリッチとなる。その結果、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって空燃比がリーン側の値に振れた場合に、失火が発生してしまうことが懸念される。 When the fuel injection amount is adjusted so that the difference between the target SA-CA10 and the actual SA-CA10 becomes zero by the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10 in the first embodiment described above, the air-fuel ratio becomes smaller. Change. More specifically, when this feedback control is executed, as illustrated in the graph relating to MBT in FIG. 4, the air-fuel ratio varies with a certain fluctuation width with respect to the air-fuel ratio corresponding to a certain target SA-CA10. As a result, the MBT also fluctuates with a certain amplitude. On the other hand, the air-fuel ratio at the time of the lean limit changes under the influence of the ignition timing as shown in FIG. Accordingly, if the MBT has changed due to the change in the air-fuel ratio accompanying the control of the fuel injection amount using the SA-CA10, but the ignition timing remains fixed at the MBT before the change, this ignition timing is As a result, it deviates from the true MBT corresponding to the current air-fuel ratio. For example, if the ignition timing remains fixed in the MBT before the change even though the MBT has changed to the advance side, the current ignition timing becomes the timing on the retard side with respect to the true MBT, From the relationship shown in FIG. 5, the air-fuel ratio at the lean limit becomes richer than when the ignition timing is controlled to true MBT. As a result, there is a concern that misfire may occur when the air-fuel ratio fluctuates to a lean value by feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10.
以上のことから、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行う場合には、当該フィードバック制御の実施に伴う空燃比の変化に起因するMBTの変化の影響を無くすための点火時期制御を気筒毎に行うことが好ましいといえる。そこで、本実施形態では、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とともに、上記のMBTの変化の影響を無くすためにCA50を利用した点火時期のフィードバック制御を協調的に行うこととする。 From the above, when the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10 is performed, the ignition timing control for eliminating the influence of the change in the MBT due to the change in the air-fuel ratio accompanying the execution of the feedback control is performed. It can be said that this is preferably performed for each cylinder. Therefore, in this embodiment, in addition to the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10, the ignition timing feedback control using the CA50 is cooperatively performed in order to eliminate the influence of the MBT change.
図4のCA50に関するグラフを参照して上述したように、MBTが得られる時のCA50は、リーンリミット付近において空燃比に対してほぼ変化しない。したがって、MBTが得られるときのCA50を目標CA50(目標燃焼重心位置)として、筒内圧データの解析結果により得られるCA50(以下、「実CA50」と称する)と目標CA50との差が無くなるように点火時期を補正することにより、上記の空燃比変化の影響を受けずに点火時期をMBTに調整できるようになる。このように、CA50の利用は、この場合の点火時期の制御に適しているといえる。なお、ここでいうCA50を利用した点火時期制御は、必ずしもMBTが得られるように制御するものに限らない。すなわち、CA50を利用した点火時期制御は、いわゆる遅角燃焼時のようにMBT以外のある点火時期を目標点火時期とする場合にも、後述する点火効率に応じて目標CA50を設定することによって利用することができる。 As described above with reference to the graph relating to CA50 in FIG. 4, the CA50 when MBT is obtained does not substantially change with respect to the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit. Therefore, assuming that the CA50 when MBT is obtained is the target CA50 (target combustion center of gravity position), there is no difference between the CA50 obtained from the analysis result of the in-cylinder pressure data (hereinafter referred to as “actual CA50”) and the target CA50. By correcting the ignition timing, the ignition timing can be adjusted to MBT without being affected by the above-described change in the air-fuel ratio. Thus, it can be said that the use of CA50 is suitable for controlling the ignition timing in this case. Note that the ignition timing control using the CA50 here is not necessarily limited to control to obtain MBT. That is, the ignition timing control using the CA50 is used by setting the target CA50 according to the ignition efficiency described later even when an ignition timing other than the MBT is set as the target ignition timing as in the so-called retarded combustion. can do.
(2つのフィードバック制御の実行順序と応答速度の設定)
本実施形態では、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を自由に行うのではなく、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御によって目標CA50と実CA50との差が所定値以下となっている状態で、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行うこととする。
(Set the execution order and response speed of the two feedback controls)
In this embodiment, the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10 is not freely performed, but the difference between the target CA50 and the actual CA50 becomes a predetermined value or less by the feedback control of the ignition timing using the CA50. In this state, the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10 is performed.
さらに、本実施形態では、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなるように制御を構成する。 Further, in the present embodiment, the control is configured such that the response speed of the feedback control of the ignition timing using the CA50 is higher than the response speed of the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10.
