JP2016217338A - Controller for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely estimate pressure in a cylinder.SOLUTION: A controller 200 for an internal combustion engine 100 comprising an engine body 1, a vibration sensor 210 for detecting vibration of the engine body 1, and a crank angle sensor 218 for detecting a crank angle of the engine body 1 comprises an in-cylinder pressure estimation part which estimates pressure in a cylinder in which combustion is carried out based upon an output waveform of the vibration sensor 210 when the crank angle is within a preset abnormal combustion determination section if vibration exceeding a detection range of the vibration sensor 210 occurs to the engine body 1. Then the in-cylinder pressure estimation part is configured to estimate the pressure in the cylinder in which the combustion is carried out based upon a time for which an amplitude of the output waveform of the vibration sensor 210 exceeds a predetermined threshold in the detection range and a gradient of the amplitude of the output waveform of the vibration sensor 210 within the detection range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本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.

特許文献１には、オイルに起因した異常燃焼が生じ得る低速高負荷領域を制限領域とし、制限領域以外の運転領域で機関本体の運転を行うと共に、異常燃焼が検出されたときには制限領域を拡大するように構成された内燃機関の制御装置が開示されている。   In Patent Document 1, a low-speed and high-load region where abnormal combustion caused by oil can occur is set as a limited region, the engine body is operated in an operating region other than the limited region, and the limited region is expanded when abnormal combustion is detected. A control apparatus for an internal combustion engine configured to do so is disclosed.

国際公開第２０１４／１９９６６７号International Publication No. 2014/199667 特開２０１４−１５９７４５号公報JP 2014-159745 A

前述した特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、筒内の燃焼に伴う振動を検出するノックセンサの検出信号に基づいて異常燃焼が発生したか否かを判定していた。ここで異常燃焼の発生時には、ノックセンサの検出範囲を超える振動が機関本体で発生する場合がある。そのため、異常燃焼が発生したときの筒内圧力を単純にノックセンサの検出信号に基づいて推定しようとすると、ノックセンサの検出範囲を超える振動が機関本体で発生しているときに筒内圧力を精度良く推定できないおそれがある。   The control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 described above determines whether or not abnormal combustion has occurred based on a detection signal of a knock sensor that detects vibration associated with in-cylinder combustion. Here, when abnormal combustion occurs, vibration exceeding the detection range of the knock sensor may occur in the engine body. Therefore, if the in-cylinder pressure when abnormal combustion occurs is simply estimated based on the detection signal of the knock sensor, the in-cylinder pressure is increased when vibration exceeding the detection range of the knock sensor is generated in the engine body. There is a possibility that it cannot be estimated accurately.

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、振動センサ（ノックセンサ）の検出範囲を超える振動が機関本体で発生した場合の筒内圧力を精度良く推定することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such problems, and aims to accurately estimate the in-cylinder pressure when vibration exceeding the detection range of the vibration sensor (knock sensor) occurs in the engine body. To do.

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の振動を検出するための振動センサと、機関本体のクランク角を検出するためのクランク角センサと、を備える内燃機関を制御する制御装置が、振動センサの検出範囲を超える振動が機関本体で発生したときは、クランク角が予め設定された異常燃焼判定区間内にあるときの振動センサの出力波形に基づいて燃焼が行われた筒内の圧力を推定する筒内圧力推定部を備える。そして筒内圧力推定部が、振動センサの出力波形の振幅が検出範囲内の所定閾値以上となっている時間と、検出範囲内における振動センサの出力波形の振幅の傾きと、に基づいて、燃焼が行われた筒内の圧力を推定するように構成されている。   In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, an engine body, a vibration sensor for detecting vibration of the engine body, and a crank angle sensor for detecting a crank angle of the engine body are provided. When a vibration exceeding the detection range of the vibration sensor is generated in the engine body, the control device for controlling the internal combustion engine provided is based on the output waveform of the vibration sensor when the crank angle is within a preset abnormal combustion determination section And an in-cylinder pressure estimating unit for estimating the pressure in the cylinder where the combustion is performed. Then, the in-cylinder pressure estimation unit performs combustion based on the time during which the amplitude of the output waveform of the vibration sensor is greater than or equal to a predetermined threshold within the detection range, and the slope of the amplitude of the output waveform of the vibration sensor within the detection range. It is configured to estimate the pressure in the cylinder where the operation is performed.