(実施の形態1のフィードバック制御の概要)
図6は、本発明の実施の形態1に係るSA−CA10を利用したフィードバック制御とCA50を利用したフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
(Outline of feedback control of Embodiment 1)
FIG. 6 is a block diagram for explaining an overview of feedback control using SA-
本発明の実施の形態1に係るシステムにおいて、ECU40は、図6に示す各フィードバック制御の前提として、上述したように燃料噴射制御、点火制御等のエンジン制御を行う。燃料噴射制御では、運転状態(具体的には、エンジン回転速度およびエンジン負荷率)に応じた基本噴射量を、増量・減量補正量を示す噴射量補正値で補正して、気筒毎に各サイクルの燃料噴射量を決定し、所定のタイミングで燃料噴射装置26に噴射させる。また、点火制御では、運転状態に応じた基本点火時期を、進角・遅角補正量を示す点火時期補正値で補正して、気筒毎に各サイクルの点火時期を決定し、決定した点火時期に点火装置28に点火させる。
In the system according to the first embodiment of the present invention, the
図6において、SA−CA10を利用したフィードバック制御は、リーンリミット付近の所定の目標SA−CA10と実SA−CA10との差がゼロとなるように(すなわち、実SA−CA10が目標SA−CA10と一致するように)噴射量補正値を調整することで、次サイクルの燃料噴射量を調整するものである。CA50を利用したフィードバック制御は、目標CA50と実CA50との差がゼロとなるように(すなわち、実CA50が目標CA50と一致するように)点火時期補正値を調整することで、次サイクルの点火時期を調整するものである。 In FIG. 6, the feedback control using SA-CA10 is performed so that the difference between the predetermined target SA-CA10 near the lean limit and the actual SA-CA10 becomes zero (that is, the actual SA-CA10 is the target SA-CA10). The fuel injection amount of the next cycle is adjusted by adjusting the injection amount correction value so that the fuel injection amount coincides with In the feedback control using the CA50, the ignition timing correction value is adjusted so that the difference between the target CA50 and the actual CA50 becomes zero (that is, the actual CA50 matches the target CA50). The time is adjusted.
SA−CA10を利用したフィードバック制御では、図6に示すように、エンジン運転状態(具体的には、エンジン回転速度およびエンジン負荷率)に応じた目標SA−CA10が設定される。ここでいう実SA−CA10とは、点火時期から、筒内圧センサ(CPS)30とクランク角センサ42とを利用して得られる筒内圧データの解析結果から求められたCA10までのクランク角期間として算出される値である。実SA−CA10は、各気筒においてサイクル毎に算出される。
In feedback control using SA-CA10, as shown in FIG. 6, a target SA-CA10 is set according to the engine operating state (specifically, the engine speed and the engine load factor). The actual SA-CA10 here is a crank angle period from the ignition timing to CA10 obtained from an analysis result of in-cylinder pressure data obtained using the in-cylinder pressure sensor (CPS) 30 and the
SA−CA10を利用したフィードバック制御では、目標SA−CA10と実SA−CA10との差が無くなるように燃料噴射量を調整するために、一例としてPI制御が使用されている。このPI制御では、目標SA−CA10と実SA−CA10との差と所定のPIゲイン(比例項ゲインと積分項ゲイン)とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた噴射量補正値が算出される。そして、気筒毎に算出される噴射量補正値が、対象となる気筒の燃料噴射量に反映される。これにより、内燃機関(ENG)10の各気筒に供給される燃料噴射量が上記フィードバック制御によって調整(補正)されることになる。 In feedback control using SA-CA10, PI control is used as an example to adjust the fuel injection amount so that there is no difference between target SA-CA10 and actual SA-CA10. In this PI control, the difference between the target SA-CA10 and the actual SA-CA10 and a predetermined PI gain (proportional term gain and integral term gain) are used, and the injection amount according to the difference and the magnitude of the integrated value. A correction value is calculated. The injection amount correction value calculated for each cylinder is reflected in the fuel injection amount of the target cylinder. Thus, the fuel injection amount supplied to each cylinder of the internal combustion engine (ENG) 10 is adjusted (corrected) by the feedback control.
また、CA50を利用したフィードバック制御では、目標CA50と実CA50との差が無くなるように点火時期を補正するために、このCA50を利用したフィードバック制御についても、一例としてPI制御が使用されている。このPI制御では、目標CA50と実CA50との差と所定のPIゲイン(比例項ゲインと積分項ゲイン)とを用いて、当該差およびその差の積算値の大きさに応じた点火時期補正値が算出される。そして、気筒毎に算出される点火時期補正値が、対象となる気筒の点火時期に反映される。これにより、内燃機関(ENG)10の各気筒における点火時期が上記フィードバック制御によって調整(補正)されることになる。 In feedback control using CA50, PI control is used as an example for feedback control using CA50 in order to correct the ignition timing so that there is no difference between target CA50 and actual CA50. In this PI control, using the difference between the target CA50 and the actual CA50 and a predetermined PI gain (proportional term gain and integral term gain), the ignition timing correction value according to the difference and the integrated value of the difference. Is calculated. The ignition timing correction value calculated for each cylinder is reflected in the ignition timing of the target cylinder. Thereby, the ignition timing in each cylinder of the internal combustion engine (ENG) 10 is adjusted (corrected) by the feedback control.
また、本実施形態では、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなるようにするために、これらのフィードバック制御で用いるPIゲインに対して次のような配慮がなされている。すなわち、SA−CA10を利用したフィードバック制御で用いるPIゲインよりも、CA50を利用したフィードバック制御で用いるPIゲインの方が大きな値に設定されている。 In the present embodiment, in order to make the response speed of the feedback control of the ignition timing using the CA50 higher than the response speed of the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10, these feedback controls are performed. The following consideration is given to the PI gain used in. That is, the PI gain used in the feedback control using CA50 is set to a larger value than the PI gain used in the feedback control using SA-CA10.