本発明のこの態様によれば、振動センサの検出範囲を超える振動が機関本体で発生した場合の筒内圧力を精度良く推定することができる。   According to this aspect of the present invention, it is possible to accurately estimate the in-cylinder pressure when vibration exceeding the detection range of the vibration sensor occurs in the engine body.

図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine and an electronic control unit that controls the internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図２は、異常燃焼によってノックセンサの検出範囲を超える振動が機関本体で発生したときの、異常燃焼判定区間におけるノックセンサの出力波形を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an output waveform of the knock sensor in the abnormal combustion determination section when vibration exceeding the detection range of the knock sensor is generated in the engine body due to abnormal combustion. 図３は、本発明の一実施形態による筒内圧力推定制御について説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating in-cylinder pressure estimation control according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図１は、本発明の一実施形態による火花点火式の内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition type internal combustion engine 100 and an electronic control unit 200 for controlling the internal combustion engine 100 according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。   As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 100 includes an engine body 1, an intake device 20, and an exhaust device 30.

機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。   The engine body 1 includes a cylinder block 2 and a cylinder head 3 fixed to the upper surface of the cylinder block 2.

シリンダブロック２には、複数のシリンダ４が形成される。シリンダ４の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ４の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。   A plurality of cylinders 4 are formed in the cylinder block 2. A piston 5 that reciprocates inside the cylinder 4 in response to combustion pressure is housed inside the cylinder 4. The piston 5 is connected to a crankshaft via a connecting rod, and the reciprocating motion of the piston 5 is converted into rotational motion by the crankshaft. A space defined by the inner wall surface of the cylinder head 3, the inner wall surface of the cylinder 4, and the piston crown surface is a combustion chamber 6.

またシリンダブロック２には、機関本体１の振動を検出するためのノックセンサ２１０が取り付けられている。ノックセンサ２１０は、圧電素子を備えた振動センサの一種であり、機関本体１の振動に応じた電圧を出力する。   The cylinder block 2 is provided with a knock sensor 210 for detecting vibration of the engine body 1. Knock sensor 210 is a type of vibration sensor including a piezoelectric element, and outputs a voltage corresponding to the vibration of engine body 1.

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する吸気ポート７と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。   The cylinder head 3 includes an intake port 7 that opens to one side surface of the cylinder head 3 and opens to the combustion chamber 6, an exhaust port 8 that opens to the other side surface of the cylinder head 3 and opens to the combustion chamber 6, Is formed.

またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。   The cylinder head 3 includes an intake valve 9 for opening and closing the opening between the combustion chamber 6 and the intake port 7, an exhaust valve 10 for opening and closing the opening between the combustion chamber 6 and the exhaust port 8, and an intake valve 9. An intake camshaft 11 that opens and closes and an exhaust camshaft 12 that opens and closes the exhaust valve 10 are attached.

さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンを用いているが、他の燃料を用いることもできる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。   Further, the cylinder head 3 has a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the combustion chamber 6, and an ignition for igniting the mixture of fuel and air injected from the fuel injection valve 13 in the combustion chamber 6. A plug 14 is attached. In this embodiment, gasoline having a theoretical air-fuel ratio of 14.6 is used as the fuel, but other fuels can also be used. The fuel injection valve 13 may be attached so as to inject fuel into the intake port 7.

吸気装置２０は、吸気ポート７を介してシリンダ４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、エアフローメータ２１１と、を備える。   The intake device 20 is a device for introducing air into the cylinder 4 through the intake port 7, and includes an air cleaner 21, an intake pipe 22, an intake manifold 23, an electronically controlled throttle valve 24, and an air flow meter. 211.

エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。   The air cleaner 21 removes foreign matters such as sand contained in the air.

吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。   One end of the intake pipe 22 is connected to the air cleaner 21, and the other end is connected to a surge tank 23 a of the intake manifold 23. The intake pipe 22 guides air (intake air) flowing into the intake pipe 22 via the air cleaner 21 to the surge tank 23 a of the intake manifold 23.

吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ４内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート７が、各シリンダ４内に空気を導くための吸気通路を形成する。   The intake manifold 23 includes a surge tank 23a and a plurality of intake branch pipes 23b branched from the surge tank 23a and connected to the openings of the intake ports 7 formed on the side surface of the cylinder head. The air guided to the surge tank 23a is evenly distributed in each cylinder 4 through the intake branch pipe 23b. Thus, the intake pipe 22, the intake manifold 23 and the intake port 7 form an intake passage for guiding air into each cylinder 4.

スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）の調整することで、各シリンダ４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。   The throttle valve 24 is provided in the intake pipe 22. The throttle valve 24 is driven by a throttle actuator 25 to change the passage cross-sectional area of the intake pipe 22 continuously or stepwise. By adjusting the opening of the throttle valve 24 (hereinafter referred to as “throttle opening”) by the throttle actuator 25, the amount of intake air taken into each cylinder 4 is adjusted. The throttle opening is detected by the throttle sensor 212.

エアフローメータ２１１は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。   The air flow meter 211 is provided in the intake pipe 22 on the upstream side of the throttle valve 24. The air flow meter 211 detects the flow rate of air flowing through the intake pipe 22 (hereinafter referred to as “intake amount”).

なお、エアフローメータ２１１とスロットル弁２４との間の吸気管２２内に、過給機を設けても良い。過給機は、排気のエネルギを利用して駆動される排気タービン駆動式過給機（ターボチャージャ）でも良いし、機関本体の出力を利用して機械的に駆動される機械駆動式過給機（スーパーチャージャ）でも良い。   A supercharger may be provided in the intake pipe 22 between the air flow meter 211 and the throttle valve 24. The supercharger may be an exhaust turbine driven supercharger (turbocharger) driven using exhaust energy, or a mechanically driven supercharger mechanically driven using the output of the engine body (Supercharger) is also acceptable.

排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、触媒コンバータ３２と、排気管３３と、を備える。   The exhaust device 30 is a device for purifying the combustion gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 and discharging it to the outside air, and includes an exhaust manifold 31, a catalytic converter 32, and an exhaust pipe 33.

排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管３１ａと、排気枝管３１ａを集合させて１本にまとめた集合管３１ｂと、を備える。   The exhaust manifold 31 includes a plurality of exhaust branch pipes 31a connected to the openings of the exhaust ports 8 formed on the side surface of the cylinder head, and a collection pipe 31b that collects the exhaust branch pipes 31a into one. Prepare.

触媒コンバータ３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管３１ｂに連結され、他端が排気管３３に連結される。触媒コンバータ３２には、排気浄化触媒として、酸素吸蔵能力を有する三元触媒３２ａが内蔵されている。三元触媒３２ａは、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ２））を担持させたものである。三元触媒３２ａは、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。 The catalytic converter 32 has one end connected to the collecting pipe 31 b of the exhaust manifold 31 and the other end connected to the exhaust pipe 33. The catalytic converter 32 incorporates a three-way catalyst 32a having an oxygen storage capacity as an exhaust purification catalyst. The three-way catalyst 32a is obtained by supporting a noble metal having a catalytic action (for example, platinum (Pt)) and a substance having an oxygen storage capacity (for example, ceria (CeO 2 )) on a support made of ceramic. When the three-way catalyst 32a reaches a predetermined activation temperature, the three-way catalyst 32a exhibits an oxygen storage capability in addition to a catalytic action for simultaneously purifying unburned gas (HC, CO, etc.) and nitrogen oxides (NOx).

排気管３３は、一端が触媒コンバータ３２に連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３３を流れて外気に排出される。このように、排気ポート８、排気マニホールド３１、触媒コンバータ３２及び排気管３３が、各シリンダ４から排出された排気が流れる排気通路を形成する。なお、排気管３３上に三元触媒３２ａとは別途の排気浄化触媒を内蔵した触媒コンバータを配置させても良い。   The exhaust pipe 33 has one end connected to the catalytic converter 32 and the other end opened to the outside air. The exhaust discharged from each cylinder 4 to the exhaust manifold 31 via the exhaust port 8 flows through the exhaust pipe 33 and is discharged to the outside air. Thus, the exhaust port 8, the exhaust manifold 31, the catalytic converter 32, and the exhaust pipe 33 form an exhaust passage through which the exhaust discharged from each cylinder 4 flows. A catalytic converter having an exhaust purification catalyst that is separate from the three-way catalyst 32a may be arranged on the exhaust pipe 33.

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。   The electronic control unit 200 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bi-directional bus 201. A ROM (read only memory) 202, a RAM (random access memory) 203, a CPU (microprocessor) 204, an input port 205, and an output port 206.

入力ポート２０５には、前述したノックセンサ２１０やエアフローメータ２１１、スロットルセンサ２１２などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。   Output signals from the aforementioned knock sensor 210, air flow meter 211, throttle sensor 212, and the like are input to the input port 205 via the corresponding AD converters 207. Further, the output voltage of the load sensor 217 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 220 (hereinafter referred to as “accelerator depression amount”) is input to the input port 205 via the corresponding AD converter 207. The The input port 205 is supplied with an output signal of a crank angle sensor 218 that generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 °, as a signal for calculating the engine rotational speed and the like. As described above, output signals of various sensors necessary for controlling the internal combustion engine 100 are input to the input port 205.