(実施の形態1のフィードバック制御の具体的処理)
図7は、本発明の実施の形態1に係るSA−CA10を利用したフィードバック制御とCA50を利用したフィードバック制御とを実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
(Specific processing of feedback control of Embodiment 1)
FIG. 7 is a flowchart showing a control routine executed by the
図7に示すルーチンでは、ECU40は、先ず、リーンバーン運転中であるか否かを判定する(ステップ100)。内燃機関10では、所定の運転領域において理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。ここでは、そのようなリーンバーン運転を行う運転領域に該当するか否かが判定される。
In the routine shown in FIG. 7, the
ステップ100においてリーンバーン運転中であると判定した場合には、クランク角センサ42とエアフローメータ44とを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷率を取得する(ステップ102)。エンジン負荷率は、エンジン回転速度と吸入空気量とに基づいて算出することができる。
If it is determined in
次に、ECU40は目標点火効率を取得する(ステップ104)。目標点火効率は、点火時期がMBTである時に最大値を示し、かつ、MBTからの目標点火時期の乖離の度合いを示す指標である。ECU40は、内燃機関10の運転条件に応じて目標点火効率を定めたマップ(図示省略)を記憶しており、本ステップ104では、そのようなマップを参照して目標点火効率が取得される。
Next, the
次に、ECU40は、目標CA50を算出する(ステップ106)。目標CA50は、ステップ102において取得したエンジン回転速度およびエンジン負荷率だけでなく、ステップ104において取得した目標点火効率にも基づいて設定される。より具体的には、目標点火効率が1である場合、すなわち、MBTを目標点火時期とする場合には、MBTが得られる時のCA50が目標CA50として使用される。また、目標点火効率が1より小さい所定値である場合、すなわち、目標点火時期がMBTに対して進角側または遅角側の所定時期とされる場合には、当該所定時期が得られる時のCA50が目標CA50として使用される。
Next, the
次に、ECU40は、筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを利用して燃焼時に計測された筒内圧データを取得する(ステップ108)。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ108において筒内圧データを取得した後に、取得した筒内圧データの解析結果を利用して実CA50を算出する(ステップ110)。
Next, after acquiring the in-cylinder pressure data in
次に、ECU40は、ステップ106およびステップ110において算出した目標CA50と実CA50との差を算出する(ステップ112)。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ112において算出された差と所定のPIゲイン(比例項ゲインと積分項ゲイン)とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた点火時期補正値を算出する(ステップ114)。上述したように、SA−CA10を利用したフィードバック制御で用いるPIゲインよりも、CA50を利用したフィードバック制御で用いるPIゲインの方が大きな値に設定されている。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ114において算出された点火時期補正値に基づいて、次のサイクルで使用する点火時期を補正する(ステップ116)。具体的には、CA50と点火時期との間には、ほぼ1対1の関係があり、例えば、目標CA50よりも実CA50が大きい場合(すなわち、目標CA50よりも実CA50が遅角している場合)には、燃焼を早めるために点火時期が進角されることになる。
Next, the
次に、ECU40は、目標CA50と実CA50との差(絶対値)が所定値以下であるか否かを判定する(ステップ118)。その結果、上記差が所定値以下ではないと判定した場合、すなわち、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御によって実CA50が目標CA50の近傍に十分に収束していないと判断できる場合には、ECU40は、本ルーチンを終了し、同一気筒の次サイクルにおいて再度本ルーチンの処理を開始する。つまり、ステップ118の判定が不成立となったサイクルでは、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御は実行されない。
Next, the
一方、上記ステップ118の判定が成立する場合、すなわち、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御によって実CA50が目標CA50の近傍に十分に収束していると判断できる場合には、ECU40は、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を実行するために、図8に示すサブルーチンの処理を実行する。
On the other hand, when the determination in
図8は、本発明の実施の形態1に係るSA−CA10を利用したフィードバック制御を実現するために、ECU40が実行するサブルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing a subroutine executed by the
図8に示すルーチンでは、ECU40は、先ず、目標SA−CA10を算出する(ステップ120)。目標SA−CA10は、エンジン回転速度およびエンジン負荷率だけでなく、ステップ106において取得された目標点火効率にも基づく値として設定される。より具体的には、目標SA−CA10の基準値は、エンジン回転速度およびエンジン負荷率に基づいて設定されるMBTを想定したときの値として設定されている。最終的な目標SA−CA10は、目標点火効率に応じて(すなわち、MBTからの目標点火時期の乖離量に応じて)設定される。より詳細に説明すると、最終的な目標SA−CA10は、MBTに対する点火時期の遅角量が大きいほど、基準値に対してより小さな値となるように設定され、逆に、MBTに対する点火時期の進角量が大きいほど、基準値に対してより大きな値となるように設定される。
In the routine shown in FIG. 8, the
次に、ECU40は、実SA−CA10を算出する(ステップ122)。実SA−CA10は、現サイクルにおける点火時期から、ステップ108において取得した筒内圧データの解析結果として得られるCA10までのクランク角期間として算出される。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ120およびステップ122において算出した目標SA−CA10と実SA−CA10との差を算出する(ステップ124)。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ124において算出された差と所定のPIゲイン(比例項ゲインと積分項ゲイン)とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた噴射量補正値を算出する(ステップ126)。
Next, the
次に、ECU40は、算出した噴射量補正値に基づいて、次のサイクルで使用する燃料噴射量を補正する(ステップ128)。具体的には、例えば、目標SA−CA10よりも実SA−CA10が大きい場合には、図3のSA−CA10に関するグラフに示す関係より、空燃比が狙い値よりもリーン側にずれていることに相当するため、空燃比をリッチ補正するために燃料噴射量が基本噴射量に対して増やされることになる。
Next, the
以上説明した図7および図8に示すルーチンによれば、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御とSA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とが協調的に行われる。この点火時期のフィードバック制御によれば、MBTが得られる時の値がリーンリミット付近において空燃比に応じてほとんど変化しないCA50の特性を利用して(つまり、MBTと空燃比との関係を点火時期制御のために考慮する必要なしに)、点火時期を真のMBTに適切に制御できる。そして、点火時期をMBTに制御した状態で、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を実行することで、リーンリミット付近において空燃比に対して線形性を有しているSA−CA10の特性を利用して、リーンバーン運転時に空燃比をリーンリミット近傍に好適に制御できるようになる。 According to the routines shown in FIGS. 7 and 8 described above, the feedback control of the ignition timing using the CA50 and the feedback control of the fuel injection amount using the SA-CA10 are performed in a coordinated manner. According to this feedback control of the ignition timing, the value of the time when the MBT is obtained is utilized by utilizing the characteristic of the CA50 that hardly changes depending on the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit (that is, the relationship between the MBT and the air-fuel ratio is determined by the ignition timing). The ignition timing can be appropriately controlled to true MBT (without the need for consideration for control). Then, by executing feedback control of the fuel injection amount using SA-CA10 with the ignition timing controlled to MBT, the SA-CA10 having linearity with respect to the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit is executed. Using the characteristics, the air-fuel ratio can be suitably controlled near the lean limit during the lean burn operation.
[実施の形態1における特徴的制御]
(制御パラメータの異常種類に応じた点火時期および燃料噴射量の制御)
ところで、筒内圧センサ30の出力信号にはノイズが乗るが、筒内圧が低いほどセンサ出力信号が小さく、相対的にノイズが大きくなるため、筒内圧センサ30の検出値に含まれるノイズの割合は高くなってしまう。また、点火時期が近いCA10はCA50に比して点火時期の影響を受けやすい。そのため、筒内圧センサ30の検出値に基づいて算出される実SA−CA10と実CA50とを比較すると、実CA50の方がロバスト性の高い制御パラメータであるといえる。
[Characteristic Control in Embodiment 1]
(Control of ignition timing and fuel injection amount according to abnormal types of control parameters)
By the way, although noise is added to the output signal of the in-
筒内圧センサ30の検出値に基づく制御パラメータに異常が生じた場合には、上述した2つのフィードバック制御により点火時期や燃料噴射量が誤補正され、却って燃費悪化、エミッション増加、ドライバビリティ悪化などを生じさせてしまうおそれがある。そのため、制御パラメータの異常を判定して適切に制御する必要がある。
When an abnormality occurs in the control parameter based on the detection value of the in-
しかし、実CA50および実SA−CA10のそれぞれについて異常判定を行えば、異常種類の組み合わせに応じた処理が必要となり処理が複雑化し、計算負荷も増大する。また、実CA50のみについて異常判定を行えば、仮に実SA−CA10が異常であっても実CA50が正常であれば全体として正常と判定される。その結果、ロバスト性が低い制御パラメータである実SA−CA10の異常が見過ごされ、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御が実行されることにより、燃料噴射量が誤補正され、却って燃費悪化等を生じさせてしまうおそれがある。
However, if abnormality determination is performed for each of the real CA 50 and the real SA-
一方、実SA−CA10のみについて異常判定を行えば、実SA−CA10が正常な場合にはロバスト性が高い実CA50も正常であり、実SA−CA10が異常な場合には実CA50は正常/異常のいずれかであるが、少なくともSA−CA10が異常な場合にCA50も異常とみなせばCA50の異常が見過ごされることはない。また、計算負荷を低く抑えることができる。 On the other hand, if the abnormality determination is performed for only the real SA-CA10, the real CA50 having high robustness is normal when the real SA-CA10 is normal, and the real CA50 is normal / normal when the real SA-CA10 is abnormal. Although it is one of abnormalities, if at least SA-CA10 is abnormal, CA50 is not overlooked if CA50 is also considered abnormal. Also, the calculation load can be kept low.
そこで、本実施形態のシステムでは、実SA−CA10のみについて異常判定を行い、実SA−CA10が異常である場合には、SA−CA10を利用したフィードバック制御だけでなくCA50を利用したフィードバック制御も停止することとする。 Therefore, in the system of the present embodiment, abnormality determination is performed only for the real SA-CA10, and when the real SA-CA10 is abnormal, not only feedback control using the SA-CA10 but also feedback control using the CA50 is performed. It will be stopped.
一方で、実SA−CA10の異常検知と共にフィードバック制御を停止した場合、フィードバック制御により補正量が最適化されていた状態が解除されるため、補正量をゼロとするなど大幅に変更されれば、燃費悪化、エミッション悪化、ドライバビリティ悪化を招くため、フィードバック停止時の対応が重要になる。そこで、本実施形態のシステムでは、制御パラメータの状態に応じて出来るだけフィードバック制御の効果を残すよう試みる。 On the other hand, when the feedback control is stopped together with the abnormality detection of the actual SA-CA10, the state in which the correction amount is optimized by the feedback control is canceled. Response at the time of feedback stop is important because it leads to deterioration of fuel consumption, emission and drivability. Therefore, in the system of the present embodiment, an attempt is made to leave the effect of feedback control as much as possible according to the state of the control parameter.
以下の説明において、CA50を利用した点火時期のフィードバック制御を「CA50FB制御」とも表記し、SA−CA10を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を「SA−CA10FB制御」とも表記する。 In the following description, the ignition timing feedback control using the CA50 is also referred to as “CA50FB control”, and the fuel injection amount feedback control using the SA-CA10 is also referred to as “SA-CA10FB control”.