出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１３や点火プラグ１４、スロットルアクチュエータ２５などの各制御部品が電気的に接続される。   Control components such as the fuel injection valve 13, the spark plug 14, and the throttle actuator 25 are electrically connected to the output port 206 via a corresponding drive circuit 208.

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。   The electronic control unit 200 controls the internal combustion engine 100 by outputting a control signal for controlling each control component from the output port 206 based on the output signals of various sensors input to the input port 205.

火花点火式の内燃機関１００では、点火プラグ１４によって燃焼室６内で混合気が着火させられ、火炎が生じる。火炎は、点火プラグ１４の近傍から燃焼室６の周縁へと拡がる。その際、点火プラグ１４から離れた場所に位置する未燃混合気（エンドガス）は、ピストン５やシリンダ壁面に押し付けられ、高温・高圧になる。このエンドガスの温度及び圧力が高くなり過ぎると、エンドガスが自己着火し、ノックが生じることがある。   In the spark ignition type internal combustion engine 100, the air-fuel mixture is ignited in the combustion chamber 6 by the spark plug 14, and a flame is generated. The flame spreads from the vicinity of the spark plug 14 to the periphery of the combustion chamber 6. At that time, the unburned air-fuel mixture (end gas) located away from the spark plug 14 is pressed against the piston 5 and the cylinder wall surface and becomes high temperature and high pressure. If the temperature and pressure of the end gas become too high, the end gas may self-ignite and knock may occur.

また、燃焼室６に潤滑油（オイル）が混入した場合や燃焼室６の壁面にデポジットが堆積した場合には、点火プラグ１４によって混合気に着火する前に潤滑油やデポジットを火種として混合気が着火され、プレイグニッションが生じることがある。   Further, when lubricating oil (oil) is mixed in the combustion chamber 6 or deposits are accumulated on the wall surface of the combustion chamber 6, the mixture is made using the lubricating oil or deposit as a fire type before the mixture is ignited by the spark plug 14. May be ignited and pre-ignition may occur.

ノックやプレイグニッション等の異常燃焼が発生すると、機関出力が低下したり、機関本体１が劣化したりするおそれがある。   If abnormal combustion such as knocking or pre-ignition occurs, the engine output may decrease or the engine body 1 may deteriorate.

そこで本実施形態による電子制御ユニット２００は、クランク角が、機関本体１の各シリンダ４の内部で行われた燃焼が異常燃焼か否か判定するために設定された異常燃焼判定区間（例えば圧縮行程の終盤から膨張行程の序盤までのクランク角範囲）にあるときのノックセンサ２１０の出力値に基づいて、ノックやプレイグニッション等の異常燃焼が発生したか否かを判定している。そして電子制御ユニット２００は、異常燃焼が発生していると判定した場合には、異常燃焼の規模に応じて点火時期を通常の点火時期である最適点火時期（ＭＢＴ；Minimum advance for the Best Torque）から遅角させる制御、又は、シリンダ４内の温度を下げるために燃料噴射量を通常時よりも増量させる制御の少なくとも一方を実施している。   Therefore, the electronic control unit 200 according to the present embodiment has an abnormal combustion determination section (for example, a compression stroke) in which the crank angle is set to determine whether or not the combustion performed in each cylinder 4 of the engine body 1 is abnormal combustion. It is determined whether or not abnormal combustion such as knocking or pre-ignition has occurred based on the output value of the knock sensor 210 when the crank angle is in the range from the end stage to the beginning stage of the expansion stroke. When the electronic control unit 200 determines that the abnormal combustion has occurred, the electronic control unit 200 changes the ignition timing to an optimum ignition timing (MBT: Minimum advance for the Best Torque) that is a normal ignition timing according to the magnitude of the abnormal combustion. At least one of the control for retarding from the above or the control for increasing the fuel injection amount from the normal time in order to lower the temperature in the cylinder 4 is performed.

このとき、異常燃焼の規模を把握するために、異常燃焼判定区間におけるノックセンサ２１０の出力値や、異常燃焼判定区間内のノックセンサ２１０の出力値の積分値に基づいて燃焼が行われたシリンダ４の内部圧力（以下「筒内圧力」という。）を推定しようとすると、以下の問題が生じることがわかった。   At this time, in order to grasp the scale of abnormal combustion, the cylinder in which combustion is performed based on the output value of the knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section or the integral value of the output value of the knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section It was found that the following problem occurred when trying to estimate the internal pressure of 4 (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”).