図9は、本実施形態における対応制御の一覧を示す図である。本実施形態における対応制御を分類するとAとBの2つに分類される。 FIG. 9 is a diagram showing a list of correspondence control in the present embodiment. If the correspondence control in this embodiment is classified, it is classified into two, A and B.
対応制御Aでは、CA50FB制御およびSA−CA10FB制御の両方が停止される。そして、次サイクルの基本点火時期を補正する補正量を示す点火時期補正値は前回値のまま保持される。同様に、次サイクルの基本噴射量を補正する補正量を示す噴射量補正値も前回値のまま保持される。なお、前回値に替えて直近数サイクルにおける平均値を用いても良い。 In the correspondence control A, both CA50FB control and SA-CA10FB control are stopped. Then, the ignition timing correction value indicating the correction amount for correcting the basic ignition timing of the next cycle is held as the previous value. Similarly, the injection amount correction value indicating the correction amount for correcting the basic injection amount of the next cycle is also held as the previous value. Note that an average value in the most recent cycle may be used instead of the previous value.
対応制御Bでは、CA50FB制御およびSA−CA10FB制御の両方が停止される。そして、点火時期補正値は前回値よりもゼロに近い値に設定される。同様に、噴射量補正値も前回値よりもゼロに近い値に設定される。 In the response control B, both CA50FB control and SA-CA10FB control are stopped. The ignition timing correction value is set to a value closer to zero than the previous value. Similarly, the injection amount correction value is also set to a value closer to zero than the previous value.
図10は、制御パラメータの異常種類と、制御パラメータ(SA−CA10)の異常種類と対応制御との組み合わせについて説明するための図である。図10に示すように、異常種類には継続異常と短期異常とがある。 FIG. 10 is a diagram for explaining a combination of a control parameter abnormality type, a control parameter (SA-CA10) abnormality type, and corresponding control. As shown in FIG. 10, the types of abnormalities include continuous abnormalities and short-term abnormalities.
継続異常は、制御パラメータがパラメータ変動幅程度に定めた所定範囲を超える状況が、設定サイクル数以上連続して発生する状態をいう。所定範囲として、例えば±3σを用いることが考えられる。標準偏差σは運転中に計算することも可能であるが、数百サイクルほどのデータを必要とするため、予めエンジン回転速度およびエンジン負荷率と所定範囲との関係を定めたマップをECU40に記憶させておくことが望ましい。また、設定サイクル数は、例えば、5〜10サイクル(1200rpm〜1500rpm時)であり、運転状態に応じて変更することとしてもよい。また、短期異常は、制御パラメータが上述の所定範囲を超える状況が、1〜設定サイクル数未満連続して発生する状態をいう。
The continuation abnormality refers to a state in which a situation in which the control parameter exceeds a predetermined range set to about the parameter fluctuation range occurs continuously for a set number of cycles or more. For example, ± 3σ may be used as the predetermined range. Although the standard deviation σ can be calculated during operation, since data of several hundred cycles is required, a map that predetermines the relationship between the engine speed and the engine load factor and a predetermined range is stored in the
実SA−CA10が異常(短期異常、継続異常を問わない)である場合には、上述した対応制御A、Bのいずれか1つが実行され、SA−CA10FB制御だけでなくCA50FB制御も停止される。これにより、SA−CA10FB制御により燃料噴射量が誤補正され、却って燃費悪化、エミッション増加、ドライバビリティ悪化などが生じることを回避できる。 If the actual SA-CA10 is abnormal (whether it is a short-term abnormality or a continuation abnormality), any one of the above-described corresponding controls A and B is executed, and not only the SA-CA10FB control but also the CA50FB control is stopped. . As a result, the fuel injection amount is erroneously corrected by the SA-CA10FB control, and on the contrary, it is possible to avoid the deterioration of fuel consumption, the increase of emissions, the deterioration of drivability, and the like.
(対応制御Aについて)
実SA−CA10が短期異常である場合には、ロバスト性が高い実CA50は正常または短期異常であると考えられ、対応制御Aが実行される。対応制御Aでは、短期異常である実SA−CA10(および実CA50)はその後正常値に戻ることが期待されるため、点火時期補正値および噴射量補正値はそれぞれ前回値または直近数サイクルにおける平均値に保持される。
(About correspondence control A)
When the real SA-CA10 is a short-term abnormality, the real CA50 having high robustness is considered normal or a short-term abnormality, and the response control A is executed. In the corresponding control A, the actual SA-CA10 (and the actual CA50), which is a short-term abnormality, is expected to return to the normal value thereafter, so that the ignition timing correction value and the injection amount correction value are respectively the previous value or the average in the most recent cycle Held in value.
(対応制御Bについて)
実CA−CA10が継続異常である場合には、実CA50も継続異常である可能性があるため、対応制御Bが実行される。対応制御Bでは、更なる燃焼悪化を抑制するため、点火時期補正値および噴射量補正値はそれぞれ前回値よりもゼロに近い値に設定される。
(About correspondence control B)
When the actual CA-CA10 is a continuation abnormality, the real CA50 may also be a continuation abnormality, so the response control B is executed. In response control B, in order to suppress further deterioration in combustion, the ignition timing correction value and the injection amount correction value are each set to a value closer to zero than the previous value.
好ましくは、対応制御Bにおいて、点火時期補正値および噴射量補正値のそれぞれをゼロに近づける変化量は、各補正値の前回値が減量補正を示す場合の方が増量補正を示す場合に比して多く設定される。 Preferably, in the corresponding control B, the amount of change in which each of the ignition timing correction value and the injection amount correction value approaches zero is greater than the case where the previous value of each correction value indicates a decrease correction, as compared to the case where the increase correction is indicated. Many are set.
より具体的には、実SA−CA10が継続異常である場合、かつ、噴射量補正値の前回値が減量補正を示す場合には、点火時期補正値および噴射量補正値はそれぞれゼロに設定される(対応制御B−1)。これにより、燃料噴射量の減量補正はされなくなり、次サイクルの燃料噴射量が基本噴射量で噴射されることで、前サイクルに比して空燃比はリッチ化され失火を回避することができる。 More specifically, when the actual SA-CA10 is a continuation abnormality and the previous value of the injection amount correction value indicates a decrease correction, the ignition timing correction value and the injection amount correction value are set to zero, respectively. (Correspondence control B-1). As a result, the fuel injection amount is not corrected to decrease, and the fuel injection amount of the next cycle is injected at the basic injection amount, so that the air-fuel ratio is enriched compared to the previous cycle, and misfire can be avoided.
一方、実CA50が継続異常である場合、かつ、噴射量補正値の前回値が増量補正を示す場合には、点火時期補正値および噴射量補正値はそれぞれ前回値よりもゼロに近い値に設定され、サイクル毎に徐々に補正量は減少される(対応制御B−2)。増量補正中の継続異常は、燃費悪化、エミッション悪化状態によるものと考えられるが、補正量を即時ゼロにすると大幅なリーン化により失火のおそれがあるため、徐々に補正量を減らすことでエンジントルクを確認しながら補正量をゼロに近づける。この場合、エンジントルク類推手段(トルクメータやクランク角速度)を用いて、発生トルクが所定値(ドライバビリティ悪化を招くトルク低下を示す値)以下となった場合、またはトルク変動が所定値以上となった場合、またはクランク角速度変動が所定値以上となった場合には、補正量の減量を停止することが望ましい。 On the other hand, when the actual CA50 is a continuation abnormality and the previous value of the injection amount correction value indicates an increase correction, the ignition timing correction value and the injection amount correction value are set to values closer to zero than the previous value, respectively. The correction amount is gradually decreased for each cycle (corresponding control B-2). The continuation abnormality during the increase correction is thought to be due to the deterioration of fuel consumption and emission, but if the correction amount is set to zero immediately, there is a risk of misfire due to significant leaning, so engine torque can be reduced by gradually reducing the correction amount. While checking, make the correction amount close to zero. In this case, when the engine torque analogy means (torque meter or crank angular velocity) is used and the generated torque becomes equal to or less than a predetermined value (a value indicating a torque decrease that causes deterioration in drivability), or the torque fluctuation becomes equal to or greater than a predetermined value. In such a case, or when the crank angular speed fluctuation becomes a predetermined value or more, it is desirable to stop the reduction of the correction amount.
以上説明したように、本実施形態のシステムでは、CA50の異常判定を行わず、SA−CA10の異常判定のみとしているため、計算負荷を低く抑えることができる。また、SA−CA10の値に異常があり、両方のフィードバック制御が停止される場合において、制御パラメータの異常の継続状態に応じて、適切な対応制御を実行することで、可能な限りCA50FB制御およびSA−CA10FB制御による点火時期補正値および噴射量補正値の調整の効果を残すことができ、燃費悪化・エミッション悪化、ドライバビリティ悪化を抑制することができる。 As described above, in the system according to the present embodiment, the CA50 abnormality determination is not performed, and only the SA-CA10 abnormality determination is performed. Therefore, the calculation load can be reduced. Further, when there is an abnormality in the value of SA-CA10 and both feedback controls are stopped, by executing appropriate response control according to the continuation state of the abnormality of the control parameter, CA50FB control and The effect of adjusting the ignition timing correction value and the injection amount correction value by the SA-CA10FB control can be left, and fuel consumption deterioration / emission deterioration and drivability deterioration can be suppressed.