すなわち異常燃焼の発生時には、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生する場合がある。そのため、異常燃焼によってノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生したときには、ノックセンサ２１０の出力値や、ノックセンサ２１０の出力値の積分値に基づいて推定された筒内圧力が、実際の筒内圧力よりも低い値となるおそれがある。   That is, when abnormal combustion occurs, vibration exceeding the detection range of knock sensor 210 may occur in engine body 1. Therefore, when vibration exceeding the detection range of knock sensor 210 occurs due to abnormal combustion, the in-cylinder pressure estimated based on the output value of knock sensor 210 or the integral value of the output value of knock sensor 210 is reduced. There is a possibility that the value will be lower than the actual in-cylinder pressure.

そこで本実施形態では、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生したときは、異常燃焼判定区間におけるノックセンサ２１０の出力値の波形（以下「出力波形」という。）の振幅が検出範囲内の所定の筒内圧力推定用閾値以上となっている時間（以下「閾値越え時間」という。）と、異常燃焼判定区間における検出範囲内のノックセンサ２１０の出力波形の振幅の傾きと、に基づいて筒内圧力を推定することとした。以下、図２を参照して、この本実施形態による筒内圧力の推定方法について説明する。   Therefore, in the present embodiment, when vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 occurs in the engine body 1, the amplitude of the output value of the knock sensor 210 (hereinafter referred to as “output waveform”) in the abnormal combustion determination section. The time that is equal to or greater than a predetermined in-cylinder pressure estimation threshold within the detection range (hereinafter referred to as “threshold exceeding time”), and the slope of the amplitude of the output waveform of knock sensor 210 within the detection range in the abnormal combustion determination section Based on the above, the in-cylinder pressure was estimated. Hereinafter, the in-cylinder pressure estimation method according to this embodiment will be described with reference to FIG.

図２は、異常燃焼によってノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生したときの、異常燃焼判定区間におけるノックセンサ２１０の出力波形を示す図である。なお図２では、説明のためノックセンサ２１０の検出範囲を超える部分の出力波形も図示している。   FIG. 2 is a diagram showing an output waveform of knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section when vibration exceeding the detection range of knock sensor 210 occurs in engine body 1 due to abnormal combustion. In FIG. 2, for the sake of explanation, the output waveform of the portion exceeding the detection range of knock sensor 210 is also illustrated.

図２に示すように、異常燃焼が発生したときのノックセンサ２１０の出力波形は、クランク角が大きくなるにつれて振幅（ノックセンサ２１０の出力値）が徐々に大きくなり、最大振幅となった後（ノックセンサ２１０の出力値が最大値となった後）は、クランク角が大きくなるにつれて振幅が徐々に小さくなる波形となり、ノックセンサ２１０の出力値が最大値となるクランク角を基準として所定の傾きで左右に振幅が減少していく山型の形状となる。   As shown in FIG. 2, the output waveform of the knock sensor 210 when abnormal combustion occurs is such that the amplitude (the output value of the knock sensor 210) gradually increases and becomes the maximum amplitude as the crank angle increases ( After the output value of the knock sensor 210 reaches the maximum value, the amplitude gradually decreases as the crank angle increases, and a predetermined inclination is obtained with reference to the crank angle at which the output value of the knock sensor 210 is the maximum value. It becomes a mountain shape where the amplitude decreases to the left and right.

そのため、機関本体１の振動がノックセンサ２１０の検出範囲を超えている期間、ひいては閾値超え時間が長くなるほど、基本的にノックセンサ２１０の出力波形の最大振幅も大きくなる傾向にある。また、検出範囲内の出力波形の振幅の傾きが大きくなるほど、基本的にノックセンサ２１０の出力波形の最大振幅も大きくなる傾向にある。   Therefore, the maximum amplitude of the output waveform of the knock sensor 210 basically tends to increase as the vibration of the engine body 1 exceeds the detection range of the knock sensor 210, and as the time exceeding the threshold increases. Further, the maximum amplitude of the output waveform of knock sensor 210 tends to increase basically as the slope of the amplitude of the output waveform within the detection range increases.