(フローチャート)
図11は、本発明の実施の形態1において、制御パラメータ(SA−CA10)に異常が発生した場合に、適切な点火時期制御および燃料噴射制御を実現するためにECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
(flowchart)
FIG. 11 shows a control routine executed by the
図11に示すルーチンでは、ECU40は、先ず、実SA−CA10が正常であるか否かを判定する(ステップ200)。ECU40は、現サイクルの筒内圧データの解析結果により得られる実SA−CA10が所定範囲外であるか否かを判定する。所定範囲として、実験等に基づいて定められた所定の変動幅が設定されている。なお、所定の変動幅を定める指標として±3σを用いることが考えられる。標準偏差σは運転中に計算することも可能であるが、数百サイクルほどのデータを必要とするため、予めエンジン回転速度およびエンジン負荷率と所定範囲との関係を定めたマップをECU40に記憶させておく。
In the routine shown in FIG. 11, the
ステップ200において実SA−CA10が正常であると判定された場合、すなわち、実SA−CA10および実CA50が正常である場合には、ECU40は、CA40FB制御およびSA−CA10FB制御を通常通り実行する(ステップ202)。
When it is determined in
一方、ステップ200において実SA−CA10が異常であると判定された場合には、ECU40は、実SA−CA10の異常が所定回数継続しているか否かを判定する(ステップ204)。所定回数は、例えば、5〜10サイクル(1200rpm〜1500rpm時)であり、運転状態に応じて変更することとしてもよい。
On the other hand, when it is determined in
ステップ204において実CA50の異常が所定回数継続していない(短期異常)と判定された場合には、ECU40は、上述した対応制御Aに対応する処理Aの制御ルーチンを実行する。
When it is determined in
図12は、本発明の実施の形態1において、ECU40が実行する処理Aの制御ルーチンを示すフローチャートである。処理Aのルーチンでは、ECU40は、CA50FB制御の実行を停止し、CA50FB制御による点火時期補正値の調整を停止させる(ステップA10)。次に、ECU40は、点火時期補正値を、前回値または直近数サイクルにおける平均値に設定する(ステップA12)。また、ECU40は、SA−CA10FB制御の実行を停止し、SA−CA10FB制御による噴射量補正値の調整を停止させる(ステップA14)。次に、ECU40は、噴射量補正値を、前回値または直近数サイクルにおける平均値に設定する(ステップA16)。その後、図11に戻りルーチンは終了される。なお、ステップA10、A12の前にステップA14、A16を実行してもよい。
FIG. 12 is a flowchart showing a control routine of the process A executed by the
図11のステップ204において実CA50の異常が所定回数継続している(継続異常)と判定された場合には、ECU40は、噴射量補正値の前回値又は直近数サイクルの平均値が減量補正を示す値であるか否かを判定する(ステップ206)。
If it is determined in
ステップ206において減量補正を示す値であると判定された場合には、ECU40は、上述した対応制御B−1に対応する処理B−1の制御ルーチンを実行する。
When it is determined in
図13は、本発明の実施の形態1において、ECU40が実行する処理B−1の制御ルーチンを示すフローチャートである。処理B−1のルーチンでは、ECU40は、CA50FB制御の実行を停止し、CA50FB制御による点火時期補正値の調整を停止させる(ステップB10)。次に、ECU40は、点火時期補正値をゼロに変更する(ステップB12)。また、ECU40は、SA−CA10FB制御の実行を停止し、SA−CA10FB制御による噴射量補正値の調整を停止させる(ステップB14)。次に、ECU40は、噴射量補正値をゼロに変更する(ステップB16)。その後、図11に戻りルーチンは終了される。なお、ステップB10、B12の前にステップB14、B16を実行してもよい。
FIG. 13 is a flowchart showing a control routine of process B-1 executed by
図11のステップ206において減量補正を示す値でないと判定された場合には、ECU40は、上述した対応制御B−2に対応する処理B−2の制御ルーチンを実行する。
If it is determined in
図14は、本発明の実施の形態1において、ECU40が実行する処理B−2の制御ルーチンを示すフローチャートである。処理B−2のルーチンでは、ECU40は、CA50FB制御の実行を停止し、CA50FB制御による点火時期補正値の調整を停止させる(ステップB20)。次に、ECU40は、点火時期補正値を前回値よりもゼロに近い値に変更する(ステップB22)。具体的には、基本点火時期に対する補正量を、本ルーチンが実行される度に徐々に減らして所定のサイクルを経てゼロになるように点火時期補正値を変更していく。また、ECU40は、SA−CA10FB制御の実行を停止し、SA−CA10FB制御による噴射量補正値の調整を停止させる(ステップB24)。次に、ECU40は、噴射量補正値を、基本噴射量を前回値よりもゼロに近い値に変更する(ステップB26)。具体的には、基本噴射量に対する補正量を、本ルーチンが実行される度に徐々に減らして所定のサイクルを経てゼロになるように噴射量補正値を変更していく。その後、図11に戻りルーチンは終了される。なお、ステップB20、B22の前にステップB24、B26を実行してもよい。
FIG. 14 is a flowchart showing a control routine of process B-2 executed by
以上説明したように、図11に示すルーチンおよび図12〜図14に示すサブルーチンによれば、制御パラメータ(SA−CA10)の値に異常があり、フィードバック制御が停止される場合において、制御パラメータの異常の継続状態に応じて、可能な限り各フィードバック制御の効果を残すように点火時期補正値と噴射量補正値を設定することができる。また、制御パラメータが正常範囲に戻った場合に、これらの点火時期補正値および噴射量補正値を用いて各フィードバック制御を再開することができ、早期に点火時期および燃料噴射量を目標値に収束させることができる。 As described above, according to the routine shown in FIG. 11 and the subroutine shown in FIGS. 12 to 14, when there is an abnormality in the value of the control parameter (SA-CA10) and the feedback control is stopped, the control parameter The ignition timing correction value and the injection amount correction value can be set so as to retain the effect of each feedback control as much as possible according to the abnormal continuation state. In addition, when the control parameter returns to the normal range, each feedback control can be resumed using these ignition timing correction value and injection amount correction value, and the ignition timing and fuel injection amount converge to the target value at an early stage. Can be made.