すなわち、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生した場合、閾値超え時間と燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力との間には相関関係があると言うことができ、基本的に閾値超え時間が大きくなると燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力も大きくなる傾向にある。また、検出範囲内の出力波形の振幅の傾きと燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力との間にも相関関係があると言うことができ、基本的に検出範囲内の出力波形の振幅の傾きが大きくなると燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力も大きくなる傾向にある。   That is, when vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 occurs in the engine body 1, it can be said that there is a correlation between the threshold excess time and the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion is performed. Basically, the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion has been performed tends to increase as the threshold excess time increases. Further, it can be said that there is a correlation between the slope of the amplitude of the output waveform within the detection range and the in-cylinder pressure of the cylinder 4 where combustion has been performed, and basically the amplitude of the output waveform within the detection range. As the inclination of increases, the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion is performed tends to increase.

そこで本実施形態では、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力との間で相関関係があるパラメータ、すなわち閾値超え時間と検出範囲内の出力波形の振幅の傾きとに基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定することとしたのである。これにより、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生した場合であっても、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を精度良く推定することができる。   Therefore, in the present embodiment, combustion is performed based on a parameter having a correlation with the in-cylinder pressure of the cylinder 4 where the combustion is performed, that is, a threshold crossing time and an inclination of the amplitude of the output waveform within the detection range. The in-cylinder pressure of the broken cylinder 4 is estimated. Thereby, even if the vibration exceeding the detection range of knock sensor 210 occurs in engine body 1, the in-cylinder pressure of cylinder 4 in which combustion has been performed can be accurately estimated.

図３は、電子制御ユニット２００が実施する本実施形態による筒内圧力推定制御について説明するフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart illustrating in-cylinder pressure estimation control according to this embodiment performed by the electronic control unit 200.

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角が異常燃焼判定区間にあるときのノックセンサ２１０の出力値に基づいて、異常燃焼が発生しているか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、クランク角が異常燃焼判定区間にあるときのノックセンサ２１０の出力値が予め設定された異常燃焼判定用の所定閾値以上になれば、異常燃焼が発生していると判定する。なお異常燃焼が発生しているか否かの判定方法はこのような方法に限られるものではなく、例えばクランク角が異常燃焼判定区間にあるときのノックセンサ２１０の出力値の積分値が予め設定された異常燃焼判定用の所定閾値以上になったときに、異常燃焼が発生していると判定しても良い。   In step S1, the electronic control unit 200 determines whether or not abnormal combustion has occurred based on the output value of the knock sensor 210 when the crank angle is in the abnormal combustion determination section. Specifically, the electronic control unit 200 generates abnormal combustion if the output value of the knock sensor 210 when the crank angle is in the abnormal combustion determination section is equal to or greater than a predetermined threshold value for determining abnormal combustion. It is determined that The method for determining whether or not abnormal combustion has occurred is not limited to such a method. For example, an integral value of the output value of knock sensor 210 when the crank angle is in the abnormal combustion determination section is set in advance. It may be determined that abnormal combustion has occurred when the value exceeds a predetermined threshold value for determining abnormal combustion.

電子制御ユニット２００は、異常燃焼が発生していると判定したときは、ステップＳ２の処理に進み、異常燃焼が発生していないと判定したときは、今回の処理を終了する。   When it is determined that abnormal combustion has occurred, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S2, and when it is determined that abnormal combustion has not occurred, the current control process is terminated.

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、異常燃焼が発生したときの機関運転状態（機関回転速度及びアクセル踏込量（機関負荷））を読み込む。   In step S2, the electronic control unit 200 reads the engine operating state (engine speed and accelerator depression amount (engine load)) when abnormal combustion occurs.

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生しているか否かを判定する。例えば電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の出力値がノックセンサ２１０の検出限界値のまま固定されている期間があれば、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生していると判定する。電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生していると判定したときは、ステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生していないと判定したときは、ステップＳ６の処理に進む。   In step S <b> 3, electronic control unit 200 determines whether or not vibration exceeding the detection range of knock sensor 210 is generated in engine body 1. For example, in the electronic control unit 200, if there is a period in which the output value of the knock sensor 210 is fixed at the detection limit value of the knock sensor 210, vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 is generated in the engine body 1. Is determined. When the electronic control unit 200 determines that vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 is occurring in the engine body 1, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S4. On the other hand, when the electronic control unit 200 determines that vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 has not occurred in the engine body 1, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S6.

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、異常燃焼判定区間のノックセンサ２１０の出力波形に基づいて、閾値越え時間と、検出範囲内における出力波形の振幅の傾きと、を算出する。本実施形態では、ノックセンサ２１０の出力値が検出限界値以上となる直前の任意のクランク角範囲における出力波形の振幅の傾きを、検出範囲内における出力波形の振幅の傾きとして算出している。   In step S4, the electronic control unit 200 calculates the threshold crossing time and the slope of the amplitude of the output waveform within the detection range based on the output waveform of the knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section. In the present embodiment, the slope of the amplitude of the output waveform in an arbitrary crank angle range immediately before the output value of the knock sensor 210 exceeds the detection limit value is calculated as the slope of the amplitude of the output waveform in the detection range.

なお、検出範囲内における出力波形の振幅の傾きは、検出範囲内の任意のクランク角範囲における出力波形の振幅の傾きであれば良く、ノックセンサ２１０の出力値が検出限界値以上となる前の出力波形の振幅の傾きでも良いし、ノックセンサ２１０の出力値が検出限界値以下となった後の出力波形の振幅の傾きでも良い。したがって、検出範囲内における出力波形の振幅の傾きとして、例えばノックセンサ２１０の出力値が検出限界値以上となる前の出力波形の振幅の傾きを用いる場合であれば、異常燃焼判定区間の最初からノックセンサ２１０の出力値が検出限界値となるまでの任意のクランク角範囲における出力波形の振幅の傾きを、検出範囲内における出力波形の振幅の傾きとすることができる。   The slope of the amplitude of the output waveform within the detection range may be the slope of the amplitude of the output waveform within an arbitrary crank angle range within the detection range, and before the output value of the knock sensor 210 exceeds the detection limit value. The slope of the amplitude of the output waveform may be used, or the slope of the amplitude of the output waveform after the output value of the knock sensor 210 becomes equal to or lower than the detection limit value. Therefore, as the slope of the amplitude of the output waveform within the detection range, for example, when the slope of the amplitude of the output waveform before the output value of the knock sensor 210 exceeds the detection limit value is used, from the beginning of the abnormal combustion determination section. The slope of the amplitude of the output waveform in an arbitrary crank angle range until the output value of the knock sensor 210 reaches the detection limit value can be set as the slope of the amplitude of the output waveform in the detection range.

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、異常燃焼が発生したときの機関運転状態に対応した筒内圧力推定マップを参照し、閾値超え時間と検出範囲内の出力波形の振幅の傾きとに基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定する。この筒内圧力推定マップは、閾値超え時間及び検出範囲内の出力波形の振幅の傾きと、シリンダ４の筒内圧力と、を関連付けたマップであり、機関運転状態ごとに予め実験等によって作成されてＲＯＭ２０２に記憶されている。   In step S5, the electronic control unit 200 refers to the in-cylinder pressure estimation map corresponding to the engine operating state when the abnormal combustion occurs, and based on the threshold excess time and the slope of the amplitude of the output waveform within the detection range. Then, the in-cylinder pressure of the cylinder 4 where the combustion is performed is estimated. This in-cylinder pressure estimation map is a map that correlates the threshold crossing time and the inclination of the amplitude of the output waveform within the detection range with the in-cylinder pressure of the cylinder 4, and is created in advance by experiments or the like for each engine operating state. And stored in the ROM 202.

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の出力値に基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定する。例えば電子制御ユニット２００は、異常燃焼が発生したときの機関運転状態に対応した筒内圧力推定テーブルを参照し、異常燃焼判定区間内のノックセンサ２１０の出力値の最大値に基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定する。この筒内圧力推定テーブルは、ノックセンサ２１０の出力値の最大値と、シリンダ４の筒内圧力と、を関連付けたテーブルであり、機関運転状態ごとに予め実験等によって作成されてＲＯＭ２０２に記憶されている。このような方法以外にも、例えば異常燃焼判定区間内のノックセンサ２１０の出力値の積分値と筒内圧力とを関連付けたテーブルを作成しておき、当該テーブルを参照して異常燃焼判定区間内のノックセンサ２１０の出力値の積分値に基づいて燃焼が行われた筒内圧力を推定することもできる。   In step S6, the electronic control unit 200 estimates the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion has been performed based on the output value of the knock sensor 210. For example, the electronic control unit 200 refers to the in-cylinder pressure estimation table corresponding to the engine operating state when the abnormal combustion occurs, and the combustion is performed based on the maximum output value of the knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section. The in-cylinder pressure of the cylinder 4 performed is estimated. This in-cylinder pressure estimation table is a table in which the maximum output value of knock sensor 210 and the in-cylinder pressure of cylinder 4 are associated with each other. The in-cylinder pressure estimation table is created in advance by experiments or the like and stored in ROM 202 for each engine operating state. ing. In addition to this method, for example, a table in which the integrated value of the output value of the knock sensor 210 in the abnormal combustion determination section and the in-cylinder pressure are associated with each other is created, and the abnormal combustion determination section is referred to with reference to the table. The in-cylinder pressure at which combustion is performed can be estimated based on the integral value of the output value of the knock sensor 210.