ところで、上述した実施の形態1においては、点火時期との間でクランク角期間を規定する所定のクランク角度として10%燃焼点であるCA10を用いることとしている。しかしながら、本発明における燃焼点は、CA10に限らず、燃焼重心よりも低い燃焼質量割合(α%)が得られる時のクランク角度であるCAαであってもよい。そのうえで、CA10の利用は、以下のような理由により、他の燃焼点の利用と比べて好ましいといえる。すなわち、CA10よりも後の主燃焼期間(CA10−CA90)内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、火炎が燃え広がる時に燃焼に影響するパラメータ(EGR率、吸気温度およびタンブル比など)の影響を大きく受けてしまう。つまり、この場合に得られるクランク角期間は、純粋に空燃比に着目したものではなく、外乱に弱くなる。このような外乱の影響を排除するために、クランク角期間を上記パラメータに応じて補正する構成とすることは、適合工数の増加となる。これに対し、初期燃焼期間(CA0−CA10)内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、上記パラメータの影響を受けにくく、着火に影響する因子の影響が良く表れたものとなる。その結果、制御性が良くなる。その一方で、燃焼開始点(CA0)や燃焼終了点(CA100)は、ECU40が取得する筒内圧センサ30からの出力信号に重畳するノイズの影響によって誤差が生じ易い。このノイズの影響は、燃焼開始点(CA0)や燃焼終了点(CA100)から離れるにつれて小さくなる。したがって、耐ノイズ性と適合工数の削減とを考慮すると、本実施形態で用いるように、上記CA10が最も優れているといえる。
By the way, in
なお、点火時期は指示値と実際値との乖離が起きにくいことを前提とした場合には、実SA−CA10の異常はCA10の異常とみなしてもよい。 Note that if it is assumed that the ignition timing is unlikely to deviate between the indicated value and the actual value, the actual SA-CA10 abnormality may be regarded as the CA10 abnormality.
図15は、本発明に係る内燃機関の制御装置のブロック図である。ECU40を示すブロック内には、ECU40が備える種々の処理のうちの一部がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算資源が割り当てられている。ECU40には各ブロックに対応するプログラムがメモリに用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各ブロックの処理がECU40において実現される。
FIG. 15 is a block diagram of an internal combustion engine control apparatus according to the present invention. In the block showing the
図15を用いて実施の形態1で説明した各種処理と本発明との対応関係について説明する。筒内圧センサ30が本発明における「筒内圧検出手段」に、ランク角センサ42が本発明における「クランク角検出手段」に、それぞれ相当する。上述したECU40が実行する燃料噴射制御および点火制御が、本発明における「燃料噴射量決定手段」および「点火時期決定手段」に、それぞれ相当している。
The correspondence relationship between the various types of processing described in
また、ECU40が、上記ステップ110の処理を実行することにより本発明における「燃焼質量割合算出手段」および「燃焼重心位置算出手段」が、上記ステップ102〜ステップ116の処理を実行することにより本発明における「点火時期調整手段」が、上記ステップ122の処理を実行することにより本発明における「クランク角期間算出手段」が、上記ステップ120〜ステップ128の処理を実行することにより本発明における「噴射量調整手段」が、上記ステップ200の処理を実行することにより本発明における「クランク角期間異常判定手段」がそれぞれ実現されている。また、ECU40が、上述した対応制御A、Bの少なくとも1つを実行することにより、前記本発明における「停止手段」および「補正値設定手段」がそれぞれ実現されている。
Further, when the
10 内燃機関
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気弁
22 排気弁
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射装置
28 点火装置
30 筒内圧センサ
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 クランク角センサ
44 エアフローメータ
DESCRIPTION OF
42
Claims (1)
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
検出された筒内圧と検出されたクランク角度とに基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
運転状態に応じた基本点火時期を点火時期補正値で補正して点火時期を決定する点火時期決定手段と、
算出された燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
算出された燃焼重心位置が、目標点火効率に応じた目標燃焼重心位置と一致するように前記点火時期補正値を調整する点火時期調整手段と、
運転状態に応じた基本噴射量を噴射量補正値で補正して燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
点火時期から燃焼重心よりも低い所定の燃焼質量割合となるクランク角度までのクランク角期間を算出するクランク角期間算出手段と、
算出されたクランク角期間が、目標クランク角期間と一致するように前記噴射量補正値を調整する噴射量調整手段と、
算出されたクランク角期間が異常であるか否かを判定するクランク角期間異常判定手段と、
算出されたクランク角期間が異常と判定された場合に、前記点火時期調整手段および前記噴射量調整手段による調整を停止する停止手段と、
算出されたクランク角期間が異常と判定された場合に、前記点火時期補正値および前記噴射量補正値をそれぞれ前回値、または直近数サイクルにおける平均値、または前回値よりもゼロに近い値に設定する補正値設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In-cylinder pressure detecting means for detecting in-cylinder pressure;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
Combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio based on the detected in-cylinder pressure and the detected crank angle;
Ignition timing determination means for determining the ignition timing by correcting the basic ignition timing according to the operating state with the ignition timing correction value;
Combustion center-of-gravity position calculating means for calculating a combustion center-of-gravity position based on the calculated combustion mass ratio;
Ignition timing adjustment means for adjusting the ignition timing correction value so that the calculated combustion center of gravity position coincides with the target combustion center of gravity position corresponding to the target ignition efficiency;
Fuel injection amount determination means for determining the fuel injection amount by correcting the basic injection amount according to the operating state with the injection amount correction value;
A crank angle period calculating means for calculating a crank angle period from an ignition timing to a crank angle at a predetermined combustion mass ratio lower than the combustion center of gravity;
Injection amount adjusting means for adjusting the injection amount correction value so that the calculated crank angle period coincides with the target crank angle period;
Crank angle period abnormality determining means for determining whether or not the calculated crank angle period is abnormal;
Stop means for stopping adjustment by the ignition timing adjusting means and the injection amount adjusting means when it is determined that the calculated crank angle period is abnormal;
When it is determined that the calculated crank angle period is abnormal, the ignition timing correction value and the injection amount correction value are set to the previous value, the average value in the most recent cycle, or a value closer to zero than the previous value, respectively. Correction value setting means to perform,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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