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の振動を検出するためのノックセンサ（振動センサ）２１０と、機関本体１のクランク角を検出するためのクランク角センサ２１８と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット（制御装置）２００が、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生したときに、クランク角が予め設定された異常燃焼判定区間内にあるときのノックセンサ２１０の出力波形に基づいて燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定する筒内圧力推定部を備える。   According to the present embodiment described above, the engine main body 1, the knock sensor (vibration sensor) 210 for detecting the vibration of the engine main body 1, and the crank angle sensor 218 for detecting the crank angle of the engine main body 1 are provided. In the abnormal combustion determination section in which the crank angle is set in advance when an electronic control unit (control device) 200 that controls the internal combustion engine 100 includes a vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210. An in-cylinder pressure estimating unit that estimates the in-cylinder pressure of the cylinder 4 that has been combusted based on the output waveform of the knock sensor 210 when

そして筒内圧力推定部が、ノックセンサ２１０の出力波形の振幅が検出範囲内の所定閾値以上となっている時間と、検出範囲内におけるノックセンサ２１０の出力波形の振幅の傾きと、に基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定するように構成されている。   Then, the in-cylinder pressure estimation unit is based on the time when the amplitude of the output waveform of the knock sensor 210 is equal to or greater than a predetermined threshold within the detection range and the slope of the amplitude of the output waveform of the knock sensor 210 within the detection range. The in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion is performed is estimated.

このように本実施形態によれば、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生したときは、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力との間で相関関係があるパラメータ、すなわち閾値超え時間と検出範囲内の出力波形の振幅の傾きとに基づいて、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を推定するので、ノックセンサ２１０の検出範囲を超える振動が機関本体１で発生した場合であっても、燃焼が行われたシリンダ４の筒内圧力を精度良く推定することができる。   As described above, according to the present embodiment, when vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 occurs in the engine body 1, the parameter having a correlation with the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion is performed, That is, since the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion has been performed is estimated based on the time exceeding the threshold and the amplitude gradient of the output waveform within the detection range, vibration exceeding the detection range of the knock sensor 210 occurs in the engine body 1. Even if it occurs, it is possible to accurately estimate the in-cylinder pressure of the cylinder 4 in which combustion has been performed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

１ 機関本体
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）
２１０ ノックセンサ（振動センサ）
２１８ クランク角センサ 1 Engine Body 100 Internal Combustion Engine 200 Electronic Control Unit (Control Device)
210 Knock sensor (vibration sensor)
218 Crank angle sensor

Claims (1)

機関本体と、
前記機関本体の振動を検出するための振動センサと、
前記機関本体のクランク角を検出するためのクランク角センサと、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記振動センサの検出範囲を超える振動が前記機関本体で発生したときは、前記クランク角が予め設定された異常燃焼判定区間内にあるときの前記振動センサの出力波形に基づいて、燃焼が行われた筒内の圧力を推定する筒内圧力推定部を備え、
前記筒内圧力推定部が、
前記振動センサの出力波形の振幅が前記検出範囲内の所定閾値以上となっている時間と、前記検出範囲内における前記振動センサの出力波形の振幅の傾きと、に基づいて、燃焼が行われた筒内の圧力を推定するように構成されている、
内燃機関の制御装置。 The engine body,
A vibration sensor for detecting vibration of the engine body;
A crank angle sensor for detecting the crank angle of the engine body;
An internal combustion engine control device for controlling an internal combustion engine comprising:
When vibration exceeding the detection range of the vibration sensor occurs in the engine body, combustion is performed based on the output waveform of the vibration sensor when the crank angle is within a preset abnormal combustion determination section. An in-cylinder pressure estimator for estimating the in-cylinder pressure,
The in-cylinder pressure estimation unit is
Combustion was performed based on the time during which the amplitude of the output waveform of the vibration sensor is equal to or greater than a predetermined threshold within the detection range and the slope of the amplitude of the output waveform of the vibration sensor within the detection range. Configured to estimate the pressure in the cylinder,
Control device for internal combustion engine.
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